Morphological variability by means of seed traits of populations of Amelanchier denticulata (Kunth) Koch, from Guanajuato, Mexico
Miguel Ángel Hernández–Martínez; Carlos Alberto Núñez–Colín*; Salvador Horacio Guzmán–Maldonado; Edgar Espinosa–Trujillo; María Guadalupe Herrera–Hernández
Campo Experimental Bajío, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. km 6.5 Carretera Celaya—San Miguel de Allende. Apartado Postal 112. Celaya, Guanajuato, C. P. 38110, MÉXICO. Correo–e: lit007a@gmail.com (*Autor para correspondencia).
Recibido: 14 de febrero, 2011. ]]> Aceptado: 21 de septiembre, 2011.
Resumen
El membrillo cimarrón (Amelanchier denticulata (Kunth) Koch.) es un arbusto frutal de la familia Rosaceae subtribu Pyrinae originario de México, del cual no existen estudios para conocer su diversidad ni su sistema reproductivo. Por estas razones y para tener un primer antecedente sobre su variabilidad morfológica, se caracterizaron seis poblaciones de A. denticulata originarias de Guanajuato, México, mediante caracteres de semilla. Todas las poblaciones presentaron alta variabilidad intra e interpoblacional. Las variables de semilla analizadas fueron discriminantes para distinguir las diferentes poblaciones, siendo las más importantes las relacionadas con las de tamaño de las semillas, seguidas de las de forma. El grado de apomixis no es claro en esta especie debido a la alta variación intrapoblacional; por lo tanto, se necesitan estudios más detallados para concluir la existencia o no de apomixis en A. denticulata.
Palabras clave: Membrillo cimarrón, Rosaceae subtribu Pyrinae, variabilidad morfológica, métodos multivariados.
Abstract
The Mexican serviceberry (Amelanchierdenticulata (Kunth) Koch.) is a fruit–bearing shrub belonging with to the family Rosaceae subtribe Pyrinae, which is native to Mexico. There are no studies to know its diversity and its reproductive system. Furthermore, for having an insight of the morphological variability, six populations of A. denticulata from Guanajuato, Mexico, were characterized by means seed traits. All the populations showed high intra and inter–population variability. The analyzed seed traits were discriminating to distinguish the different populations mainly by traits related to the seed size, followed by the seed shape traits. The apomixis degree is not clear on this species due to the high intra–population variability. However, more detailed studies are needed to conclude whether or not apomixis is present in A. denticulata.
Key words: Southern false serviceberry, Rosaceae subtribe Pyrinae, morphological variability, multivariate methods.
]]> INTRODUCCIÓN
El membrillo cimarrón (Amelanchier denticulata (Kunth) Koch) es una planta nativa de México, perteneciente a la familia Rosaceae subtribu Pyrinae (anteriormente la subfamilia Maloideae); está reportada su distribución desde el sur de Texas en Estados Unidos hasta Guatemala (Rzedowski y Calderón de Rzedowski, 2005).
En México, esta especie recibe localmente diversos nombres en español como: membrillo cimarron, duraznillo, madronillo, membrillo, membrillo silvestre, acebuche, granjenillo, manzanita y mimbre. Además en lenguas indígenas recibe los nombres de: tlaxisqui, tlaxistle, tomistlacatli, tlaxioqui, clasisle, tlachistle, yagalán y claldurazno. En inglés: Southern false serviceberry y big bend serviceberry (Vibrans et al., 2006). Esta especie puede ser considerada como un cultivo subutilizado o abandonado según las clasificaciones de FAO para los recursos fitogenéticos (FAO, 2001).
Existe muy poca información de esta especie que está catalogada con su sinónimo de Malacomeles denticulata (H. B. K.) Jones en estudios filogenéticos de la subtribu Pyrinae (Phipps et al., 1990; Campbell et al., 1995; Campbell et al., 2007), aunque el género Malacomeles ha sido considerado dentro del género Amelanchier debido a su parecido morfológico (Robertson, 1974; Phipps et al., 1990; Rzedowski y Calderón de Rzedowski, 2005). Recientemente, Rzedowski y Calderón de Rzedowski (2005) y Vibrans et al. (2006) consideraron que las especies del llamado género Malacomeles realmente pertenecen al género Amelanchier, lo que ya habían reportado anteriormente Standley y Steyermark (1946) y Robertson (1974).
