Erysimum mediohispanicum at the evolutionary crossroad: phylogeny, phenotype and pollinators

Las interacciones entre plantas y polinizadores, ademas de depender de una gran variedad de factores, pueden tener importantes consecuencias evolutivas. Debido a que los polinizadores muestran patrones de preferencia ante determinados rasgos fenotipicos, dichos caracteres influyen en el tipo y la frecuencia de polinizadores que visitan la planta. De esta manera, es esperable que esos rasgos sean seleccionados, dandose un proceso de coevolucion que reducira las varianzas fenotipicas para ajustar las morfologias florales y la de sus principales especies de polinizadores. Este proceso puede desembocar en una especializacion de la interaccion, haciendo que un numero muy reducido de visitantes florales se encarguen de la polinizacion de la planta. Sin embargo, existen en la naturaleza plantas que son visitadas por un numero muy elevado de polinizadores, cada uno con preferencias, patrones de forrajeo y morfologias diferentes, e incluso contrarias. Como consecuencia, es dificil predecir la influencia de los polinizadores en la evolucion fenotipica de estas especies de plantas generalistas. La interaccion entre plantas y polinizadores no solo influye en las caracteristicas fenotipicas de ambos, sino que tambien puede repercutir en la composicion genetica de las poblaciones de plantas. Sin embargo, el conocimiento que se tiene sobre la importancia relativa de los polinizadores con respecto al resto de factores que determinan la evolucion de las especies de plantas es muy limitado. En la presente Tesis Doctoral abordamos el estudio de esta cuestion, utilizando como sistema de estudio Erysimum mediohispanicum, una planta herbacea mediterranea, endemica de la Peninsula Iberica y extremadamente generalista en cuanto al numero de especies de polinizadores que la visitan. E. mediohispanicum pertenece a un grupo especialmente conflictivo en cuanto a su taxonomia, debido a su origen reciente y a la existencia de flujo genico con otras especies cercanas. En nuestro estudio hemos obtenido informacion de un total de 56 poblaciones de E. mediohispanicum para inferir los patrones filogeograficos y la estructuracion genetica de la especie. Ademas, para cada poblacion hemos descrito la diversidad genetica y el gremio de polinizadores, asi como la media y la varianza de algunos rasgos fenotipicos involucrados en la interaccion entre plantas y polinizadores. Nuestro diseno de muestreo comprende la distribucion completa de la especie, que incluye poblaciones diploides (principalmente en Sierra Nevada) e hipotetraploides (en Cazorla y el noreste peninsular). Aunque hemos encontrado rasgos que difieren significativamente entre citotipos, ambos mostraron interacciones similares con los polinizadores. Para obtener los patrones filogeograficos de la especie hemos analizado la secuencia de una region plastidial que presenta una frecuencia muy alta de inserciones y deleciones (indels) en cruciferas. Aunque este tipo de mutaciones hacen que la region sea altamente variable, el uso de la misma para las inferencias filogenetica y filogeografica es limitado. Esto se debe a los problemas asociados a la interpretacion de la informacion evolutiva contenida en los indels. En esta Tesis Doctoral describimos un procedimiento general para extraer e interpretar dicha informacion y hemos implementado el metodo como un conjunto de funciones agrupadas en un paquete del lenguaje R. Dicho metodo consiste en la obtencion de dos matrices de distancias, basadas respectivamente en el numero de mutaciones observadas para indels y sustituciones. Ambas matrices pueden ser representadas por separado o combinarse para obtener una vision conjunta de la informacion proporcionada por ambos tipos de mutaciones. Debido a que nuestro objeto de estudio son poblaciones de la misma especie, entre las que es probable que exista flujo genico, hemos preferido representar las distancias evolutivas obtenidas mediante redes de percolacion. De acuerdo al analisis filogeografico, las poblaciones estudiadas se agrupan en cuatro linajes, cada uno con una ubicacion geografica bien delimitada que parece ser el resultado de multiples eventos de dispersion. Las rutas de colonizacion compatibles con el conjunto de datos obtenidos sugieren que existio un primer flujo desde Sierra Nevada hacia el norte de la Peninsula Iberica, seguido de dos eventos norte-sur. El primero ha originado las poblaciones mas proximas al litoral sureste, mientras que el segundo ha dejado su huella en las poblaciones del interior, desde la provincia de Soria hasta las Sierras de Cazorla, Segura y La Guillimona. Nuestro estudio remarca la complejidad de la historia filogeografica de las plantas mediterraneas que habitan la Peninsula Iberica. Los multiples eventos sucesivos de colonizacion, aislamiento y flujo genico hacen que las poblaciones de otras especies de Erysimum ibericos estudiadas no constituyan unidades independientes, sino que se intercalen con las de E. mediohispanicum en funcion de su proximidad geografica. Las poblaciones estudiadas fueron extremadamente diversas tanto en sus rasgos fenotipicos como en su composicion genetica y en ambos casos encontramos patrones de variacion geograficos latitudinales y altitudinales. Nuestros resultados sugieren la existencia de relaciones significativas entre la variacion de la forma de la corola y la diversidad de polinizadores de las poblaciones, lo que, a su vez, se correlaciona con la diversidad genetica de la planta. La forma de la corola parece haber evolucionado siguiendo los patrones filogeograficos de la especie y hemos encontrado, ademas, que las poblaciones mas parecidas en morfologias florales son tambien visitadas por polinizadores mas similares. La presente Tesis Doctoral destaca la importancia del gremio de polinizadores en las propiedades geneticas y fenotipicas de las poblaciones de plantas, incluso en una especie tan generalista como E. mediohispanicum. Ademas, en ella hemos desarrollado marcadores microsatelites que pueden suponer un aporte importante para el estudio de las multiples especies de Erysimum de la Peninsula Iberica. Por ultimo, el metodo de obtencion de informacion evolutiva a partir de indels supone una aportacion generalizable no solo a las cruciferas, sino a cualquier conjunto de organismos cuyas secuencias alineadas muestren una alta frecuencia de inserciones y deleciones.