Introducción

Pinus patula Schiede ex Schltdl. et Cham. es una especie monoica y anemófila endémica de México (^{Perry, 1991}) que se considera importante para el establecimiento de plantaciones comerciales en zonas tropicales y subtropicales con fines de producción de madera (^{Dvorak et al., 2000}). Los programas de mejoramiento genético de P. patula se iniciaron en Sudáfrica en la década de los 1970s (^{Dvorak et al., 2000}). En México, los primeros esfuerzos de selección fenotípica y evaluación genética para incrementar productividad y calidad de la madera de P. patula se iniciaron en la década de los 1990s (^{Sáenz-Romero et al., 1994}; ^{Valencia et al., 1995}). Dada la importancia y considerando las dificultades prácticas del abastecimiento de semilla para reforestación (^{Ortiz-Bibian et al., 2019}), en 2012, la Comisión Nacional Forestal (CONAFOR) financió el establecimiento de tres huertos semilleros asexuales de esta especie con el fin de satisfacer la demanda de semilla para la reforestación de áreas bajo manejo forestal.

La diversidad genética es esencial para que los grupos de individuos de una especie se adapten a cambios ambientales (^{Frankham et al., 2004}); también, ésta es importante para la selección de individuos que poseen características sobresalientes de interés económico, como tamaño y forma de tronco, velocidad de crecimiento, calidad de la madera y resistencia a enfermedades o a factores ambientales extremos (^{White et al., 2007}). En una especie, la diversidad genética es producto de diferencias genéticas entre individuos en una población y entre poblaciones (^{Nei, 1977}). Las diferencias genéticas entre poblaciones se deben al reducido o nulo intercambio de migrantes como consecuencia del aislamiento por barreras o distancia entre poblaciones de una especie (^{Wright, 1969}). El aislamiento de poblaciones promueve el apareamiento entre individuos emparentados, lo que aumenta la probabilidad de que alelos diferentes se fijen y conduzcan a una diferenciación entre poblaciones (^{Wright, 1969}). Esta partición de la diversidad genética se conoce como estructura genética, la cual es importante en el establecimiento de las unidades de manejo y conservación de una especie (^{Allendorf y Luikart, 2007}). Un huerto semillero es una unidad de manejo de una especie.

Un huerto semillero es una plantación donde individuos sobresalientes crecen y se cruzan entre sí en una localidad para producir germoplasma de calidad genética superior para su uso en los programas de plantaciones forestales (^{White et al., 2007}). La meta del establecimiento de un huerto semillero es maximizar las ganancias genéticas en características de interés para conservar un nivel alto de diversidad genética al seleccionar árboles o clones no emparentados (^{Ahlinder et al., 2014}); sin embargo, la propagación vegetativa disminuye la diversidad genética lo que puede limitar su uso en la silvicultura (^{Stelzer y Goldfarb, 1997}), pero ésta es de amplio uso en el establecimiento de plantaciones comerciales para la propagación de genotipos genéticamente superiores (^{White et al., 2007}).

Los marcadores moleculares son una herramienta útil para estimar la diversidad genética, estructura genética, flujo génico y sistemas de apareamiento en poblaciones de cruzamiento de especies del género Pinus (^{Çengel et al., 2012}). Los microsatélites son marcadores que se utilizan ampliamente para medir la diversidad y estructura genética en especies forestales (^{Barrios et al., 2004}; ^{Gaspar et al., 2009}; ^{Zelener et al., 2005}).

La diversidad y estructura genética se han cuantificado a través de marcadores aloenzimáticos en poblaciones naturales de P. patula (^{Ramírez-Herrera et al., 1998}), mediante ISSRs en P. cembroides (^{Fuentes-Amaro et al., 2019}) y de microsatélites en P. patula (^{Alfonso-Corrado et al., 2014}) y en P. oocarpa (^{Dvorak et al., 2009}). La mayoría de las especies del género Pinus tienen una diversidad genética alta y una diferenciación baja entre poblaciones (^{Chhatre y Rajora, 2014}; ^{Chudzińska et al., 2016}; ^{Dvorak et al., 2009}).

