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Efecto del impacto humano, endogamia, pérdida de diversidad genética e inestabilidad demográfica

Incremento en el riesgo de extinción

Manejo genético de poblaciones en cautiverio y en jardines botánicos

El manejo de las poblaciones pequeñas o vulnerables se enfoca para asegurar su persistencia en la naturaleza y en cautiverio; manteniendo la diversidad genética y la estabilidad demográfica.

Es importante que la población no baje del mínimo requerido para mantener la probabilidad de que sobreviva en el futuro.

Cuando las poblaciones experimentan una disminución se debe intervenir antes de que presenten pérdida de variación genética para evitar la extinción

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El manejo de especies en cautiverio y en jardines botánicos es un componente esencial para la conservación de las especies

Se estima que para vertebrados de 2000-3000 especies requerirán crianza en cautiverio para evitar su extinción en los próximos 200 años (TheWorld Conservation Union [IUCN])

Actualmente 25 especies de animales y varias plantas se han conservado en cautiverio o en jardines botánico después de su extinción.

Przewalski’s horse Guam rail

Scimitar-horned oryx

California condor

Black footed ferret

El manejo de las especies esta en su infancia. Aún más limitada está la aplicación de la genética en el manejo de especies amenazadas

Necesario diagnosticar su estatus:

a. Qué tan grande es la población (Ne)? b. Ha experimentado cuello de botella en el

pasado? c. Ha perdido diversidad genética? d. Está padeciendo depresión por endogamia? e. Está fragmentada genéticamente?

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Manejo de las poblaciones in situ

Es el medio más eficiente y efectivo de conservar la biodiversidad.

Por lo general son remanentes de poblaciones fragmentadas.

En algunos casos, las causas de la disminución se abordan a través del manejo del hábitat con el objetivo de que aumente el número de individuos

En otros casos se requieren estrategias para unir las poblaciones fragmentadas.

Para evitar la extinción, muchas organizaciones en el mundo tienen programas para mantener el potencial evolutivo de especies amenazadas en su hábitat natural o en cautiverio

Evolutionarily significant unit

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Una sola población sin diversidad genética!

1.- Acceso restringido a la población, manteniendo su localidad secreta 2.- Acceso limitado a personal 3.- Implementando protocolos estrictos de higiene para evitar la introducción de enfermedades 4.- Manejo de incendios forestales 5.- Manteniendo muestras de cada planta en jardines botánicos

“Wollemi pine” de Australia

a. Ayuda adicional para muchas especies en peligro

b. Establecimiento de programas de crianza en cautiverio

c. Generación de investigación sobre el manejo genético de las poblaciones

d. Mantenimiento de las poblaciones pequeñas a través del tiempo

e. Reintroducción exitosa a su habitat natural

Manejo genético de poblaciones en cautiverio y en jardines botánicos (ex situ)

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Aproximadamente 1150 zoológicos y acuarios en todo el mundo albergan 1.2 millones de animales.

Entre el 5-10% de su espacio se usa para especies amenazadas MUY por debajo de los requisitos actuales.

En los 1500 jardines botánicos en el mundo sólo se alberga el 30% de las plantas vasculares y a menudo un solo ejemplar

Muchos zoológicos suman esfuerzos para mantener programas exitosos de crianza

Se están generado bases de datos con los pedigrees e historia de vida de todos los individuos en cautiverio

Esto permite que se puedan hacer recomendaciones de cuáles animales deben cruzarse y qué tan amenudo

Los zoológicos permiten intercambio de animales para optimizar el manejo genético de las especies en cautiverio con la posibilidad de reintroducirlas a su hábitat natural

Por ello…

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1 Reconocimiento del declive de las poblaciones silvestres 2 Localizar a una población en cautiverio, investigación para desarrollo de

técnicas de manejo, asegurar la reproducción de los fundadores 3 Reproducción rápida y dispersión de la población a otros zoológicos 7 Mantener la población a cero crecimiento con un tamaño de la población

predeterminado 9 Escoger individuos para reintroducir 10 Manejar las poblaciones reintroducidas en su hábitat original