La variabilidad, tanto morfológica como genética, que presenta el membrillo cimarrón no ha sido reportada aún. Para hacer un primer acercamiento a la variabilidad presente en esta especie es posible utilizar características de semillas debido a que es considerada un órgano estable y discriminante en estudios de biodiversidad (González–Andrés y Ortiz, 1995), sobre todo en especies relacionadas, como lo es el género Crataegus (Nieto–Ángel et al., 2009).
Por esto el presente estudio tuvo como objetivos conocer la variabilidad intra e interpoblacional y sus relaciones morfológicas en caracteres de semilla en seis poblaciones de A. denticulata, y determinar la capacidad discriminante de las características morfológicas de semillas en estudios del género Amelanchier.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se utilizaron 50 semillas al azar por cada población de seis diferentes poblaciones de A. denticulata obtenidas de colectas hechas en campo cerca de las comunidades de San Miguel de Allende, San Luis de la Paz, Dolores Hidalgo, La Valenciana, El Derramadero y Santa Rosa en el estado de Guanajuato (Cuadro 1; Figura 1).
Estas semillas fueron el producto de la colecta de frutos de al menos diez diferentes individuos de cada población; los árboles estuvieron separados aproximadamente 10 m entre ellos, y de los mismos se consideraron características fenotípicas semejantes como: altura del árbol y diámetro promedio de las ramas; los frutos fueron colectados in situ, se despulparon manualmente y las semillas fueron lavadas y puestas a secar a temperatura ambiente en papel desecante por 72 h; más tarde las semillas fueron almacenadas a una temperatura de 7 °C en un refrigerador convencional en bolsas de plástico con cierre.
]]> Las semillas se digitalizaron junto con una regla milimétrica utilizando un escáner HP Scanjet G2710; las imágenes resultantes fueron analizadas utilizando el paquete ImageTool ver. 3.00 (Wilcox et al., 1995), donde se obtuvieron las variables de longitud del eje mayor (LEMa), longitud del eje menor (LEMe), área (A) y perímetro (P) de la semilla, además de los índices diámetro Feret = (DF= (4 · A) π ), índice de redondez (IR= (4 · π · A) P2, índice de alargamiento (IE= LEMa LEMe), índice de compactación (IC= DF LEMa), el radio de redondez (RR= LEMe LEMa), que es la relación inversa del índice de alargamiento.Siguiendo la metodología utilizada por Núñez–Colín et al. (2008), se empleó la fórmula de varianza interna (Núñez–Colín y Barrientos–Priego, 2006) basada en el análisis de componentes principales, los estadísticos básicos y la prueba de resustitución para conocer la variabilidad intrapoblacional. Por otro lado, para conocer la variabilidad interpoblacional y las variables más discriminantes para diferenciar las poblaciones, se utilizaron el análisis discrimínante canónico, la distancia Mahalanobis, el análisis de varianza multivariada (MANOVA) y la prueba de medias estandarizadas de Tukey para las variables canónicas (Johnson, 1998). Además de esto, tomando los promedios, se realizó un análisis de agrupamiento utilizando las distancias Euclidianas y el método de Ward (Ward, 1963) para observar la relación de parecido entre las poblaciones.
Además se realizó la prueba de resustitución, que se genera del análisis discriminante canónico, que es utilizada para corroborar el porcentaje de individuos típicos y atípicos de la población, donde los individuos atípicos los reclasifica por sus características en otras poblaciones.
RESULTADOS
Mediante el índice de varianza interna (Núñez–Colín y Barrientos–Priego, 2006) se determinó que la población de Santa Rosa fue la más heterogénea (0.8196), y la de San Luis de la Paz la más homogénea (0.2659; Figura 2); las poblaciones del Derramadero y de La Valenciana presentaron variabilidad media alta, al igual que la población de Dolores Hidalgo (0.4762, 0.4910 y 0.4343, respectivamente); sin embargo, esta última población presentó más individuos atípicos, ya que evidenció un alto error estándar en esta prueba (Núñez–Colín y Barrientos–Priego, 2006). Caso contrario, la población de San Miguel de Allende mostró una variabilidad mayor a la de San Luis de la Paz (0.3780), pero menor a las otras (Figura 2).