En los huertos semilleros es deseable una diversidad alta para continuar con la selección de individuos sobresalientes en generaciones avanzadas y mantener individuos con crecimiento rápido y posibilidad de adaptación a los cambios ambientales. La presente investigación se realizó con el objetivo de evaluar la diversidad y estructura genética de dos huertos semilleros asexuales de P. patula, bajo la hipótesis de que la diversidad genética es alta en estos huertos debido a que los clones se originaron de ortetos no emparentados mientras que la diferenciación genética es baja.

Materiales y métodos

Resultados

Discusión

La diversidad genética fue alta en ambos huertos semilleros de P. patula con base en el número total de alelos, el número promedio de alelos por locus, la heterocigosidad observada y la esperada. Una diversidad genética alta en los huertos semilleros es deseable para tener mayor posibilidad de que la descendencia se adapte a cambios ambientales y evitar depresión endogámica en generaciones avanzadas de selección dentro de programas de mejoramiento genético (^{Hartl y Clark, 2007}). Por lo anterior, es deseable un número alto de clones genéticamente diferentes en los huertos semilleros a fin de mantener un nivel alto de diversidad genética y poder continuar con la selección de árboles con altas tasas de supervivencia y crecimiento, y tolerantes a plagas y enfermedades, sin disminuir la capacidad de adaptación a cambios ambientales.

El número total de alelos es un reflejo de alta diversidad en los huertos semilleros asexuales de P. patula en los Ejidos de la Selva y de Villa Cuauhtémoc. El número total de alelos en esta especie fue superior al número de alelos que se encontró en un huerto semillero constituido por 61 clones de Pinus koraiensis Siebold & Zucc., con un total de 56 alelos en 13 loci (^{Feng et al., 2010}); además, el resultado aquí obtenido fue mayor al número total (45) de alelos de cinco microsatélites que se reportaron en Pinus resinosa Ait. (^{Boys et al., 2005}); sin embargo, el número total de alelos que se reportaron para Pinus oocarpa Schiede ex Schlechtendal, Pinus tecunumanii (Schw.) Eguiluz et Perry, y P. patula (^{Dvorak et al., 2009}) fue menor que el valor para los mismos siete loci del presente estudio (136). La diferencia en el número total de alelos se puede deber al número y distribución de las poblaciones incluidas en el muestreo de ambos estudios. Los clones en los huertos semilleros sólo provinieron de dos poblaciones de P. patula, mientras que ^{Dvorak et al. (2009)} muestrearon tres diferentes especies con un número mayor de poblaciones (51 poblaciones de P. oocarpa, 11 de P. tecunumanii y seis de P. patula) que se localizan en la mayor parte del área de distribución natural de estas especies. El número total de alelos también fue menor que el número que se encontró (105 alelos) en 10 microsatélites de 24 clones de P. radiata (^{Devey et al., 2002}).

El número encontrado de alelos por locus (A) es muestra de una diversidad genética alta en P. patula var. patula en el presente estudio. Este estimador de diversidad genética fue mayor que el número promedio de alelos por locus (A = 8.5) que se encontró en 11 loci en cinco poblaciones naturales de P. patula var. patula y muy superior al valor (A = 4.55) que se encontró en una población de P. patula var. longipeduculata (^{Dvorak et al., 2009}). La diferencia en el número de alelos promedio en ambos estudios se puede deber a que diferentes individuos en diferentes poblaciones se incluyeron en cada estudio, por lo que ambos estudios para la misma especie se pueden considerar complementarios; también, el número promedio de alelos por locus en el presente estudio fue mayor que los valores que se encontraron en P. resinosa (A = 9) y P. radiata (A = 8.2) (^{Boys et al., 2005}; ^{Karhu et al., 2006}).

