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Abstract

Spanish

Starch gel electrophoresis was used to elucidate genetic variation at 12 isoenzyme loci among six allopatric Colombian populations of the cluster martensis (D. martensis, D. starmeri and D. uniseta), from Santa Marta (Magdalena Department), Camarones (Guajira Department) and from the Tatacoa desert (Huila Department). This estimation was compared to a phylogenetically related (D. buzzatii) and distant (D. melanogaster) species. The enzymatic divergences were inferred from genetic distances and the results allowed the identification of six levels of taxonomic divergence: Local population (D = 0,1031), subraces ( $\bar{D}$ = 0,1412), subspecies or races ( $\bar{D}$ = 0,1870), species of a same cluster ( $\bar{D}$ = 0,7907), species of different clusters ( $\bar{D}$ = 1,0055) and species from different groups ( $\bar{D}$ = 1,4327). Through this preliminary study, the utility of electrophoretic data as estimators of evolutionary divergence was confirmed and a possible example of allopatric speciation is suggested.

Keywords

Allopatric speciation Allozyme variability Levels of divergence Siblings

Introducción

El subgénero Drosophila se originó en la zona tropical del viejo mundo. La radiación inicial para los linajes del nuevo mundo surgieron a partir de la rama ancestral virilis/ repleta. Uno de los linajes más conspicuos y que ha presentado sucesivas radiaciones de Drosophila es el grupo repleta. La característica más notable de este grupo es que las especies utilizan como nicho trófico los cactus en descomposición, condición que le ha permitido establecerse en ambos hemisferios en zonas templadas, desérticas y semiáridas de los trópicos y semi - trópicos (Wasserman 1962; Sánchez 1987; Powell 1997; Castañeda 2000).

Las 89 especies del grupo repleta se caracterizan por poseer una cerda en cada punto negro del mesonotum, aspecto que las distingue de los otros. Los estudios morfológicos y citogenéticos han permitido dividirlo en seis subgrupos o complejos: repleta, mercatorum, hydei, mulleri, fasciola y buzzatii (Patterson y Stone 1952; Wasserman 1962, 1967; Ruiz y Wasserman 1993). El subgrupo buzzatii está compuesto por los enjambres o clusters stalkeri, buzzatii y martensis. El enjambre martensis está conformado por las especies: D. martensis (Wasserman, Wilson en Vilela 1983), D. uniseta (Wasserman; Koepfer; Ward en Vilela 1983), D. starmeri (Wasserman, Koepfer, Ward en Vilela 1983) y D. venezolana (Ruiz y Fontdevila 1981).

Las especies del enjambre martensis son sinmórficas y están estrechamente relacionadas, porque comparten una serie de inversiones que les son únicas (Xabcj, 2abmnz7, 5d2). Su ancestro debió presentar un alto polimorfismo, que ha evolucionado a D. starmeri. Las demás emergieron de éste fijando sus propias inversiones; muchas de las cuales han permanecido polimórficas en D. starmeri (Wasserman 1962; Ruiz y Wasserman 1993; de Polanco 1998; Prada 2002).

Estas especies se encuentran distribuidas en las zonas semiáridas del norte de Sudamérica (Colombia, Venezuela y Antillas holandesas). Se conoce que ocupan recursos diferenciados (Benado et al. 1984). D. uniseta utiliza exclusivamente el cactus columnar Ritterocereus griseus. D. martensis emerge tanto de los columnares como de opuntias; D. starmeri prefiere los columnares y ocasionalmente explota los opuntias (Ruiz y Fontdevila 1981; Sánchez 1987).

En Colombia estas especies han sido detectadas en los departamentos de la Guajira, Magdalena, César y Cundinamarca (Ruiz y Fontdevila 1981; Sánchez 1987; Hoenigsberg et al. 1987). En el Huila se coleccionaron por primera vez en el desierto de la Tatacoa, por de Polanco (1998).

En el ámbito reproductivo, Rojas (2001) confirma que todas las especies del enjambre martensis se comportan como verdaderas. Las poblaciones geográficamente aisladas de la costa norte y el desierto de la Tatacoa tanto en D. starmeri como en D. martensis, han manifestado divergencias significativas a nivel morfológico y reproductivo (Castañeda 2000; Rojas 2001). En la especie D. starmeri la población de Santa Marta presenta mayor polimorfismo cromosómico que las poblaciones de Camarones y Rosalía (Prada 2002). Desafortunadamente en D. uniseta no se han realizado estudios comparativos entre las poblaciones de estas dos localidades.

Sin embargo, no se tiene ningún conocimiento sobre la diferenciación enzimática que presentan estas poblaciones alopátricas. En este estudio se pretendió llenar este vacío utilizando geles de almidón para inferir, en doce loci, el grado de divergencia alozímica existente entre ellas, con la intención de aportar evidencia molecular que pueda ser utilizada para descifrar su estado evolutivo.

Materiales y Métodos

Muestras

Se estudiaron tres especies del enjambre martensis (D. martensis, D. starmeri y D. uniseta), una relacionada a este enjambre, D. buzzatii y otra filogenéticamente más distante, D. melanogaster. El número de individuos promedio utilizado por especie fue de 18, coleccionados desde 1998 en las poblaciones de Santa Marta y Camarones (costa norte) y en Rosalía (vereda el “Cuzco”, desierto de la Tatacoa). La población de D. melanogaster proviene de una colección realizada en el año 2001, en la localidad de Rosalía. D. buzzatii es una cepa procedente del laboratorio de genética de la Universidad de Barcelona (España) que ha sido mantenida en el Instituto de Genética, de la Universidad de Los Andes desde el año 1996.