Esto se comprueba al obtener el coeficiente de variación de las variables medidas donde la población de Santa Rosa muestra los mayores valores; por el contrario, la población de San Luis de la Paz presentó los valores más bajos (Cuadro 2). En este mismo sentido, las otras poblaciones presentaron valores altos sólo en algunas variables; por ejemplo en el área de la semilla, la población de Dolores Hidalgo tuvo el valor más alto que el de las otras poblaciones, a excepción de la de Santa Rosa, mientras que en el índice de compactación presenta valores bajos en comparación con valores de las poblaciones de El Derramadero y La Valenciana (Cuadro 2).
De acuerdo a la prueba de resustitución, la población con mayor porcentaje de individuos atípicos fue la de La Valenciana, seguida por la de Santa Rosa (Cuadro 3). Caso contrario, las poblaciones de San Luis de la Paz y de San Miguel de Allende presentaron los menores porcentajes de individuos atípicos (Cuadro 3).
]]> En el análisis discriminante canónico fueron necesarias tres raíces canónicas para explicar el 97.72 % de la varianza total, donde la primera raíz canónica explica el 79.29 %, la segunda el 14.30 % y la tercera 4.13 % (Cuadro 4).La primera raíz canónica estuvo asociada al perímetro y a la longitud del eje mayor de la semilla; la segunda raíz estuvo asociada a las variables índice de compactación y radio de redondez, y la tercera raíz canónica estuvo asociada al índice de redondez (Cuadro 5).
En la representación tridimensional de las poblaciones, en las tres primeras raíces canónicas se observó que las poblaciones del oriente de Guanajuato (El Derramadero, La Valenciana y Santa Rosa) se encuentran ubicadas en la zona positiva de la raíz canónica 1, lo que se traduce en semillas más grandes que las del occidente (San Miguel de Allende, Dolores Hidalgo y San Luis de la Paz). Por otro lado, la población de Dolores Hidalgo se ubicó en la zona negativa de la raíz canónica 2, lo que se traduce en semillas poco compactas y alargadas; el caso contrario fue la población de San Miguel de Allende, que presentó semillas compactas y poco alargadas; todas las otras poblaciones presentaron características intermedias entre estas dos poblaciones (Figura 3).
La distancia de Mahalanobis mostró que todas las poblaciones estudiadas fueron estadísticamente diferentes (Cuadro 6), lo cual se confirma con la lambda de Wilks del MANOVA que presentó un valor de 0.0662, lo que quiere decir que el vector de medias de las diferentes poblaciones presenta diferencias altamente significativas.
En el análisis de MANOVA sobre las raíces canónicas se encontraron diferencias entre las poblaciones en las tres primeras raíces canónicas (Cuadro 7). En la prueba de medias estandarizadas de Tukey se encontró que en la raíz canónica 1 las poblaciones de Santa Rosa y La Valenciana son estadísticamente iguales con los valores positivos promedio más altos (Cuadro 8); la población del Derramadero presentó diferencias significativas con todas las otras poblaciones, aunque presentó también un valor positivo (Cuadro 8). Por el contrario, las poblaciones de Dolores Hidalgo y San Luis de la Paz no presentaron diferencias significativas entre ellas y tuvieron valores negativos. La población de San Miguel de Allende presentó el valor negativo más alto, así como diferencias significativas con todas las otras poblaciones (Cuadro 8).
En esta misma prueba, en la raíz canónica 2, se mostró que la población de San Miguel de Allende presentó el valor positivo más alto, así como diferencias significativas con las demás poblaciones (Cuadro 8); caso contrario, la población de Dolores Hidalgo mostró el valor negativo más alto, así como diferencias significativas con las otras poblaciones (Cuadro 8); las poblaciones restantes (El Derramadero, La Valenciana, San Luis de la Paz y Santa Rosa) no presentaron diferencias estadísticas entre sí (Cuadro 8).
En la raíz canónica 3, la población de San Luis de la Paz presentó el valor positivo más alto (Cuadro 8) y fue estadísticamente diferente a las otras poblaciones; la población del Derramadero mostró diferencias significativas con las de San Miguel de Allende y Dolores Hidalgo, pero no con las poblaciones de Santa Rosa y La Valenciana; estas últimas cuatro poblaciones no mostraron diferencias significativas entre sí (Cuadro 8).
En el dendrograma obtenido (Figura 4) se encontró que las poblaciones del oriente de Guanajuato formaron un grupo y están más estrechamente relacionadas que las del occidente, las cuales formaron otro grupo; asimismo, se observó que en el grupo del oriente de Guanajuato las poblaciones de San Miguel de Allende y San Luis de la Paz son las más relacionadas y la de Dolores Hidalgo está más separada, lo que se traduce en que esta población presentó una mayor disimilitud en sus caracteres de semilla.