Un número alto de alelos en P. patula en los huertos semilleros asexuales es importante debido a que las plantas que se produzcan a partir del germoplasma de estos huertos tienen mayor probabilidad de adaptarse a condiciones ambientales adversas que plantas que tienen origen en huertos semilleros donde el número de alelos es reducido; además, una diversidad genética alta en los huertos semilleros asexuales es necesaria para poder mantener individuos genéticamente sobresalientes en generaciones avanzadas de selección sin disminuir el potencial de adaptación de la especie (^{White et al., 2007}); sin embargo, el número promedio de alelos por locus en la presente investigación fue menor al número promedio de A = 19.82 que se reportó en P. oocarpa, una especie que tiene una distribución mayor, y de A = 11.36 de P. tecunumanii (^{Dvorak et al., 2009}). El número promedio de alelos por locus en la presente investigación fue inferior al número promedio de alelos por locus reportado por ^{Rajora et al. (2000)} y ^{Chhatre y Rojora (2014)} para P. strobus L. (A = 10.8 y A = 9.4).

Los valores de heterocigosidad observada (Ho) y heterocigosidad esperada (He) también mostraron un nivel alto de diversidad genética en los dos huertos semilleros estudiados. Estos valores fueron mayores que los encontrados en cinco poblaciones naturales de P. patula var. patula (Ho = 0.475 y He = 0.567) y en una población de P. patula var. longipedenculata (Ho = 0.548 y He = 0.599) (^{Dvorak et al., 2009}). Los valores de Ho y He para P. patula también fueron mayores que los valores encontrados en P. resinosa (Ho = 0.184 y He = 0.508) (^{Boys et al., 2005}) y P. strobus (Ho = 0.525 y He = 0.608) (^{Chhatre y Rajora, 2014}).

El valor de Ho para P. patula en el presente estudio fue mayor que el encontrado en P. oocarpa (Ho = 0.545) y P. tecunumanii (Ho = 549) (^{Dvorak et al., 2009}); no obstante, Ho y He en los dos huertos semilleros fueron menores que los valores Ho = 0.64 y He = 0.797 reportados para poblaciones naturales de P. patula en la Sierra Juárez de Oaxaca (^{Alfonso-Corrado et al., 2014}); además, los valores de He en P. oocarpa y P. tecunumanii fueron 0.711 y 0.646, respectivamente (^{Dvorak et al., 2009}). ^{Karhu et al. (2006)} reportaron una He de 0.73 para P. radiata y ^{Thomas et al. (1999)} una He de 0.74 para P. contorta Dougl. ex Loud. Las diferencias de heterocigosidad entre los estudios mencionados para P. patula y los resultados de la presente investigación pueden deberse al número de árboles incluidos en el estudio, ubicación geográfica, tamaño de las poblaciones y número de loci que se incluyeron en cada estudio.

En una población de producción, como son los huertos semilleros, es deseable tener valores bajos del índice de fijación para evitar efectos de depresión endogámica como consecuencia del cruzamiento entre individuos emparentados. El valor positivo del índice de fijación (F) indicó una deficiencia de heterocigotos en ambos huertos semilleros. El valor promedio de F para P. patula en ambos huertos fue inferior al valor F = 0.186 que reportó para la misma especie ^{Alfonso-Corrado et al. (2014)}. El valor de F en el presente estudio también fue menor al valor que se encontró utilizando microsatélites en poblaciones de P. strobus (F = 0.135) (^{Chhatre y Rajora, 2014}) y Picea glauca (Moench) Voss (F = 0.177) (^{Fageria y Rajora, 2013}).

El valor del índice de fijación total o índice de endogamia (F_IT) fue bajo considerando ambos huertos semilleros. Los valores de F_IT varían entre -1 y 1; valores positivos indica deficiencia de heterocigotos mientras que valores negativos significa un exceso de éstos (^{Hartl y Clark, 2007}; ^{Wright, 1965}). En los huertos semilleros se esperaría un índice de fijación igual a cero debido a que los ortetos crecen a una distancia considerable, por lo que la probabilidad de algún progenitor común es baja. Los valores de F_IT para los loci NZPR5 y NZPR1078 expresaron los valores mayores de endogamia, mientras que el valor de F_IT para el locus PtTX2123, con valor negativo, registró el menor nivel de apareamiento entre individuos emparentados. El índice de fijación F_IT promedio en el presente estudio indicó una moderada deficiencia de individuos heterocigóticos en la población total (^{Wright, 1965}). Deficiencias moderadas de heterocigotos también se encontraron en otras coníferas de polinización anemófila y dispersión de semilla por el viento como Picea glauca (F_IT = 0.201) (^{Fageria y Rajora, 2013}), Pinus sylvestris L. (F_IT = 0.179 para árboles tolerantes a contaminantes en el suelo y F_IT = 0.057 para árboles no tolerantes) (^{Chudzińska et al., 2016}); asimismo, ^{Boys et al. (2005)} encontraron una deficiencia alta de heterocigotos (F_IT = 0.643) en P. resinosa. Las deficiencias de individuos heterocigotos se pueden deber a la endogamia, la selección en contra de heterocigotos o al efecto de Wahlund; es decir, una reducción en la heterocigosidad causada por la estructura de una subpoblación (^{Thomas et al., 1999}).