Análisis isoenzimático

Sistemas enzimáticos. Se analizaron los siguientes sistemas: a-Esterasa (E.C.3.1.1.2.-EST), a-Glicerol fosfato deshidrogenasa (E.C.1.1.1.8.-GPD), Deshidrogenasa málica, (E.C.1.1.1.37.-MDH), Aldehído oxidasa (E.C.1.2.3.1.-AO), Enzima málica (E.C.1.1.1.40.-ME), Peptidasa-S-leucil tirosina (E.C.3.4.13.18.-PEP), Fosfoglucomutasa (E.C.5.4.2.2.-PGM), Fumarasa (E.C.4.2.1.2.-FUM), Isocitrato deshidrogenasa (E.C.1.1.1.42.-IDH), Fosfogluconato deshidrogenasa (E.C. 1.1.1.44.-PGD).

Procedimiento. En esta investigación se compararon las variaciones de diez sistemas enzimáticos que corresponden a doce loci enzimáticos, en geles de almidón al 10%. El estudio electroforético se realizó utilizando los protocolos de corrido y tinción descritos en Sánchez (1987) y Beltrán (1999).

Análisis genético

Las frecuencias alélicas, heterocigosidad, la distancia genética e Identidad Genética de Nei (1978, 1987), se calcularon con el programa PopGene versión 1.31 (Yeh et al. 1999). Las relaciones filogenéticas entre los grupos estudiados se establecieron a través del dendograma construido por este programa, que emplea el algoritmo UPGMA. Además, se calcularon los siguientes parámetros: •

el porcentaje de bandas comunes o de similitud ( $% S = \frac{n b s}{n b d + n b s} \times 100$ ),

•

la frecuencia de alelos comunes ( $(P = \frac{1}{2 n} \sum_{T}^{n} (\sum_{T}^{k x} P_{i x} + \sum_{j}^{k y} P_{n}))$ ) y comunes (C = 1-Q) como se describe en Zouros (1973) y Nair et al. (1971) por parejas de poblaciones y

•

el error estándar asociado a la distancia genética de Nei (E_S =[(1-I)/In)]^1/2, Zouros 1973).

Resultados y Discusión

Variabilidad enzimática en las especies analizadas

En la tabla 1 se aprecian las frecuencias alélicas de los sistemas analizados los cuales fueron todos polimórficos. Los sistemas enzimáticos que presentaron mayor número de alelos, en el enjambre martensis, son la PGD (10 alelos) y a EST (8 alelos). D. martensis y D. uniseta exhibieron mayor variabilidad en el sistema MDH y D. starmeri en PGD.

Tabla 1.