DISCUSIÓN
]]> De acuerdo con Campbell et al. (1987), Campbell y Wright (1996) y Weber y Campbell (1989), el género Amelanchier puede ser apomíctico o sexual, dependiendo de la especie e incluso de la población; la presencia de apomixis en este género se denota mediante una baja variabilidad intrapoblacional (Campbell y Wright, 1996). De acuerdo a los resultados, existió alta variación tanto intra como interpoblacional, lo que sugiere que esta especie puede ser de reproducción sexual, ya que todas las poblaciones presentaron en diferentes grados variación intra–poblacional, aun la población más homogénea, que fue la de San Luis de la Paz. Sin embargo, se necesitan estudios más detallados para determinar la incidencia de apomixis en A. denticulata y corroborar la heterogeneidad morfológica mediante técnicas moleculares, principalmente mediante la secuenciación de genes conservados, para descartar el efecto de la interacción genotipo–ambiente, como lo hicieron Campbell et al. (1999) para especies norteamericanas de Amelanchier.Asimismo, Campbell (1999) reportó un alto grado de hibridación entre las diferentes especies norteamericanas de este género, pero en el caso de A. denticulata no existe información sobre su sistema reproductivo, por lo que resulta prioritario hacer estudios citogenéticos para conocer su sistema reproductivo.
Las distintas características sobre forma y tamaño de la semilla fueron discriminantes para distinguir las diferentes poblaciones de A. denticulata, lo cual concuerda con estudios hechos en características de semillas del género Crataegus, que también es una Rosaceae (Nieto–Ángel et al., 2009); no obstante, a diferencia del género Crataegus, el género Amelanchier no presenta endocarpios endurecidos por lo que las características que pueden medirse disminuyen en comparación con los que se pueden medir en Crataegus, donde Nieto–Ángel et al. (2009) reportaron 24 características de las cuales sólo ocho fueron de semillas y el resto fueron del endocarpio.
En este caso, el tamaño de la semilla distingue las poblaciones del oriente del estado de Guanajuato de las del occidente; ambas regiones presentan climas diferentes (Núñez–Colín, 2010) y su evolución en estos dos ambientes hace muy probable que estas poblaciones puedan tener esta adaptación de tamaño de semilla dentro de su genoma (Dobzhansky, 1970), lo que significa que se pueden tener al menos dos diferentes acervos genéticos dentro del estado. Este resultado puede ser favorecedor en un programa de mejoramiento genético porque es muy probable que individuos de poblaciones contrastantes sean genéticamente distantes, lo que significa que al cruzarlos se tienen pocas probabilidades de obtener individuos endogámicos y se espera que haya alta heterosis (Wright, 1978).
A. denticulata ha sido incluido en varios estudios filogenéticos tanto del género Amelanchier (Campbell et al., 1995) como de la subtribu Pyrinae –anteriormente la subfamilia Maloideae– (Campbell et al., 2007), pero considerándolo por su nombre sinónimo de Malacomeles denticulata (H. B. K.) Jones; estos estudios fueron hechos utilizando marcadores moleculares; sin embargo, los individuos utilizados en estos estudios pueden no representar la variabilidad total de esta especie de acuerdo a la alta variabilidad en caracteres morfológicos de semilla encontrada en este estudio.
CONCLUSIONES
Las poblaciones estudiadas, colectadas en el Bajío Guanajuatense, de A. denticulata presentaron alta variación tanto intra como interpoblacional.
Las variables de tamaño y forma de semilla fueron discriminantes para distinguir las poblaciones, por lo que se puede suponer que existen al menos dos acervos genéticos diferentes en Guanajuato, lo que favorecería hacer cruzas entre individuos de estos acervos para mejorar la especie.
]]> AGRADECIMIENTOS
Al Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Guanajuato (CONCYTEG), por parte del financiamiento otorgado mediante el convenio 09–24–k662–092–A02, y al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, por parte del financiamiento otorgado por el fondo I0003 mediante el proyecto CB2009/134193: "Estudios básicos sobre diversidad y potencial agroalimentario del membrillo cimarrón (Amelanchier denticulata (Kunth) Koch) en el centro de México". Asimismo, los autores agradecen a los árbitros y al editor anónimo sus atinados comentarios.
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