Meiotic morphology and behavior in Quercus glabrescens x Q. rugosa (Fagaceae) natural hybrid
S. M. Nuñez–Castillo1; J. G. Álvarez–Moctezuma1¶; F. Zavala–Chávezt†1; P. Espinosa–Robles2
1 División de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma Chapingo. km 38.5 Carretera México–Texcoco. Chapingo, Estado de México. C. P. 56230. A.P. 57, MÉXICO. Correo–e: mnunezc@gmail.com, jogualmo@correo.chapingo.mx (¶Autor responsable).
2 Departamento de Fitotecnia. Universidad Autónoma Chapingo. km 38.5 Carretera México–Texcoco. Chapingo, Estado de México. C. P. 56230. MÉXICO.
Recibido: 13 de octubre, 2009 ]]> Aceptado: 14 de febrero, 2010
RESUMEN
Se estudió el híbrido putativo Quercus glabrescens Benth. x Q. rugosa Née., a través de un índice de hibridación morfológico y comportamiento meiótico. En 50 individuos (supuestos híbridos) se evaluaron 10 caracteres morfológicos de hoja y corteza. Para el comportamiento meiótico se colectaron inflorescencias y se aplicó la técnica de frotis. Se presentaron híbridos con tendencia a Q. glabrescens e híbridos intermedios. Se detectaron aberraciones cromosómicas en los híbridos como puentes, fragmentos y anillos cromosómicos en anafase I y II y telofase I, presentándose en una frecuencia cercana a uno en los híbridos intermedios.
Palabras clave: Hibridación natural, Quercus glabrescens, Quercus rugosa, índice de hibridación morfológico, comportamiento meiótico.
ABSTRACT
Quercus glabrescens Benth. xQ. rugosa Née. Putative hybrid was studied through a morphology hybridization index and meiotic behavior. Ten morphological characters of leaf and bark were evaluated in 50 individuals (supposed hybrid trees). Inflorescences were collected and the squash technique was applied to study meiotic behavior. Hybrid trees were detected with tendency to Q. glabrescens and intermediate hybrids. Chromosomal aberrations were detected in the hybrids, such as bridges, fragments and chromosomal rings in anaphase I and II and telophase I, appearing in a frequency close to one in the intermediate hybrids.
Keywords: Natural hybridization, Quercus glabrescens, Quercus rugosa, morphology hybridization index, meiotic behavior.
]]> INTRODUCCIÓN
Los encinos presentan una amplia distribución a escala mundial; en las zonas templadas hay alrededor de 500 especies (Nixon, 1993). En México se reconocen entre 135 y 150 especies, 86 de ellas endémicas (Valencia, 2004). Los géneros Quercus y Pinus cubren la mayor parte de áreas de clima templado y semihúmedo del país (Rzedowski, 1978).
Quercus glabrescens es una especie cuya distribución se restringe a las porciones húmedas y subhúmedas del Eje Volcánico Transversal, en el bosque mesófilo de montaña, bosque de Pinus–Quercus y bosque de Abies–Quercus (Zavala, 1995; Mejía–Domínguez et al., 2004; Martínez, et al., 2004). En tanto, Q. rugosa es una especie que, por su amplia distribución, habita diversos ambientes, y por lo tanto se asocia con mayor número de especies.
Puede encontrarse desde terrenos planos, laderas, cañadas y matorrales subtropicales hasta bosque mesófilo de montaña. Por otro lado, Zavala (1995) menciona que el bosque de A. religiosa y Q. rugosa está relacionado con la perturbación del bosque de Abies. De hecho, se ha reportado mayor frecuencia de hibridación en áreas perturbadas.
En contraposición, de acuerdo con la sistemática infragenérica de Quercus (Trealese, 1924), Q. glabrescens pertenece a la serie Glabrescens (serie ocho) y Q. rugosa a la serie Reticulata (serie 29). Lo anterior puede sugerir que se encuentran a gran distancia filogenética entre sí, evidenciando que existe una relación de parentesco taxonómico escaso. Sin embargo, las afinidades ecológicas y la coincidencia del periodo de floración pueden promover el cruzamiento entre especies, facilitando la presencia de hibridación en El Chico entre Q. glabrescens y Q. rugosa. Además, los encinos solo se hibridan entre especies del mismo subgénero (Palmer, 2000).
