Antecedentes:
El género Linum L., que comprende alrededor de 180 especies (The
Plant List 2013, Version 1. http://www.theplantlist.org/ último acceso el 10 de
Marzo de 2017) y con una distribución cosmopolita, ha sido históricamente
importante en el estudio de la evolución de la heterostilia. En concreto, Darwin
(1877) fue el primer autor en describir la variación en la altura de estigmas y
estambres, así como en el sistema de incompatibilidad en algunas especies de
Linum. Este trabajo estimuló el interés de otros autores por entender mejor la variación de la heterostilia en Linum, lo que ha favorecido la generación de
información descriptiva sobre la biología reproductiva de varias especies y
evaluar algunas asunciones básicas sobre el funcionamiento del polimorfismo
(Dulberger, R. (1992). Floral polymorphisms and their functional significance in
the heterostylous syndrome. In Evolution and function of heterostyly (pp. 41-
84). Springer Berlin Heidelberg., entre otros). A pesar de ello, solo
recientemente han aparecido algunos trabajos con un enfoque ecológico y
evolutivo. Por ejemplo, el trabajo de Armbruster et al (2006) (Armbruster, W. S.,
Pérez‐Barrales, R., Arroyo, J., Edwards, M. E., & Vargas, P. (2006). Three‐
dimensional reciprocity of floral morphs in wild flax (Linum suffruticosum): a new
twist on heterostyly. New Phytologist, 171(3), 581-590) puso de manifiesto que
pequeñas variaciones en tres dimensiones en la posición de anteras y estigmas
pueden funcionar para mejorar la transferencia de polen entre morfos. Por otro
lado, el trabajo de McDill et al (2009) (McDill, J., Repplinger, M., Simpson, B.
B., & Kadereit, J. W. (2009). The phylogeny of Linum and Linaceae subfamily
Linoideae, with implications for their systematics, biogeography, and evolution
of heterostyly. Systematic Botany, 34(2), 386-405, fue el primer trabajo
filogenético a nivel de género, donde los autores incluyeron un muestreo
amplio, y en el que realizaron una reconstrucción evolutiva del polimorfismo. A
pesar que la contribución de estos estudios ha aportado información relevante
sobre la evolución de la heterostilia en Linum, aún quedan grandes vacíos de
conocimiento. En concreto, poco se sabe sobre la variación en la morfología
floral, mas allá de clasificaciones cualitativas (e.g., homostilia vs. heterostilia), y
su significado micro- y macroevolutivo. La presente Tesis Doctoral pretende aportar esta falta de conocimiento a través de los siguientes objetivos que se
presentan por Capítulo de Tesis:
1. Variación de la heterostilia y polimorfismos sexuales asociados en
Linum L. (Capítulo 2): Para ahondar en esta cuestión primero debemos
caracterizar el polimorfismo de las distintas especies que conforman el género,
mediante mediciones de verticilos sexuales de flores de cada especie y
aplicando test estadísticos para caracterizar los distintos tipos de hercogamia.
El objetivo de este capítulo consistió en describir la variación morfológica
en la altura de los estilos, estambres y hercogamia en las especies de Linum, y
poder asignar con precisión el tipo de polimorfismo floral correspondiente a
cada especie. Como resultado principal se caracterizaron hasta 8
polimorfismos florales en el género, lo que nos coloca en un perfecto escenario
para probar las hipótesis principales sobre la evolución de la heterostilia en el
siguiente capítulo.
2. Style polymorphism in Linum (Linaceae): a case of Mediterranean
convergent evolution? (Capítulo 3): Debemos tener una hipótesis sólida sobre
las relaciones filogenéticas entre las especies y poblaciones. De estudios
anteriores se ha deducido que la heterostilia en Linum parece ser un estado
asociado a la Cuenca Mediterránea. A partir de una extensa revisión de la
literatura acerca de este tema se encontró que hay algunas especies
heterostilas de la Región de El Cabo en Sudáfrica, que también se desarrollan
en condiciones de clima mediterráneo y que han sido muestreadas y
analizadas, lo que puede arrojar luz sobre las condiciones ambientales que
favorecen la heterostilia en Linum.
En este capítulo, el objetivo fue generar una filogenia molecular nueva
en la que se incluyeran un mayor número de especies del género, con la idea
de estimar el tiempo de divergencia en relación a los eventos macroevolutivos
más importantes de aparición del polimorfismo. Esta información además se
usó para poder realizar una reconstrucción evolutiva del polimorfismo, así como
evaluar posibles asociaciones evolutivas con rasgos relacionados con el ciclo
de vida (perennialidad o anualidad).