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manejo genético en cautiverio y reintroducción

1 Reconocimiento del declive de las poblaciones silvestres

Los aspectos genéticos que deben investigarse en esta etapa: 1. tasa de declive 2. tamaño a que se ha reducido 3. pérdida de diversidad genética 4. endogamia antes de cruzarlos en cautiverio

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2 Localizar a una población en cautiverio, investigación para desarrollo de técnicas de manejo, asegurar la reproducción de los fundadores

Los aspectos genéticos que deben considerarse: 1. Desarrollo de técnicas que aseguren la reproducción

de todos los fundadores 2. Los fundadores deben ser entre 20-30 individuos

(aprox. 95% de hererocigosidad) 3. El manejo genético debe establecerse antes de que la

población silvestre caiga por debajo de 1000 individuos

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3 Reproducción rápida y dispersión de la población a otros zoológicos

Los aspectos genéticos que deben considerarse: 1. Evitar el apareamiento entre parientes

cercanos 2. Asegurarse de que todos los animales tienen la

oportunidad de aparearse

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4 Mantener la población a cero crecimiento con un tamaño de la población predeterminado

Los aspectos genéticos que deben considerarse: 1. Minimizar endogamia. Los zoológicos mantienen pocos

individuos el resto los intecambian 2. Conservar la diversidad genética. Se iguala el radio sexual,

el tamaño de las familias y el número de individuos en diferentes generaciones

Sin embargo... muchas poblaciones en cautiverio ya son demasiado pequeñas y la depresión por endogamia es inevitable!

Przewalski’s horse

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5 Escoger individuos para reintroducir

Los aspectos genéticos que deben considerarse: 1. La introducción debe ser solamente de

individuos saludables con la mayor habilidad reproductiva y variación genética posible

2. El beneficio genético debe pesarse contra la pérdida de ese individuo de la población en cautiverio

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6 Manejar las poblaciones reintroducidas en su hábitat original

Los aspectos genéticos que deben considerarse: 1. Una vez que los primeros individuos

reintroducidos se establezcan, paulatinamente se liberarán otros.

2. Eventualmente la población silvestre ganará diversidad genética suministrada por la población en cautiverio. Se minimiza endogamia

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Manejo genético por grupo

Cuando no existen los pedigrees, el manejo se debe maximizar evitando la endogamia dentro del grupo.

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Manejo genético MAI (maximum avoidance of inbreeding)

grupos a reproducir Transferencia de machos en una dirección controlada

Transferencia de machos dos grupos aparte

En la generación 3 se transfieren a cuatro grupos aparte. Después de la tercera generación se intercambian individuos para evitar endogamia y se repite el ciclo

lineas materna y paterna

Este proceso establece las características genéticas y afecta todo el programa del manejo en cautiverio

Desafortunadamente, muchas poblaciones en cautiverio se han establecido con muy pocos individuos que provienen de poblaciones en peligro

Para un buen manejo, el programa se debe establecer antes de que la población silvestre se acerque a la extinción

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Una población en Florida de 60-70 individuos. Probabilidad de extinción muy alta Alozimas y ADN mitocondrial detectaron que una parte de la población había sufrido introgresión de un puma sudamericano (1956-1966) Poca diversidad genética comparada con híbridos; otros pumas y otros felinos. Problemas morfológicos Posiblemente emparentada con una “subespecies” de Texas. Se introdujeron 8 individuos de Texas en el 2001. Se observó que F1 carecen de defectos en la piel y en la cola

Florida panther

El manejo genético de plantas no es tan complejo como en animales

Existen bancos de semillas natuales y criopreservadas

Consecuentemente sufren poca endogamia y progresan más fácilmente durante la reintroducción

El almacenamiento de las semillas no es exitosa para 15% de especies tropicales cuyas semillas carecen de latencia

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a) El mayor problema para muchas plantas es la colecta de especímenes para la propagación o almacenammiento.

b) Dos factores críticos son el tamaño de la muestra y asegurarse que el material colectado es representativo de la diversidad genética de la especie.

c) La representatividad es más importante para plantas que para animales, especialmente para especies que se autofecundan (la mayor proporción de diversidad genética está distribuida entre poblaciones).