Variación alélica de 12 sistemas enzimáticos en 8 poblaciones

LOCI	ALELO	D. starmeri Rosalía	D. starmeri Santa Marta	D. starmeri Camarones	D. martensis Rosalía	D. martensis Santa Marta	D. uniseta Rosalía	D. buzzatii	D. melanogaster Rosalía
N		18	18	19	18	18	18	18	18
AO	98							0,2222	0,6667
	99							0,4167	0,3056
	100	0,5556	0,3066	0,3684	0,1111	0,1111	0,4167	0,3611	0,0278
	101	0,4444	0,6111	0,5526	0,4167	0,1667	0,5833
	102		0,0833	0,0789	0,3611	0,6667
	103				0,1111	0,0556
	Ho	0,0000	0,1111	0,2632	0,1667	0,1667	0,0556	0,0556	0,2778
	He	0,4938	0,5262	0,5526	0,6713	0,5123	0,4861	0,6466	0,4614
a- EST	90							0,5833
	91								0,5278
	92								0,4722
	93							0,4167
	97	0,6389	0,3056	0,2895
	98	0,3611	0,3056	0,5000
	99		0,1667	0,1053	0,2500	0,3333
	100		0,2222	0,1053	0,1944	0,5556
	101				0,3889	0,0556
	102				0,1667
	103						0,6944
	104						0,3056
	Ho	0,1667	0,1667	0,0526	0,1667	0,2222	0,1667	0,0556	0,1667
	He	0,4614	0,7361	0,644	0,7207	0,5741	0,4244	0,4861	0,4985
FUM-1	98								0,0278
	99								0,3611
	100	0,3889	0,1667	0,2105	0,0833	0,1944	0,2778	0,5556	0,6111
	101	0,4167	0,4167	0,4737	0,4722	0,3611	0,3333	0,4444
	102	0,1944	0,4167	0,3158	0,4444	0,1389	0,3889
	103					0,3056
	Ho	0,0556	0,2778	0,2105	0,2778	0,1111	0,0000	0,1111	0,3333
	He	0,6373	0,625	0,6316	0,5725	0,7191	0,6605	0,4938	0,4954
GPD	99		0,3333	0,1316	0,4167	0,5278		0,3333
	100	0,5278	0,2778	0,5789	0,5278	0,4167	0,6111	0,6667
	101	0,4722	0,1944	0,2895	0,0556		0,3889
	102		0,1111			0,0556
	103		0,0833						0,3611
	104								0,6389
	Ho	0,0556	0,2222	0,1053	0,2778	0,0556	0,2222	0	0,1667
	He	0,4985	0,7546	0,5637	0,5448	0,5448	0,4753	0,4444	0,4614
IDH	96	0,1389	0,0556	0,6316
	97	0,4444	0,3333	0,3684
	98	0,4167	0,6111
	99					0,2500	0,0278	0,1111
	100				0,2500	0,3333	0,5556	0,5556	0,1111
	101				0,7500	0,4167	0,4167	0,2778	0,5833
	102							0,0556	0,3056
	Ho	0,2222	0,3333	0,2105	0,1667	0,0556	0,2222	0,1111	0,1667
	He	0,6096	0,5123	0,4654	0,375	0,6528	0,517	0,5988	0,554
MDH-1	98		0,0833
	99	0,2222	0,2500	0,3421	0,1944	0,0278	0,2500	0,1944	0,5556
	100	0,2222	0,2778	0,4211	0,6111	0,25	0,4444	0,1389	0,4444
	101	0,2222	0,3333	0,2368	0,1944	0,2222	0,2222	0,2222
	102	0,3333	0,0556			0,4167	0,0833	0,2222
	103						0,0833	0,2222
	Ho	0	0,2778	0,0526	0,3333	0,2222	0,2222	0,2222	0,1111
	He	0,7407	0,7392	0,6496	0,5509	0,7068	0,6836	0,7948	0,4938
MDH-2	96				0,2778	0,2778
	97		0,0278	0,1053	0,5278	0,4444
	98	0,0833	0,3611	0,1579	0,1111	0,1944
	99	0,2778	0,3611	0,2632	0,0278	0,0833			0,3056
	100	0,3889	0,2500	0,2368	0,0556		0,0278	0,3889
	101	0,2500		0,2368			0,3611	0,3056
	102						0,5000
	104						0,3611
	105						0,6389	0,1111
	Ho	0,2222	0,3333	0,2632	0,2222	0,1667	0,2778	0,2778	0,3333
	He	0,7022	0,6759	0,7825	0,6281	0,6806	0,4614	0,6065	0,6620
ME-1	97								0,0278
	98	0,1111	0,1389	0,3684			0,5000		0,3889
	99	0,5833	0,4722	0,4474			0,5000	0,4444	0,5833
	100	0,3056	0,3889	0,1842	0,3611	0,3333		0,5278
	101				0,4722	0,5833		0,0278
	102				0,1667	0,0833
	Ho	0,0556	0,1667	0,1579	0,2778	0,1667	0,2222	0,2778	0,3889
	He	0,5540	0,6065	0,6302	0,6188	0,5417	0,5000	0,5231	0,5077
PGM	93						0,5556
	94						0,4444
	95	0,5278	0,3889	0,1842					0,0556
	96	0,1389	0,3333	0,5526					0,0556
	97	0,2222	0,2500	0,2632					0,2778
	98	0,0556			0,1944	0,2500
	99	0,0556	0,0278		0,4722	0,3056			0,3333
	100				0,3333	0,4444	0,4444	0,2778
	101							0,5556
	Ho	0,1667	0,1667	0,1579	0,3333	0,1111	0,1111	0,1111	0,1111
	He	0,6466	0,6744	0,5914	0,6281	0,6466	0,4938	0,4938	0,7284
PEP-1	92							0,0556
	93							0,2778
	94							0,1111	0,0556
	95								0,0556
	96							0,0833	0,0556
	97							0,2778
	98							0,1944	0,3333
	99	0,1111	0,1667	0,2632			0,2500		0,4167
	100	0,3333	0,5000	0,4211	0,4167	0,5833	0,7500
	101	0,5000	0,3333	0,3158	0,5833	0,4167			0,0278
	103	0,0556
	104	0,0556
	Ho	0,2222	0,2222	0,2105	0,1667	0,1667	0,1667	0,0556	0,1667
	He	0,6235	0,6111	0,6537	0,4861	0,4861	0,3750	0,7855	0,7022
PEP-2	93							0,1944
	94							0,0833
	95								0,2500
	96							0,1667	0,5000
	97							0,4167
	98			0,0263				0,0278	0,2500
	99	0,3056	0,0556	0,3684	0,1111	0,0833	0,3889
	100	0,3611	0,6111	0,2105	0,2778	0,3333	0,5000	0,0556
	101	0,3333	0,3333	0,3947	0,5333	0,5000	0,1111
	102				0,2778	0,0833
	103							0,0556
	Ho	0,2222	0,1111	0,3158	0,1667	0,1667	0,1667	0,2222	0,1111
	He	0,6651	0,5123	0,6634	0,7222	0,625	0,5864	0,7469	0,625
PGD	99				0,2778	0,1111
	100				0,3611	0,5278	0,4444	0,7222
	101				0,2222	0,25	0,5556
	102				0,1389	0,1111
	103		0,2778	0,2105				0,2778
	104		0,3889	0,3158
	105		0,0278
	106	0,0833	0,0833	0,0789
	107	0,3611	0,1111	0,1842
	108	0,5556	0,1111	0,2105
	115								0,3333
	116								0,3333
	117								0,3333
	Ho	0,1111	0,2778	0,1053	0,2778	0,3333	0,1111	0	0,2222
	He	0,554	0,7392	0,7715	0,7238	0,6343	0,4938	0,4012	0,6667

Los valores de heterocigosidad de los loci analizados difieren significativamente de los esperados en todas las poblaciones analizadas del enjambre martensis, excepto para las enzimas Isocitrato deshidrogenasa (D. starmeri Santa Marta, X²= 5,48; df = 3; P< 0,05) y Malato deshidrogenasa (D. uniseta - Rosalía, X²= 3,31; df= 1; P<0,05). Los valores de heterocigosidad promedio observada para cada sistema son una tercera parte del valor esperado en todas las poblaciones estudiadas (Tabla 2). Aunque este fenómeno es típico en muchas especies de Drosophila (Ayala y Tracey 1974; Sánchez 1987), se debe tener en cuenta que el número de individuos es relativamente bajo (X = 18) y que no han sido recientemente coleccionados, por tanto, en el laboratorio estas poblaciones han podido sufrir sucesivos cuellos de botella.

Tabla 2.

