Evaluation of assisted evolution as a conservation strategy for climate change adaptation

Resumen

La rapidez del actual cambio climático está poniendo en peligro la supervivencia de numerosas especies. Ante esta situación, los organismos pueden responder de diferentes maneras. Los movimientos migratorios tanto en latitud como en altitud son una de las respuestas más evidentes y mejor estudiadas. Sin embargo, la capacidad de dispersión de algunos organismos puede estar limitada, como es el caso de las plantas. En estos casos, cobran gran importancia otro tipo de respuestas, como puede ser la plasticidad fenotípica o la adaptación genética. No obstante, dada la rapidez con la que se están produciendo los cambios ambientales, es posible que incluso estas respuestas sean insuficientes para asegurar la supervivencia de ciertas poblaciones. En este contexto, se hace necesaria la búsqueda de nuevas herramientas que nos ayuden a la conservación de la biodiversidad. La evolución asistida incluye todas aquellas acciones en las que se realiza una intervención humana sobre alguna de las fuerzas evolutivas, con fines de conservación. La selección artificial y el flujo genético asistido se engloban dentro del concepto de adaptación facilitada, y su objetivo es el de mejorar el potencial adaptativo de las poblaciones en respuesta al cambio climático. Mediante la selección artificial se seleccionan determinados individuos dentro de una población, que poseen ciertos rasgos de interés, con el objetivo de perpetuar dichos rasgos en las siguientes generaciones. Por su parte, el flujo genético asistido consiste en transferir gametos de unas poblaciones a otras, con la intención de mejorar su variabilidad genética y, por tanto, su capacidad de adaptación a las condiciones ambientales. No obstante, este tipo de actuaciones también pueden conllevar ciertos riesgos, como puede ser una disminución de la variabilidad genética en el caso de la selección artificial, o la manifestación de procesos maladaptativos o de depresión exogámica, en el caso del flujo genético asistido. Los cambios en la fenología son una de las respuestas más comunes que presentan los organismos frente al cambio climático. Un aspecto clave en la fenología de las plantas angiospermas es el inicio de floración, el cual se ha descrito como un carácter de base genética y con una alta heredabilidad. Aunque se ha observado que el cambio climático está favoreciendo que las plantas adelanten su floración en zonas templadas, no está claro si van a ser capaces de evolucionar lo suficientemente rápido y las consecuencias que esto puede tener. Teniendo en cuenta todo este contexto, el objetivo general de esta tesis es realizar una prueba de concepto, evaluando el uso de la selección artificial y el flujo genético asistido como herramientas para estudiar y, en la medida de lo posible, mejorar, el potencial adaptativo de ciertas poblaciones respecto al avance del inicio de floración para facilitar su adaptación al cambio climático. Para lograr el objetivo propuesto se ha utilizado una aproximación multidisciplinar en la que se han integrado estudios a nivel fenotípico, ecológico y genómico. Se seleccionaron cuatro poblaciones de Lupinus angustifolius L. localizadas en la península Ibérica, procedentes de dos latitudes y condiciones climáticas contrastadas. Las semillas procedentes de las cuatro poblaciones se sembraron en un experimento de jardín común en Móstoles (Madrid) y se establecieron diferentes líneas de selección artificial y flujo genético asistido, creadas tanto por autocruzamiento de los individuos de L. angustifolius como por cruzamientos manuales, tanto intrapoblacionales (selección artificial) como interpoblacionales (flujo genético asistido). Se ha evaluado la eficacia de la selección artificial y el flujo genético asistido para adelantar el inicio de floración y caracterizar el potencial evolutivo de las poblaciones, así como los impactos que pueden tener este tipo de actuaciones sobre otros rasgos reproductivos y vegetativos. De manera complementaria, para ambas estrategias se ha llevado a cabo un estudio de secuenciación genómica dirigida para evaluar los efectos que pueden tener la selección artificial y el flujo genético asistido. Finalmente, como complemento a los experimentos de jardín común realizados en Móstoles, los descendientes de las líneas de selección artificial y de flujo genético asistido de las poblaciones del norte obtenidos en los experimentos de jardín común se sembraron in situ en una de las localidades de origen, y se evaluaron sus efectos sobre el inicio de floración y sobre otros rasgos, respecto a las líneas control. Los resultados obtenidos nos indican que: 1. El uso de la selección artificial ha sido útil para adelantar el inicio de la floración de Lupinus angustifolius bajo condiciones controladas, pero sólo en las poblaciones procedentes de latitudes más altas. Por su parte, el tratamiento de flujo genético asistido de poblaciones del norte con polen procedente del sur también ha sido capaz de adelantar el inicio de la floración bajo condiciones controladas. 2. El adelanto del inicio de la floración ocasionado por el tratamiento de selección también conllevó la modificación de otros rasgos de la planta (altura, biomasa, crecimiento, SLA y LDMC), aunque no se observó ningún cambio en el éxito reproductivo. En paralelo, el inicio más temprano de la floración, resultante del tratamiento de flujo asistido vino acompañado de un aumento del peso de las semillas y de un menor crecimiento de las plantas. 3. Los estudios genómicos indican que existe una marcada diferenciación genética entre las poblaciones de Lupinus angustifolius del norte y del sur, presentando las primeras una mayor variabilidad genética. Además, también se han encontrado diferentes asociaciones entre el fenotipo y el genotipo en regiones genómicas relacionadas con procesos de floración, reproducción, crecimiento y respuestas al estrés abiótico. 4. En el experimento de flujo genético asistido se detectó una clara asociación entre los cambios observados a nivel fenotípico y los cambios observados a nivel genómico respecto al inicio de floración, el peso de las semillas producidas y el crecimiento de las plantas. 5. El ensayo en condiciones naturales mostró que las plantas descendientes de los individuos bajo el tratamiento de selección artificial no experimentaron modificaciones en ningún rasgo. Sin embargo, las plantas procedentes del tratamiento de flujo genético asistido sí mantuvieron los cambios en el inicio de floración y en el crecimiento observados en el experimento bajo condiciones controladas. De este modo, y en este caso de estudio, el flujo genético asistido parece ser más eficaz y tener efectos más estables que la selección artificial. 6. Las poblaciones del norte tienen un mayor potencial adaptativo para adelantar el inicio de floración frente al cambio climático, mientras que las poblaciones del sur se encuentran en una situación de mayor vulnerabilidad.