El valor de F_IS fue positivo tras considerar los siete loci, lo cual indicó una deficiencia de individuos heterocigóticos en ambos huertos semilleros de P. patula. El valor de F_IS para el locus NZPR1078 mostró el mayor valor de endogamia, mientras que el valor de F_IS para el locus PtTX2123 expresó el valor menor de endogamia para ambos huertos semilleros asexuales. El valor del F_IS para P. patula en el presente estudio fue menor a los valores promedio (F_IS = 0.146 y F = 0.340) que ^{Dvorak et al. (2009)} y ^{Alfonso-Corrado et al. (2014)} encontraron para la misma especie. Otras coníferas como Picea glauca (F_IS = 0.175) y Pinus strobus (F_IS = 0.139) (^{Chhatre y Rajora, 2014}; ^{Fageria y Rajora, 2013}) presentaron valores mayores de F_IS que el obtenido para P. patula en la presente investigación. Para otras especies también se han encontrado valores altos de F_IS, como los valores reportados para P. contorta y P. resinosa con F_IS = 0.360 y 0.504, respectivamente (^{Boys et al., 2005}; ^{Thomas et al., 1999}), mientras que en especies como P. brutia Ten. el valor de F_IS fue bajo (F_IS = 0.02) (^{Lise et al., 2007}), lo que indicó una deficiencia mínima de heterocigotos dentro de las poblaciones.

El coeficiente de diferenciación (F_ST) fue bajo entre huertos semilleros de P. patula, con base en el análisis de varianza molecular, con la mayoría de la diversidad genética entre individuos dentro de los huertos semilleros. La mayor parte de la diversidad genética dentro de poblaciones es común en la mayoría de las especies del género Pinus con amplia distribución (^{Ledig, 1998}). El valor de F_ST para P. patula en el presente estudio fue muy similar al valor F_ST = 0.025 que se encontró en cinco poblaciones de esta especie (^{Dvorak et al., 2009}), pero menor al de F_ST = 0.059 que ^{Alfonso-Corrado et al. (2014)} encontraron para la misma especie. En P. contorta (F_ST = 0.028), P. brutia (F_ST = 0.07) y P. strobus (F_ST = 0.083) también se encontró diferenciación baja entre poblaciones, probablemente como consecuencia de un flujo alto de genes y tamaño grande entre sus poblaciones (^{Chhatre y Rajora, 2014}; ^{Lise et al., 2007}; ^{Thomas et al., 1999}). Por otro lado, valores mayores (F_ST = 0.141 y F_ST = 0.16) se encontraron en poblaciones de P. radiata (^{Karhu et al., 2006}; ^{Vogl et al., 2002}). Bajo esta perspectiva, el nivel bajo de diferenciación genética que se encontró entre los huertos semilleros asexuales de P. patula en la presente investigación podría indicar un flujo alto de alelos en el pasado entre las poblaciones donde crecen los ortetos que originaron los rametos para establecer los huertos semilleros; ésto es común en poblaciones naturales de especies vegetales con polinización libre (^{Slatkin, 1981}).

Conclusiones

La diversidad genética de los huertos semilleros de Pinus patula fue alta, con deficiencia moderada de heterocigotos. El huerto semillero del ejido Villa Cuauhtémoc tuvo un nivel mayor de diversidad, aunque en La Selva se encontró un número mayor de alelos. La proporción mayor de la diversidad genética se ubicó dentro de los huertos, con una diferenciación genética baja entre éstos.