Número de alelos muestreados (N), alelos promedio por locus (G) y heterocigosidad promedio observada y esperada (Ho y He) en poblaciones del enjambre martensis examinadas para 12 sistemas enzimáticos (error estándar en paréntesis)

ESPECIE	POBLACIÓN	N	G	PROMEDIO DE HETEROCIGOSIDAD
				Ho	He
D. starmeri	Rosalía	36	3,1667	0,1250 (0,0890)	0,5989
D. starmeri	Santa Marta	36	3,8333	0,2222 (0,0850)	0,6427
D. starmeri	Camarones	38	3,4167	0,1754 (0,0850)	0,6333
D. martensis	Rosalía	36	3,1667	0,2361 (0,0675)	0,6035
D. martensis	Santa Marta	36	3,5833	0,1620 (0,0766)	0,6104
D. uniseta	Rosalía	36	2,4167	0,1620 (0,0802)	0,5131
PROMEDIO		3,2639	0,1804	0,6003

Las especies del enjambre martensis presentaron un valor medio de alelos por locus de 3,2 y una heterocigosidad media de 0,1804. El valor medio más alto de alelos por locus lo manifestó D. starmeri (3,8) y el más bajo lo mostró D. uniseta con 2,4 (Tabla 2). Las poblaciones de D. martensis presentan, en general, valores de variabilidad análogos a los de las poblaciones de D. starmeri y también mayores que los de D. uniseta (especie monófoga). En cierta manera este resultado puede estar reflejando la especificidad de nicho que presenta D. uniseta, en contraste con D. starmeri y D. martensis que son especies polífogas (Barker y Mulley 1976); quizás esta diferenciación enzimática sea una insinuación de la importancia del sustrato utilizado por cada una de las especies.

Las poblaciones de D. starmeri de la costa norte (Santa Marta y Camarones) presentaron un valor medio de heterocigosidad mayor (0,1988) que la población de Rosalía en el desierto de la Tatacoa (0,1250). En la especie de D. martensis se observó lo contrario, un valor de heterocigosidad mayor en la población de Rosalía que en la población de Santa Marta. Estos resultados reflejan parte de la diferenciación genética que existe entre estas poblaciones alopátricas.

Niveles de identidad intra e inter específico

Identidad genética de Nei (1978, 1987). A partir de los valores de frecuencias alélicas se estimó el nivel de divergencia (Nei 1978, 1987) en las especies estudiadas. El programa PopGene arrojó la matriz de identidad, resumida en tabla 3. Las especies analizadas en este estudio presentaron una diferenciación enzimática que se ajusta al grado de divergencia taxonómica. De tal manera que se observan valores de identidades genéticas de Nei (1978, 1987) que van desde 0,902 hasta 0,1537 (I = 0,4434). Las poblaciones de D. starmeri de Santa Marta y Camarones (costa norte) muestran el valor más alto de identidad genética (0,902), al comparar estas poblaciones con la de Rosalía (desierto de Tatacoa), la identidad promedio se disminuye notablemente (1 = 0,8503). La divergencia es menor en Camarones (0,8712) que en Santa Marta (0,8295). D. martensis mostró en estas poblaciones un valor de 0,8654.

Tabla 3.

Distancias genéticas con sus respectivos errores estándar (bajo la diagonal) y las dentidades genéticas (sobre la diagonal) obtenidas para 12 loci enzimáticos

	1	2	3	4	5	6	7	8
1	*****	0,3603	0,3531	0,3149	0,3398	0,4049	0,4406	0,3558
2	1,0209± 0,3846	*****	0,2693	0,2332	0,2771	0,2345	0,1537	0,1951
3	1,0411± 0,3907	1,3119± 0,4755	*****	0,8295	0,8712	0,4166	0,3762	0,4264
4	1,1554± 0,4258	1,4558± 0,5235	0,187± 0,1309	*****	0,902	0,515	0,4653	0,4468
5	1,0794± 0,4024	1,2832± 0,4663	0,1379± 0,1110	0,1031± 0,095	*****	0,4928	0,4039	0,4955
6	0,9042± 0,3500	1,4504± 0,5216	0,8756± 0,3416	0,6635± 0,2801	0,7077± 0,2929	*****	0,8654	0,528
7	0,8197± 0,3253	1,8727± 0,6774	0,9777± 0,3717	0,765± 0,3095	0,9065± 0,3507	0,1446± 0,1138	*****	0,448
8	1,0333± 0,3884	1,6341± 0,5863	0,8524± 0,3348	0,8056± 0,3348	0,7021± 0,3212	0,6387± 0,2657	0,8029± 0,3204	*****

1= D. buzzatii, 2= D. melanogaster, 3 D. starmeri - Rosalía, 4= D. starmeri-Santa Marta, 5= D. starmeri-Camarones, 6= D. martensis-Rosalía, 7 D. martensis-Santa Marta y 8 D. uniseta-Rosalía

Las comparaciones entre las especies del enjambre martensis (D. martensis, D. starmeri y D. uniseta) aún cuando son morfológicamente similares, dieron un buen índice de divergencia genética entre ellas (10,4559), el cual se reduce a 0,3682 cuando se comparan especies de enjambres diferentes (D. buzzatii vs. especies del enjambre martensis) y como es esperado, la identidad más baja se da entre las especies morfológicamente más diferenciadas 0,2462 (D. melanogaster us. las demás). Los valores de identidad genética entre las poblaciones se pueden observar más fácilmente en la figura 1. En donde se destaca, en color negro, el valor de la identidad genética en las poblaciones de la costa norte y en gris las poblaciones de las distintas zonas geográficas para las especies de D. martensis y D. starmeri.

Figura 1.

