Mechanisms of speciation in bryophytesevolutionary studies in the moss Funaria hygrometrica along environmental gradients

Resumen

El objetivo general de esta Tesis Doctoral fue contribuir al conocimiento de la importancia de la geografía y el clima en la variación genética y su papel como mecanismos de especiación en briófitos con amplias distribuciones. Se utilizó como modelo de estudio el musgo cosmopolita Funaria hygrometrica. Se realizó un estudio multidisciplinar en el que se combinó el análisis de la ploidía, el estudio de la variabilidad genética mediante diversas metodologías y marcadores genéticos, genética del paisaje, análisis del transcriptoma, datos morfométricos y biogeográficos. Se emplearon muestras procedentes de cuatro áreas geográficas de España con diferentes regímenes climáticos (las provincias de Asturias, León y Murcia, y las montañas de Sierra Nevada), además de otras especies del género Funaria (F. aequidens, F. arctica, F. flavicans y F. polaris) y una muestra de F. hygrometrica de Chile. Mediante citometría de flujo se detectaron cuatro citotipos. Solo uno de ellos fue haploide y estaba presente en el 67,4% de los individuos analizados. El resto de individuos presentaban alguno de los otros tres citotipos, que eran diploides, pero con distinta cantidad de ADN. Un posible mecanismo para explicar las diferencias dentro de los diploides es el número variable de cromosomas accesorios, que se sabe que están presentes en ciertas especies de musgos. Para describir los niveles de diferenciación genética entre las poblaciones de F. hygrometrica en las cuatro áreas estudiadas se realizó el genotipado de todas las muestras recolectadas y cultivadas in vitro, por medio de la técnica genómica Genotyping by sequencing (GBS). También se llevó a cabo la secuenciación Sanger de tres marcadores genéticos (nuclear, mitocondrial y cloroplástico) en algunos individuos de Sierra Nevada. Con estos análisis se confirmó la existencia de dos genotipos claramente diferenciados: uno restringido a las zonas altas de Sierra Nevada (por encima de los 1600 m s.n.m.) y a unos pocos individuos del resto de áreas estudiadas, y otro genotipo generalista, presente en todo el gradiente altitudinal de Sierra Nevada y mayoritaro en el resto del territorio estudiado. Se observó una mayor proximidad filogenética y de expresión génica entre el genotipo de distribución restringida y la muestra de F. hygrometrica de Chile, lo que pone de manifiesto su elevada capacidad de dispersión a larga distancia, mientras que el genotipo generalista estuvo más relacionado con las otras especies estudiadas.No se observaron evidencias de hibridación entre ambos linajes genéticos, ni siquiera en localidades donde cohabitan, lo que sugiere un aislamiento reproductivo. La reproducción sexual por autofecundación en ambos grupos genómicos podría explicar la ausencia de recombinación entre ellos. Estudios de genética del paisaje para conocer la importancia de la geografía (aislamiento por distancia, IBD) versus la ecología (aislamiento por ambiente, IBE) para explicar la diferenciación genética no apoyaron la reciente colonización y expansión en Sierra Nevada. Revelaron además, que la estructura genética no se alinea con la diferenciación ambiental en poblaciones de Asturias, León y Murcia, mientras que a lo largo del gradiente altitudinal de Sierra Nevada la variable climática isotermalidad constituyó el modelo que mejor explicó la estructura genética observada. Ello apunta a que una potencial barrera, aunque no absoluta, podría restringir la dispersión o el establecimiento efectivo, lo que promovería en última instancia el aislamiento ecológico. Mediante la técnica RNAseq se comparó la expresión génica entre muestras sometidas a condiciones de estrés térmico y de control. Los datos transcriptómicos apuntaron a que podría haber diferencias en la tolerancia al estrés térmico entre los dos linajes genéticos, ya que los genes expresados diferencialmente en condiciones de estrés térmico pertenecieron a la categoría de ontología génica “Unión a proteínas desplegadas”, que consta principalmente de proteínas de choque térmico. Se observó una mayor diferencia de expresión génica intraespecífica que interespecífica. El estudio morfométrico de individuos de Sierra Nevada no mostró una diferenciación morfológica significativa entre los grupos de individuos clasificados según su identidad genética, distribución altitudinal y nivel de ploidía. Por el contrario, las especies F. aequidens, F. arctica, F. flavicans y F. polaris se distinguieron morfológicamente de F. hygrometrica a pesar de que los datos genéticos mostraron mayor proximidad a las muestras con genotipo de distribución amplia de Sierra Nevada. Esta falta de variación morfológica en F. hygrometrica apunta a que los dos genotipos podrían ser especies crípticas dentro de una morfoespecie, que parecen tener una evolución o divergencia más rápida a nivel molecular que a nivel morfológico. Una simulación de los patrones de distribución de las dos posibles especies crípticas mostró que podrían compartir el mismo hábitat, incluso si compiten fuertemente por los mismos recursos y una de ellas tiene cierta ventaja selectiva en ese hábitat, siempre y cuando lleguen a este hábitat un número suficiente de migrantes de otras localidades. Este trabajo pone de manifiesto la importancia de considerar múltiples fuentes de evidencia empírica para inferir procesos evolutivos y aplicar criterios taxonómicos en especies de briófitos de amplia distribución.