La hibridación natural es un evento habitual entre plantas y animales (Grant, 1989; Rieseberg, 1997), que se caracteriza por el cruzamiento entre distintos genotipos, mayormente identificado entre diferentes especies del mismo género separadas por aislamiento ecológico o reproductivo (Grant, 1989; Rieseberg y Carney, 1998). Al cruzarse, se originan nuevas combinaciones genéticas a tribuidas a los efectos de las reestructuraciones cromosómicas manifestadas como mutaciones durante la meiosis (McClintock, 1942; Anderson, 1948; Rieseberg y Carney, 1998). El comportamiento meiótico ha sido utilizado exitosamente en la determinación de híbridos (Palmer et al., 2000; Pires et al., 2000). Para el género Quercus no se ha reportado ningún trabajo citogenético que manifieste la presencia de aberraciones cromosómicas (Muller, 1952; Tucker, 1953). Sólo existe un trabajo cariológico para Q. rugosa (Flores–Maya et al., 2006).
Las reestructuraciones cromosómicas pueden ser identificadas por la alteración en el apareamiento de cromosomas homólogos durante la meiosis, a través de la formación de puentes, fragmentos y anillos cromosómicos, manifestados por la presencia de deficiencias, duplicaciones, inversiones y translocaciones en segmentos cromosómicos (McClintock, 1942; Curtis, 1976; Singh, 1993). A dichas reestructuraciones se les han atribuido causales de esterilidad en híbridos (Grant, 1989; Rieseberg y Carney, 1998).
El objetivo de este trabajo fue conocer el índice de hibridación morfológico (IHM) y el comportamiento meiótico del híbrido Quercus glabrescens Benth. x Q. rugosa Neé.
MATERIALES Y MÉTODOS
]]> Se realizaron diez recorridos de campo en el Parque Nacional El Chico (Hidalgo, México) ,en donde se identificaron supuestos híbridos entre Q. glabrescens y Q. rugosa, con base en la corteza y morfología foliar. Una vez delimitada la zona de estudio, que corresponde a la parte del bosque de Abies–Quercus (Zavala, 1995), se dividió en 8 parcelas (de 20 metros por 20 metros), cada una de las cuales incluyó al menos un supuesto individuo híbrido. Se levantaron tres parcelas en La Peña del Cuervo, dos en El Puente de Dios, dos en La Peñita y una colindante con el puente de La Peñita.Para determinar el IHM se utilizaron 10 caracteres extremos entre Q. rugosa y Q. glabrescens. Se asignaron valores de cero a las características exhibidas por Q. rugosa; dos a las características de Q. glabrescens, y a las características intermedias en los híbridos se les asignó el valor de uno (Grant, 1989). Los caracteres fueron: a) la corteza, donde se consideró un área de 20 x 20 cm por arriba de 1.30 m; en ella se midieron las escamas en largo y ancho y se calculó la relación entre éstas; generalmente la corteza de Q. glabrescens es muy Asurada, mientras que en Q. rugosa es poco Asurada; b) la longitud de la lámina foliar; en ella se eligieron cinco hojas grandes de cada árbol y se midió la longitud máxima de la lámina foliar, característicamente Q. glabrescens midió de 3.5–10 cm y Q. rugosa entre 4–18 cm; c) la longitud del pecíolo se midió a partir de la base de la hoja a la ramilla; para Q. glabrescens midió entre 7 y 12 mm y para Q. rugosa entre 5 y 17 mm; d) número de nervaduras; a partir de la nervadura principal se contaron las nervaduras secundarias de ambos lados y se promedió; Q. glabrescens presentó de 10 a 12 y Q. rugosa de 8 a 12; e) la pubescencia se evaluó como uniforme en la lámina foliar o concentrada en las nervaduras; a la ausencia de pubescencia se le dio el valor de cero (característico de Q. glabrescens); a la pubescencia densa, el valor de dos (peculiar en Q. rugosa); cuando fue escasa, o bien concentrada en las nervaduras principales, se asignó el valor de uno; f) al margen de la hoja revoluto se le dio el valor de cero (característico de Q. glabrescens); al margen plano el valor de dos (presente en Q. rugosa) y al intermedio el valor de uno; g) para el número de dientes del borde de la hoja se contaron por cada lado de ésta y se obtuvo el promedio, generalmente Q. glabrescens presentó de 2 a 4 y Q. rugosa de 5 a 10; h) la profundidad de la escotadura se midió en el diente más grande por cada lado de la hoja y se promedió; Q. glabrescens presentó dientes agudos y Q. rugosa bajos y obtusos; i) la base de la hoja (en mm) en Q. glabrescens fue redondeada, a veces subcordada, y en Q. rugosa cordada o anchamente redondeada; y j) el ángulo del ápice de la hoja (en grados) se tomó considerando como eje la nervadura principal, y con ayuda de un transportador de 180° se determinó el ángulo del ápice; en Q. glabrescens generalmente fue agudo y en Q. rugosa ampliamente obtuso. Se obtuvo el IHM por individuo. (Cuadro 1).