Distribución de Identidades entre las diferentes especies estudiadas para 12 sistemas enzimáticos. D. B. = D. buzzatii, D. ST (R) = D. starmeri (Rosalía), D. ST (C) = D. starmeri (Camarones), D. ST (SM) = D. starmeri (Santa Marta), D. M (R) = D. martensis (Rosalía), D. M (SM) = D. martensis (Santa Marta), D. U (R) = D. uniseta (Rosalía)

Porcentaje de similitud (S)

Los porcentajes promedios de bandas comunes o de similitud entre las poblaciones estudiadas se calcularon utilizando la ecuación de Nair et al. (1971). Al comparar todas las poblaciones geográficamente aisladas de D. starmeri y D. martensis se encontró que solo comparten un 78,9% de bandas comunes, denotando que son unidades diferentes. Detallando las diferencias por especie se observó que S decrece de la siguiente manera: 84,44%, entre las poblaciones de Santa Marta y Rosalía (D. martensis), 83,33% entre las poblaciones de Santa Marta y Camarones (D. starmeri), 76,09% entre Santa Marta y Rosalía (D. starmeri) y 71,74% entre Camarones y Rosalía(D. starmeri).

Los resultados también permitieron observar que el valor de similitud, como es lógico, disminuye de acuerdo con el nivel evolutivo: 35,75% al comparar especies del mismo enjambre, 23,18% especies de diferentes enjambres y 17,31% especies de grupos diferentes. De manera coherente, los porcentajes de S se aproximan a los valores obtenidos de las identidades genéticas.

Niveles de diferenciación genética intra e inter específica

Distancia genética de Nei (1978, 1987). En la tabla 3 se muestran los valores de distancia genética con sus errores estándar y las identidades genéticas. La distancia menor corresponde a las comparaciones realizadas entre poblaciones de una misma especie: 0,1031 (D. starmeri, Santa Marta Camarones), 0,1870 (D. starmeri, Santa Marta - Rosalía), 0,1379 (D. starmeri, Camarones Rosalía) y 0,1446 (D. martensis, Santa Marta - Rosalía). La divergencia entre los taxa es congruente con un aumento de los valores de distancia: 0,7907 especies del mismo enjambre, 1,0055 entre diferentes enjambres y 1,4327 entre especies de grupos diferentes.

Frecuencia promedio de alelos comunes (C) y no comunes (Q). En la figura 2 se ilustra la frecuencia de alelos comunes (C) y no comunes (Q). En la cual se puede apreciar la tendencia inversa de estos parámetros, mientras C decrece, Q aumenta de acuerdo con la divergencia taxonómica. En las especies del enjambre martensis los valores más altos de C lo exhibieron las poblaciones de una misma especie. En D. starmeri las poblaciones de la costa norte (Santa Marta y Camarones) presentaron un valor de C = 0,9474, el cual se disminuye a 0,9168 entre las poblaciones alopátricas Camarones - Rosalía y a 0,9097 entre Santa Marta Rosalía. Contrariamente, las poblaciones de D. martensis presentaron valores similares a los de la costa norte. El valor de C se disminuye sensiblemente cuando las comparaciones son inter específicas: 0,563 especies del enjambre martensis, 0,4161 especies de distintos enjambres y 0,3647 especies de grupos diferentes.

Figura 2.

Comparación de frecuencias alélicas promedio de alelos no comunes (Q) y comunes (C). PL, Población Local (D. starmeri de Santa Marta y Camarones); SR, Subraza (D. starmeri y D. martensis de costa norte Rosalía); SE, Subespecie o Raza (D. starmeri Santa Marta-Rosalía); EM, Enjambre martensis; EE, entre enjambres y GD, especies de grupos diferentes.

Figura 3.

Fenograma obtenido por el método de UPGMA usando la Distancia (D) de Nei (1978). a, incluye todos los doce loci analizados. b, excluye los loci ubicados en del segundo cromosoma (R) = Rosalía, (SM) = Santa Marta, (C) = Camarones

Dendograma

En la topología del árbol generado, se evidencia el valor sistemático de los resultados electroforéticos, los cuales permiten separar claramente las distintas especies. Por un lado el enjambre martensis aparece relacionado con la especie evolutivamente más cercana, D. buzzatii y como la más distante del grupo surge D. melanogaster. Las especies del enjambre martensis se pueden diferenciar visiblemente en dos grupos, uno reúne las poblaciones de D. starmeri y otro está conformado por D. martensis y D. uniseta. Además, es apreciable la separación en el árbol, entre las poblaciones de la costa norte y el desierto de la Tatacoa, tanto para D. martensis como D. starmeri. Contrariamente, las poblaciones de Santa Marta y Camarones (costa norte) en D. starmeri aparecen agrupadas (Fig. 3 a).

Las relaciones evolutivas insinuadas anteriormente podrían ser desvirtuadas sí la tasa de cambio evolutivo, a la cual se ha dado la alta variabilidad observada en el segundo cromosoma de estas especies, no es constante (Sánchez 1987; Beltrán et al. 1995; de Polanco 1998). Por tal motivo se realizó un fenograma excluyendo los loci ubicados en este cromosoma (Fig. 3 b). La topología del árbol generado cambió la relación de D. buzzatii agrupándola con las especies del enjambre martensis y relacionándola más con D. martensis, y no con D. starmeri como se observó al incluir todos los loci (Fig. 3 a). Vale la pena destacar que las relaciones de las poblaciones alopátricas no se alteran ni en D. starmeri ni en D. martensis. Este resultado insinúa que los loci que determinan estas diferencias también se encuentran en otros cromosomas.

Los altos valores de errores estándar de las distancias genéticas pueden estar asociados tanto al número bajo de muestreo como de loci analizados. El análisis de las divergencias genéticas de las poblaciones alopátricas en estudio se confrontó con la información de diferenciación a nivel morfométrico, reproductivo y citogenético, que éstas han manifestado (de Polanco 1998; Castañeda 2000; Rojas 2001; Prada 2002). Con la matriz de distancia genética de Nei se sugieren los siguientes seis niveles de diferenciación, que se ajustaron al grado de divergencia taxonómica (Tabla 3).

