Making genetic biodiversity measurable : a review of statistical multivariate methods to study variability at gene level

Measures of agro-ecosystems genetic variability are essential to sustain scientific-based actions and policies tending to protect the ecosystem services they provide. To build the genetic variability datum it is necessary to deal with a large number and different types of variables. Molecular marker data is highly dimensional by nature, and frequently additional types of information are obtained, as morphological and physiological traits. This way, genetic variability studies are usually associated with the measurement of several traits on each entity. Multivariate methods are aimed at finding proximities between entities characterized by multiple traits by summarizing information in few synthetic variables. In this work we discuss and illustrate several multivariate methods used for different purposes to build the datum of genetic variability. We include methods applied in studies for exploring the spatial structure of genetic variability and the association of genetic data to other sources of information. Multivariate techniques allow the pursuit of the genetic variability datum, as a unifying notion that merges concepts of type, abundance and distribution of variability at gene level.

Análisis de componentes principales con datos georreferenciados : una aplicación en agricultura de precisión

La utilización de nuevas tecnologías asociadas a la agricultura de precisión permite capturar información de múltiples variables en gran cantidad de sitios georreferenciados dentro de lotes en producción. Las covariaciones espaciales de las propiedades del suelo y el rendimiento del cultivo pueden evaluarse a través del análisis de componentes principales clásico (PCA). No obstante, como otros métodos multivariados descriptivos, el PCA no ha sido desarrollado explícitamente para datos espaciales. Nuevas versiones de análisis multivariado permiten contemplar la autocorrelación espacial entre datos de sitios vecinos. En este trabajo se aplican y comparan los resultados de dos técnicas multivariadas, el PCA y MULTISPATI-PCA. Este último incorpora la información espacial a través del cálculo del índice de Moran entre los datos de un sitio y el dato promedio de sus vecinos. Los resultados mostraron que utilizando MULTISPATI-PCA se detectaron correlaciones entre variables que no fueron detectadas con el PCA. Los mapas de variabilidad espacial construidos a partir de la primera componente de ambas técnicas fueron similares; no así los de la segunda componente debido a cambios en la estructura de co-variación identificada, al corregir la variabilidad por la autocorrelación espacial de los datos. El método MULTISPATI-PCA constituye una herramienta importante para el mapeo de la variabilidad espacial y la identificación de zonas homogéneas dentro de lotes.

Dinámica temporal de la masa de broza en distintos microhábitats del desierto del Monte Central (Mendoza, Argentina)

Uno de los mecanismos propuestos para el enriquecimiento del suelo generado bajo la cobertura de leñosas en zonas áridas es la relocalización de nutrientes absorbidos por sus extensos sistemas radicales hacia el área bajo su dosel. Sin embargo, el efecto final sobre la fertilidad del suelo depende de los distintos procesos que transforman la broza y liberan nutrientes. Prosopis flexuosa D.C. (algarrobo) es la especie leñosa de mayor producción de broza y genera islas de fertilidad bajo su dosel en el Monte Central. En este trabajo analizamos la dinámica temporal de la masa de la broza caída bajo P. flexuosa, en distintos microhábitats (bajo la copa de P. flexuosa, bajo Larrea divaricata, en áreas próximas a árboles talados, y en áreas expuestas). Encontramos una mayor disminución en la masa de broza en invierno, sin diferencias entre microhábitats, y menores tasas de pérdida y mayor heterogeneidad espacial en primavera y verano. Nuestros resultados sugieren que la dinámica de la broza depende principalmente de su composición, ya que es mayor la tasa de pérdida, inmediatamente después del ingreso de broza producida por la caída de hojas de P. flexuosa no obstante las condiciones ambientales desfavorables para la actividad de microorganismos. A pesar de observarse diferencias en la dinámica de la broza entre los microhábitats, la magnitud total de los cambios de masa de broza no presenta una variabilidad espacial importante. Por el contrario, se detectó relocalización secundaria de broza, producto de la actividad de artrópodos y posiblemente otros factores (agua-viento), los que podrían actuar como moderadores de las diferencias generadas por la concentración de broza bajo las leñosas.