Para el estudio de la meiosis se colectaron y fijaron inflorescencias inmaduras utilizando solución Carnoy 6:1:1 (alcohol etílico absoluto, ácido acético glacial y cloroformo) por un periodo de 24 a 48 horas. Posteriormente las muestras se conservaron en etanol al 70 % (Curtis, 1968).
En la elaboración de preparaciones microscópicas se siguió la técnica de frotis descrita por Curtis (1968), que consistió en colocar anteras en un portaobjetos; enseguida se cubrieron con una gota de acetocarmín y se aplastaron con una aguja de disección curva, para extraer los microsporocitos. A continuación se colocó el cubreobjetos y se pasó a través de la flama de una lámpara de alcohol, sin hervir el líquido, cuyo exceso se retiró con papel absorbente. Las preparaciones se observaron al microscopio óptico (Leica CME) con una ampliación de 1000.
Se buscaron los microsporocitos en anafase I y telofase I, ya que son las fases apropiadas para observar aberraciones cromosómicas (Curtis, 1986). Los datos obtenidos se analizaron mediante la correlación momento–producto de Pearson entre el índice de hibridación y el comportamiento meiótico.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se realizó análisis meiótico a 18 individuos reproductores; los otros 32 no florecieron ese año. Se identificaron seis individuos con mayor similitud a Q. glabrescens con valores de 1.6, 1.7 y 1.8; once individuos con características intermedias entre Q. glabrescens y Q. rugosa, cuyos valores fueron de 0.8, 0.9, 1.0, 1.1 y 1.2; y un individuo con mayor aproximación a Q. rugosa con un IHM de 0.7.
]]> Se encontró que la mayoría de los híbridos son fenotípicamente intermedios entre las especies parentales y otros con marcada tendencia unidireccional hacia Q. glabrescens. La posible explicación a esto es que los híbridos pueden expresar un mosaico de fenotipos parentales, que depende de la característica evaluada y la interacción entre su expresión genética y el ambiente (Rieseberg y Carney, 1998). No fue posible determinar la generación a la que pertenecen los individuos híbridos. Se ha mencionado que los híbridos de la generación F1 presentan características intermedias a los padres, pero que al retrocruzarse van adquiriendo mayor número de características de uno de los padres en las generaciones subsecuentes (Anderson, 1948; Potts y Reid, 1985; Grant, 1989; Rieseberg y Carney,1998).La evidencia de hibridación mediante el IHM ha sido confirmada en especies como Helianthus maximilianii x H. grosseserratus (Long, 1959), Eucalyptus risdonii x E. amigdalina (Keim et al., 1989), Populus fremontii x P. angustifolia (Keim et al., 1989), Q. crassifolia x Q. crassipes (Tovar–Sánchez y Oyama, 2004) y Q. conzattiix Q. eduardii (Scareli–Santos et al., 2007). Tovar–Sánchez y Oyama (2004) encontraron variación en el grado de hibridación de acuerdo con la forma de la hoja, supervivencia, vigor y adaptación en plántulas de retrocruzas.
El cruzamiento entre especies con diferentes sistemas génicos altera el apareamiento cromosómico durante la meiosis, lo cual ocasiona reestructuraciones cromosómicas, que tienen como efecto inviabilidad y esterilidad de híbridos, actuando como un mecanismo de aislamiento reproductivo (Dobzhansky, 1937; Rieseberg, 1997).