Población local

El par de poblaciones Santa Marta y Camarones (costa norte), en la especie D. starmeri exhibió una distancia genética propia de poblaciones locales (D = 0,1031). Aunque es ligeramente superior a la informada por Sánchez (1987) para las poblaciones locales venezolanas de la misma especie (D = 0,069). Esta diferencia puede ser un reflejo de procesos ecológicos propios de cada localidad. Castañeda (2000) comprobó que las poblaciones de la costa norte tienen su propia estructura morfométrica, pero conservan su identidad como especie.

Subrazas

En D. starmeri y D. martensis las comparaciones entre las poblaciones de la costa norte y el desierto de la Tatacoa mostraron un valor promedio de distancia genética de 0,1412 ± 0,002. Es decir, se han acumulado en el tiempo 14 sustituciones alélicas por cada cien loci; valor que es 1,4 veces superior a la divergencia manifestada en D. starmeri en las poblaciones locales de la costa norte. Esta divergencia es mayor en D. martensis (0,1446) que en D. starmeri (0,1379). La magnitud de esta divergencia cae dentro del intervalo encontrado para subespecies por otros autores (Ayala et al. 1972; Zouros 1973; Sánchez 1987). Sin embargo, cuando se comparan los promedios de las frecuencias de alelos no comunes, se observa que tales poblaciones (Q =0,0679), no difieren sustancialmente de lo detectado en D. starmeri para poblaciones locales (Q = 0,0509). Zouros (1973) tampoco encontró diferencias entre las poblaciones locales (0,0016) y subrazas (0,002) del grupo mulleri. Por lo tanto, se considera que las poblaciones de D. starmeri y D. martensis de estas zonas alopátricas posiblemente presentan una divergencia típica de subrazas.

Entre las poblaciones de la costa norte y el desierto de la Tatacoa de las especies anteriormente mencionadas, también se ha evidenciado diferenciación a otros niveles. Rojas (2001), al realizar cruces circulares entre las poblaciones de Santa Marta, Camarones y Rosalía, observó que la viabilidad de los híbridos de la F1 (en las dos vías) y la descendencia de los retrocruces disminuyó significativamente tanto en D. starmeri como en D. martensis, siendo este efecto más acentuado en esta última especie; sin embargo, esta diferenciación no se reflejó a nivel alozímico para D. martensis. No obstante para poder inferir adecuadamente al respecto es necesario analizar un mayor número de loci y de individuos. Además, Castañeda (2000) entre las poblaciones de D. starmeri de estas dos zonas geográficas evidenció que son morfológicamente diferentes (D. mahalanobis = 13,383).

Subespecie o raza

El valor de distancia genética más alto entre estas poblaciones alopátricas se detectó en D. starmeri, para las poblaciones de Santa Marta y Rosalía (0,1870). El cual es análogo al informado por otros autores para la categoría de subespecie (Hubby y Throckmorton 1965; Ayala et al. 1972; Yang et al. 1972; Zouros 1973; Sánchez 1987). Es decir, han ocurrido aproximadamente 19 sustituciones alélicas, acumuladas en el tiempo, por cada 100 loci entre estas poblaciones; divergencia que es aproximadamente 2,8 veces más grande que la distancia que exhibieron las poblaciones locales venezolanas, de la misma especie y 1,8 más grande que la población local de la costa norte.

Estas poblaciones manifestaron una reducción significativa de la descendencia en la F1 (Rojas 2001). En la población de Santa Marta, Prada (2002) observó un mayor polimorfismo y la presencia de heterocariotipos en híbridos cuando realizó cruces entre esta población y Rosalía. Además, Castañeda (2000) determinó morfométricamente, mediante distancias de Mahalanobis, que son diferentes (D.M. = 14,021). Aunque a nivel de aislamiento precigótico de selección múltiple, Pérez (2002) no encontró diferencias significativas entre estas poblaciones, sí se manifestó una tendencia hacia el reconocimiento de individuos de una misma localidad. Se denota que el aislamiento reproductor entre estas poblaciones es aún insuficiente, pero que ha comenzado a insinuarse. Por lo anteriormente mencionado se podría sugerir que dichas poblaciones están iniciando la primera etapa de especiación.

Enjambre martensis

Las distancias genéticas entre las especies del enjambre martensis (D. martensis, D. starmeri y D. uniseta) exhibieron valores que oscilan entre 0,6387 y 0,9777, con un valor medio de D=0,7907±0,0315. Sánchez (1987), para estas mismas especies, analizando 22 sistemas enzimáticos, encontró valores de divergencia que fluctúan entre 0,647 y 0,840, con un valor medio de 0,7225. Este nivel de diferenciación cae dentro del intervalo de distribución observado en otros enjambres de grupos diferentes (Ayala y Tracey 1974; Eisses et al. 1979; Cabrera et al. 1980; Cabrera et al. 1983).

Enjambres o clusters diferentes

El nivel de divergencia genética entre las poblaciones del enjambre martensis y D. buzzatii (D=1,0055±0,0366), se incrementó con respecto a lo obtenido para el enjambre martensis. Este resultado es concordante con los referenciados por Ayala y Tracey (1974) y Eisses et al. (1979) para enjambres del grupo willistoni y melanogaster.

Especies de grupos diferentes

La divergencia genética entre especies de grupos diferentes, como es lógico, manifiesta los valores más altos de distancia genética (Cabrera et al. 1980; Cabrera et al. 1983). Hecho que se confirmó en este estudio al comparar D. melanogaster con las poblaciones de D. martensis, D. starmeri, D. uniseta, y D. buzzatii, las cuales presentaron un valor medio de 1,4327 ± 0,0934.