Evaluación biofísica de funciones ecosistémicas en la cuenca del Río Tunuyán superior, Mendoza

El conocimiento de las funciones ecosistémicas y su distribución es de importancia para la evaluación de la provisión de los servicios ecosistémicos y constituye una herramienta para el ordenamiento territorial del suelo. El objetivo de este trabajo fue evaluar la capacidad funcional de ecosistemas de la Cuenca del Río Tunuyán Superior a través del protocolo ECOSER. Se analizaron las funciones de Protección de Acuíferos por Cobertura e Infiltración y Escurrimiento Superficial, proponiendo para este último diferentes situaciones de precipitación. Se obtuvo una gran variabilidad espacial de las capacidades funcionales sobre toda la extensión de la cuenca. En cuanto a la Protección de Acuíferos, la mayor vulnerabilidad se encontró sobre la zona alta de la misma, sin embargo el factor determinante de la mayor o menor capacidad funcional fue el uso del suelo. Por otra parte, frente a las situaciones de precipitación propuestas para la evaluación de Infiltración y Escurrimiento Superficial, el factor que mayor influencia presentó sobre las escorrentías para los casos de promedios anuales y el mes de marzo, fueron las máximas y mínimas precipitaciones, siendo el uso del suelo poco significativo. Mientras que para la tercera situación de un evento de 50 mm de precipitación, fue el uso Agrícola el que se destacó por sus altos valores de infiltración. Se considera oportuno aprovechar estos resultados para la determinación de los servicios ecosistémicos generados en la cuenca.

Estudio de la estructura genética espacial Ramorinoa Girolae (chica), una especie endémica de gran vulnerabilidad

Ramorinoa girolae Speg. (Fabaceae), comúnmente llamada “chica", es un árbol o arbusto xerófito y endémico de Argentina, considerado en peligro de extinción por su restringida distribución geográfica, lento crecimiento y poca resistencia al fuego. Para poder llevar a cabo un plan eficiente de manejo, conservación y restauración ecológica de esta especie es necesario evaluar su variabilidad genética y estructura genética espacial. En este trabajo se estimó la diversidad genética de una población de R. girolae ubicada en el Parque Provincial Ischigualasto, San Juan, y la similitud genética entre pares de individuos. Posteriormente se analizó la estructura genética espacial y su relación con variables morfométricas y ambientales. Se recolectaron 21 muestras biológicas de individuos localizados a lo largo de un cauce seco en la zona conocida como Mina de Cuarzo y su localización geográfica fue georreferenciada. Se obtuvo la altitud aproximada a partir de Google Earth. De los individuos muestreados se observaron variables orfológicas (diámetro basal de cada fuste, número de fustes y altura del árbol) y ambientales (distancia a cauces secos, granulometría del suelo y pendiente del terreno). Para el estudio genético se utilizó la técnica de AFLP, la cual permite generar un gran número de marcadores polimórficos. El análisis estadístico permitió calcular: la correlación entre el diámetro basal y la altura de los árboles, la diversidad genética, la similitud genética entre pares de muestras, las asociaciones entre todas las muestras y los factores que afectan a la estructura genética. El diámetro basal se correlacionó positivamente con la altura de los árboles (R2=0,51 y p=0,0002). No se registró individuos con diámetro basal menor a 10 cm y tampoco menores a 1 m de altura. Se encontró que esta población tiene una alta diversidad genética ya que el Índice de Polimorfismo (Pj) fue del 82,3%, lo cual podría deberse a que dicha población se encuentra en un área protegida sin deforestación. Además, la Diversidad Genética de Nei (He) resultó tener un valor medio (He=0,276) y el Índice de Uniformidad de la población calculado fue muy bajo (Uj=0,49). Los valores de similitud genética entre distintos individuos calculados mediante el coeficiente Dice variaron entre 0,73 y 0,93. Tomando como referencia la similitud genética resultante entre dos muestras obtenidas de los extremos de una misma planta (SG=0,99), se puede concluir que no se encontraron clones entre las muestras analizadas. El análisis clúster permitió identificar 4 grupos diferentes a lo largo del cauce, ordenados espacialmente. El análisis de correlación lineal entre las matrices de distancia genética y las de variables geográficas corroboraron la presencia de estructura genética espacial entre las plantas estudiadas. La incorporación de las variables ecológicas al análisis de correlación no mejoró en mayor medida la explicación de dicha estructura, a excepción de la pendiente, estrechemente relacionada con la altitud. Estos resultados sugieren que hay un importante aporte de variabilidad genética producto de la reproducción sexual en la población estudiada. Cabe remarcar que dicha población es la más numerosa y diversa del Parque Provincial Ischigualasto, lo que enfatiza la importancia de su conservación.