La presencia de aberraciones cromosómicas se ha reportado en muchas especies de plantas, pero en especies forestales ha sido poco estudiada. No hay información sobre mutaciones cromosómicas en el género Quercus. Para realizar el estudio citológico fue necesario determinar el estadio ideal de maduración de las inflorescencias, dificultado por la variación intrapoblacional. En la mayoría de los casos las inflorescencias ideales midieron aproximadamente 10 mm, presentando las brácteas parcialmente abiertas y la línea de dehiscencia de las anteras no bien definida. En otros casos, el estadio ideal fue cuando las brácteas estaban completamente abiertas y la línea de dehiscencia se observaba plenamente.
En este estudio se identificaron algunos tipos de anomalías cromosómicas en la meiosis (Figura. 1). En el híbrido Q. glabrescens x Q. rugosa se detectó la formación de puentes cromosómicos con una frecuencia de 0.22 y fragmentos cromosómicos en una frecuencia de 0.08, en anafase I y II; además, se observó el retraso de algunos pares cromosómicos. Los puentes y fragmentos han sido estudiados en Cupressus benthamii y C. lindleyi (sinonimia C. lusitánica) (Rodríguez y Hernández, 1980), Glycine max, G. soja (Palmer et al., 2000; Pires et al., 2000), Agave tequilana (Ruvalcaba–Ruíz y Rodríguez–Garay, 2002), Zea mays (Zheng et al.,1999) y en Drosophila melanogaster (Curtis, 1976). Varios autores (McClintock, 1942; Rodríguez y Hernández, 1980; Ruvalcaba–Ruíz y Rodríguez–Garay, 2002) han manifestado que la formación de puentes es debida a duplicaciones y deficiencias terminales, inversiones paracéntricas heterocigotas, deleciones y duplicaciones. Asimismo, pueden ser originadas por una malformación del sitio donde se formó el quiasma (Brandham, 1969, 1970).
Estas aberraciones cromosómicas pueden además deberse a ciertos factores ambientales, como las temperaturas altas, que aumentan la frecuencia de puentes cromosómicos (Palmer et al., 2000).
En telofase I se valoró la formación de anillos cromosómicos con una frecuencia de 0.09 células. Estos anillos fueron observados por primera vez en 1908 por Gates en Oenothera rubrinervis, después en Zea mays, Antirrhinum majus, Glycine sp., tabaco, Gossipium hirsutum y Pennisetum glaucum (Singh, 1993). McClintock (1942), Long (1959) y Curtis (1976) demostraron que este fenómeno ocurre cuando se presentan translocaciones heterocigotas y pueden ser detectadas en diacinesis o metafase I. Long (1959) reporta que en el híbrido F1 de Helianthus maximiliani x H. grosseserratus se observó la formación de anillos en profase I, mientras que en las especies parentales no se observaron anormalidades.
La relación entre el IHM y las aberraciones cromosómicas manifestó que cuando los individuos tienden a ser similares a Q. glabrescens o a Q. rugosa, la presencia de aberraciones cromosómicas es menor que cuando los individuos muestran características intermedias. Los individuos intermedios presentaron una frecuencia cercana a 1.0 de aberraciones cromosómicas (Figura 2).
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CONCLUSIONES
Los resultados denotan que la presencia de aberraciones cromosómicas es mayor en los híbridos de Quercus glabrescens x Q. rugosa con características intermedias que en aquellos que tienden hacia Q. glabrescens. La presencia de puentes, fragmentos y anillos manifiesta duplicaciones, inversiones y translocaciones en el sistema génico de los híbridos.
AGRADECIMIENTOS
A la Comisión Nacional Forestal (CONAFOR) y al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), por el proyecto de investigación CONAFOR–2002–C01–6181 "Tecnologías para la restauración de los bosques en declinación del Distrito Federal". A la Universidad Autónoma Chapingo, por el financiamiento proporcionado, proyecto 06100506 "Caracterización del hábitat de Quercus glabrescens Benth. y Q. rugosa Née en dos localidades de su distribución natural (Estado de México e Hidalgo)".
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