En la figura 4 se grafican las identidades y distancias entre los diferentes niveles taxonómicos detectados. Se aprecia un incremento gradual, desde el nivel de población local hasta el nivel de especies completamente diferenciadas. Las comparaciones entre las frecuencias de alelos comunes (C) y no comunes (Q), en los distintos niveles taxonómicos, se ajusta a lo encontrado por Zouros (1973) en especies del enjambre mulleri. En la figura 2 se muestra la relación inversa de Q y C para los diferentes niveles de divergencia.

Figura 4.

Comparación de identidades genéticas (I) y distancias genéticas (D) para todos los niveles de divergencia taxonómicos. PL, Población Local (D. starmeri de Santa Marta y Camarones); SR, Subraza (D. starmeri y D. martensis de costa norte Rosalía); SE, Subespecie o Raza (D. starmeri Santa Marta-Rosalía); EM, Enjambre martensis; EE, entre enjambres y GD, especies de grupos diferentes.

En la figura 5 se grafican todos los parámetros analizados en este estudio para las especies del enjambre martensis, en la cual se puede apreciar que D. starmeri fue la especie más divergente. En esta especie el par de poblaciones Rosalía - Santa Marta (R-SM) presenta mayor diferenciación respecto al par de poblaciones locales, de Santa Marta y Camarones (SM-C).

Figura 5.

Comparación de parámetros para las poblaciones del enjambre martensis. D = Distancia Genética de Nei (1978), Q = Promedio de Frecuencia de alelos no comunes, I = Identidad Genética y S = Porcentaje de Similitud. D. st (SM-C) = D. starmeri (Santa Marta Camarones). D. st (R-SM) = D. starmeri (Rosalía Santa Marta). D. st (R-C) = D. starmeri (Rosalía Camarones). D. m (R-SM)= D. martensis (Rosalía - Santa Marta)

Conclusiones

•

Las especies del enjambre martensis (D. martensis, D. starmeri y D. uniseta) exhibieron bajos valores de heterocigosidad, fenómeno ya evidenciado en otras especies cactofílicas del grupo repleta.

•

El análisis de los doce loci enzimáticos permitió sugerir seis niveles de divergencia taxonómica entre las especies: Población local (D = 0,1031), subrazas (D = 0,1412), subespecies o razas (D = 0,1870), especies de un mismo enjambre o cluster (= 0,7907), especies de enjambres diferentes (D = 1,0055) y especies de grupos diferentes (D = 1,4327).

•

El dendograma construido, a partir de la matriz de distancias genéticas, separó acertadamente las especies analizadas de acuerdo con su divergencia evolutiva.

•

Con esta investigación se pudo establecer que en D. starmeri las poblaciones geográficamente más cercanas (costa norte) no se diferenciaron alozímicamente, mientras que las poblaciones más distantes (costa norte y desierto de la Tatacoa) tanto en D. starmeri como en D. martensis, son diferentes alozímicamente. La divergencia más contundente se manifestó en D. starmeri entre las poblaciones de Santa Marta y Rosalía. Así en este estudio preliminar se sugiere un posible ejemplo de especiación alopátrica incipiente.

Recomendaciones

Realizar un análisis más riguroso ampliando tanto el número de individuos (los cuales deben ser recién coleccionados) como el número de loci analizados (mínimo 24), para evaluar el estado real evolutivo de las especies objeto de estudio.

Confrontar el grado de diferenciación genética obtenido a partir de las distancias genéticas de Nei, en este estudio, con otros métodos igualmente potentes como distancia de Mahalanobis y transformaciones angulares como las de Cavalli-Sforza y Eduarws.

Extender los estudios morfométricos, cromosómicos, de cortejo y selección múltiple en las poblaciones colombianas de D. martensis y D. uniseta.

Footnotes

Agradecimientos

Se agradece a los profesores Gonzalo Palomino y Francisco Villa que colaboraron en las salidas de campo y a los estudiantes de biología de la Universidad del Tolima, por la ayuda en el muestreo que permitió obtener los individuos objeto de estudio. Al Director del Instituto de Genética, Mauricio Linares, por permitir realizar esta investigación en el laboratorio de electroforesis de la Universidad de los Andes. A la secretaria del Instituto de Genética, Cielo Rocío de Oro por su asistencia incondicional. A los comités de investigaciones de la Universidad de los Andes (Decanatura de Ciencias - Investigaciones varias, centro de costo 280) y de la Universidad del Tolima (465) por sus aportes económicos para la realización de este proyecto.

References

AYALA

TRACEY

1974. Genetic differentiation within and between species of the Drosophila willistoni group. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 71:999–1003.

AYALA

POWELL

TRACEY

MAURAO

PEREZ

1972. Enzyme variability in the Drosophila willistoni group. IV Genic variation in natural population of Drosophila willistoni. Genetics 70 (1):113–139.

BARKER

MULLEY

1976. Isozyme variation in natural populations of Drosophila buzzatii. Evolution 30: 213–233.

BELTRÁN

1999. Evidencia genética (Alozimas), para evaluar el posible origen híbrido de Heliconius heuripa (Lepidóptera: Nymphalidae). Tesis. Magíster Ciencias Biológicas. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias Biológicas, Instituto de Genética. Bogotá, D. C. 112 p.

BELTRÁN

QUEZADA-DIAZ

RUIZ

SANTOS

FONTDEVILA

1995. The evolutionary history of Drosophila buzzatii. XXXII Linkage disequilibrium between allozymes and chromosome inversions in two colonizing populations. Heredity 74: 188–199.