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Moringa oleifera (Moringacea) India e introducido a África (Kenya). Varios usos: medicinal, ornamental,

especia, pulpa papel. Semillas polipéptidos y cumpuesto

bactericida sirve para el tratamiento de aguas. Floración todo el año ó en dos

temporadas. Caracteres cuantitativos variables No hay información de la variación

genética de las poblaciones de Kenya y de su relación con las de India para manejo genético

Amplified fragment length polymophism (AFLP) analysis of genetic variation in Moringa oleifera Lam. (Muluvi et al. 1999. Molecular Ecology 8: 463-470)

4 poblaciones de Kenya

1 población de Malawi

2 poblaciones de India

7 pobs con 20 individuos cada una

1) Examinar los niveles de variación genética dentro y entre poblaciones de M. oleifera.

2) Definir unidades genéticas para un adecuado manejo y conservación de la especie.

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• AFLPs ADN genómico (0.5mg) digirieron con dos enzimas de restricción (PstI y MseI), se ligaron a adaptadores y se amplificaron fragmentos con varios primers.

• Extracción de ADN (Edwards, 1991) + purificación con cloroformo:alcohol isoamílico (24:1) y RNAasa (10 mg/ml).

AFLPs

• Electroforesis con geles de poliacrilamida y un marcador de peso molecular (ladder).

• Se determinó presencia y ausencia de alelos

• Diversidad genética con el estadístico de Nei (1987):

n= num. de individuos estudiados.

pi= frecuencia del fenotipo i

Individuos

M

at

ri

z

de

d

at

os

1 0 1 1 0 1

1 0 0 0 1 1

0 1 1 0 1 0

1 0 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0

1 1 1 0 0 0

1 0 1 0 1 1

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• Matriz de distancia genética usando el parámetro de Nei y Li (1979) y se realizó un fenograma (software Phylip).

• AMOVA (analysis of molecular variance).

Ind5

Ind3

Ind6

Ind4Ind2Ind1

01 02 03 04 05 06

01 0

02 0.56 0

03 0.33 0.33 0

04 0.47 0.26 0.50 0

05 0.32 0.43 0.37 0.28 0

06 0.33 0.56 0.56 0.37 0.46 0

Con los 4 pares de primers (PstI/MseI) se generaron 236 bandas 157 polimórficas (66.5%).

Resultados Kenia

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Única no significativa

INDIA separadas del resto

MALAWI más cercana a las de India, introducción reciente

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Conclusiones

Altos niveles de diferenciación genética entre poblaciones de M.

oleifera flujo génico restringido, por un efecto fundador y por presiones selectivas diferentes

El fenograma sugiere que la población de Malawi tiene un origen hindú y no africano.

Las 4 poblaciones de Kenia deben ser consideradas como unidades diferentes para propósitos de manejo.

La colecta de semillas debe abarcar todo el rango de distribución de la especie para obtener una muestra más representativa de la variación genética.

La genética de la conservación usa la teoría y técnicas genéticas para reducir el riesgo de la extinción en especies amenazadas

El interés en involucrar a la genética en la conservación biológica surge de los efectos deletéreos que se observan en poblaciones pequeñas y fragmentadas de especies amenazadas.

La mayor preocupación a nivel genético es la pérdida de la diversidad y el impacto adverso de la endogamia en la reproducción y sobrevivencia de las especies

resumiendo:

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El objetivo del manejo genético es preservar las especies amenazadas como entidades dinámicas y capaces de adaptarse a cambios ambientales

Si se ignoran los aspectos genéticos en el manejo de especies amenazadas a menudo llevan a manejos subóptimos y en algunos casos a malas decisiones para la conservación de las especies

El primer paso en el manejo genético de especies amenazadas es resolver las incertidumbres taxonómicas y delimitar las unidades de manejo dentro de la especie

Los factores genéticos sólo representan un componente del riesgo de extinción