BENADO

FONDEVILA

CERDA

GARCÍA

RUIZ

MONTERO

1984. On the distribution and the cactophilic niche of D. martensis in Venezuela. Biotropica 16: 120–124.

CABRERA

V. M.

GONZÁLEZ

A. M.

GULLÓN

1980. Enzymatic polymorphism in Drosophila subobscura populations from the Canary Islands. Evolution 34 (5): 875–887.

CABRERA

V. M.

GONZÁLEZ

A. M.

LARRUGA

J. M.

GULLÓN

1983. Genetic Distance and evolutionary relationships in the Drosophila obscura group. Evolution 37 (4): 675–689.

CASTAÑEDA

2000. Análisis morfológico comparado en Drosophila starmeri de las poblaciones de Camarones (Guajira), Santa Marta (Magdalena) y la Rosalía (desierto de la Tatacoa Huila). Tesis. Magíster Ciencias Biológicas. Universidad de Los Andes, Facultad de Ciencias Biológicas, Instituto de Genética. Bogotá, D. C. 118 p.

10.

DE POLANCO

M. M.

1998. Estudios cromosómicos comparados de Drosophila repleta (cepa de Siboney Cuba) Vs Drosophila repleta (Wharton 1942) y Drosophila martensis (Valledupar, Barrancas y Riohacha). Tesis. Doctorado Genética de Poblaciones. Universidad de Los Andes. Facultad de Ciencias Biológicas, Instituto de Genética Bogotá. 272 p.

11.

EISSES

DIJK

DELDEN

1979. Genetic differentiation within the melanogaster species group of the genus Drosophila (Sophophora). Evolution 33 (4): 1063–1068.

12.

HOENIGSBERG

H. F.

MONTAÑO

MORENO

, SANZ DE LA ROSA

ORDOÑEZ

GRIGORIA DE BUENDIA

1987. Genética de poblaciones en el trópico americano XXXIV. Las enzimas diagnosticas del enjambre Martensis del grupo repleta de Drosophila de la Guajira Colombiana. Evolución Biológica 1: 297–334.

13.

HUBBY

J. L.

THROCKMORTON

1965. Protein differences in Drosophila. II. Comparative species genetics and evolutionary problems. Genetics 52: 203–215.

14.

NAIR

P. S.

BRNCIC

KOJIMA

1971. Isozyme variations and evolutionary relationships in the mesophragmatica species group of Drosophila. University Texas. Publications 7103: 17–28.

15.

ΝΕΙ

Μ.

1978. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics 89: 583–590.

16.

ΝΕΙ

Μ.

1987. Molecular Evolutionary Genetic. Columbia University Press. EEUU. 125 p.

17.

PATTERSON

J. T.

STONE

W. S.

1952. Evolution in the genus Drosophila. MackMillan Co., New York. 89 p.

18.

PÉREZ

2002. Cortejo y selección sexual entre poblaciones colombianas de Drosophila starmeri. Trabajo de grado. Bióloga, Universidad de los Andes. Facultad de Ciencias Biológicas, Bogotá, D. C. 42 p.

19.

POWELL

1997. Progress and prospects in evolutionary biology. The Drosophila model. Oxford University Press. New York. 562 p.

20.

PRADA

2002. Citogenética comparada de Drosophila starmeri (Diptera: Drosophilidae) de dos ecosistemas áridos aislados Colombianos. Trabajo de grado. Biólogo, Universidad del Tolima. Facultad de Ciencias. Ibagué. 124 p.

21.

ROJAS

2001. Análisis del aislamiento reproductivo en las especies cactofílicas del enjambre martensis, en dos regiones colombianas (costa norte y desierto de la Tatacoa). Tesis. Magíster Ciencias Biológicas, Universidad de los Andes. Facultad de Ciencias. Santa fe de Bogotá, D. C. 70 p.

22.

RUIZ

FONTDEVILA

1981. Ecología y evolución del subgrupo mulleri de Drosophila en Venezuela y Colombia. Acta Científica Venezolana 32: 338–345.

23.

RUIZ

WASSERMAN

1993. Evolutionary cytogenetics of the Drosophila buzzatii species complex. Heredity 70: 582–596.

24.

SÁNCHEZ

1987. Relaciones filogenéticos en los clusters buzzatii (Grupo repleta) y martensis de Drosophila. Tesis doctoral. Universitat Autónoma de Barcelona. Facultat de Ciéncies. Bellaterra. 458 p.

25.

VILELA

C.R.

1983. A revision of the Drosophila repleta species group (Diptera, Drosophilidae). Review Brasilian Enthomology 27 (1): 1–114.

26.

WASSERMAN

1962. Cytological studies of the repleta group. University Texas, Publications. 5721:132–156.

27.

WASSERMAN

1967. Colletions of Drosophila from Central Mexico. Drosophila Information Service 42: 67–68.

28.

YANG

WHEELER

L. L.

BOCK

1972. Isozyme variations and phylogenetic relationships in the Drosophila peptinata. Complex. University Texas Publications. 7213: 213–227

29.

YEH

F. C.

YANG

BOYLE

1999. PopGene versión 1.31. Microsoft Window- based freeware for Population Genetic Analysis. Quick user guide. http://www.ualberta.ca/~fyeh/download.htm. Fecha última revisión: septiembre 2001. Fecha ultimo acceso: Agosto 30 1999.

30.

ZOUROS

1973. Genic differentiation associated with the early stages of speciation in the mulleri subgroup of Drosophila. Evolution 27: 601–621.

Electrophoretic Analysis of the Evolutionary Relations in Drosophila Species (Diptera: Drosophilidae) of the Cluster Martensis: D. Martensis,D. Starmeri and D. Uniseta

Abstract

Keywords

Introducción

Materiales y Métodos

Muestras

Análisis isoenzimático

Análisis genético

Resultados y Discusión

Variabilidad enzimática en las especies analizadas

Niveles de identidad intra e inter específico

Porcentaje de similitud (S)

Niveles de diferenciación genética intra e inter específica

Dendograma

Población local

Subrazas

Subespecie o raza

Enjambre martensis

Enjambres o clusters diferentes

Especies de grupos diferentes

Conclusiones

Recomendaciones

Footnotes

Agradecimientos

References