3. Relaciones evolutivas entre distintos linajes de lino blanco (Linum
tenuifolium s.l.) en la cuenca del mediterráneo (Capítulo 4). Este grupo contiene
dos especies distintas: L. tenuifolium L. (especie monomórfica estilar) y L.
suffruticosum L. (especie heterostila, con una hercogamia recíproca especial en
tres dimensiones), aunque este último presenta una gran variabilidad fenotípica
sobre todo en la Península Ibérica. Todas las poblaciones colectadas servirán
para el análisis filogenético y filogeográfico y para detectar la verdadera
posición taxonómica y geográfica de la diversidad del grupo. También se ha
encontrado, en Linum suffruticosum, la presencia de un tipo nuevo de
heterostilia, llamada “de reciprocidad tridimensional”, debido a que esta
reciprocidad ocurre en altura de estambres y estigmas, en su disposición
interna y externa respecto al eje vertical floral, y en la torsión hacia dentro o
fuera de anteras y estigmas (Armbruster et al. 2006). Estos autores señalan
que tal disposición mejora la transferencia legítima (entre morfos) de polen, en
detrimento de la ilegítima (dentro de morfos, dentro de la flor). Por tanto
representa un apoyo a ciertas hipótesis sobre la evolución de la heterostilia en
las que esta promoción de la transferencia legítima es el factor clave (The
evolution of heterostyly. In Evolution and function of heterostyly (pp. 151- 178). Springer Berlin Heidelberg. Lloyd, D. G., & Webb, C. J. (1992)), como ya
propuso Darwin en “The different forms of flowers on plants of the same
species” (1877). De hecho, esta heterostilia tridimensional aparece de forma
terminal en una filogenia muy preliminar de algunas especies de Linum
(Armbruster et al. 2006). Sin embargo, no se sabe si hay casos intermedios en
esta evolución o si una vez alcanzada ésta heterostilia, es estable.
El objetivo general de este capítulo consistió en estudiar procesos
microevolutivos de la aparición de la heterostilia en tres dimensiones en el
complejo de L. tenuifolium aggr., usando para ello información morfológica y del
sistema de incompatibilidad. Además, se incorporaron marcadores moleculares
nucleares y plastidiales para establecer las relaciones filogenéticas y procesos
filogeográficos. Además se determinaran los mecanismos de reproducción de
las distintas formas estilares, cuando las hay, y el tipo de hercogamia presente
en este grupo de especies.
4. An unnoticed flax species (Linum flos-carmini, Linaceae) from North
Morocco revealed by morphological evidence. (Capítulo 5): Por último se
presenta un resultado colateral, el reconocimiento de una nueva especie
heterostila de Marruecos.
El estudio morfológico del capítulo 2 permitió identificar problemas taxonómicos
en L. setaceum en el Norte de África, que están relacionados directamente con
la evolución de la heterostilia en Linum. El objetivo del capítulo 4 fue esclarecer
el estado taxonómico de L. setaceum var. bicolor f. robusta .
Los resultados de la tesis son:
1. Variación de la heterostilia y polimorfismos sexuales asociados en
Linum L.: En el manuscrito correspondiente al capítulo 2 se describen ocho
tipos de polimorfismos que posteriormente se han usado para reconstruir la
evolución de este carácter en la filogenia. Además se describe un nuevo
polimorfismo en el género, trimorfismo estilar, encontrado en una especie
localizada en Turquía.
En concreto se describen especies sin polimorfismo, es decir, que los
verticilos sexuales que presentan sus flores no exhiben diferencia en las alturas
de estambres y estigmas (especies sin hercogamia); Otras presentan una
hercogamia horizontal, es decir, los verticilos sexuales se separan no en altura,
sino en el eje horizontal. También existe una hercogamia reversa, es decir,
todas las flores de la población presentan los estambres por encima de los
estigmas, situación bastante rara en la naturaleza. Y la hercogamia de
aproximación, donde los estigmas se colocan por encima de los estigmas en
toda la población pero no de una forma perfecta sino que esa hercogamia
puede variar.
Además, se estudia la variabilidad que presenta la distilia en el género, y
se pone de manifiesto que esta distilia difiere entre especies. Para ello se usan
los dos test más empleados para caracterizar y dar valores orientativos sobre la
perfección de la reciprocidad presente en cada especie heterostila estudiada,
ya sean distílicas o trimórficas (Richards, J. H., & Koptur, S. (1993). Floral
variation and distyly in Guettarda scabra (Rubiaceae). American Journal of
Botany, 31-40.; y Sánchez, J. M., Ferrero, V., & Navarro, L. (2013). Quantifying reciprocity in distylous and tristylous plant populations. Plant Biology, 15(3),
616-620).
Tanto la hercogamia reversa como el trimorfismo, son tipos morfológicos
descritos por primera vez en el género Linum.
2. Style polymorphism in Linum (Linaceae): a case of Mediterranean
convergent evolution?: No es la primera vez que se realiza un estudio
filogenético de este tipo (McDill et al., 2009, 2010), pero si la primera vez que
se ejecuta con la mayoría de las especies de la cuenca del Mediterráneo (74
sp.) y Sudáfrica (14 sp.) muestreadas en el campo por el autor y colaboradores.
Linum y dos de sus cinco secciones no son monofileticos. La sección
Dasylinum aparece como monofilética, pero se anida dentro de la sección
Linum. Radiola se coloca de lleno entre los principales linajes de Linum. Las
secciones Cathartolinum y Syllinum se anidan dentro de la sección Linopsis,
como los géneros Hesperolinon, Sclerolinon y Cliococca, lo que implica la
existencia de parafilia en Linum cuando se reconocen a estos géneros como
tales.
Según los resultados, el género Linum en sentido amplio (incluyendo
Cliococca, Hesperolinon, Radiola y Sclerolinon) se originó entre el final del
Eoceno y el comienzo del Oligoceno (43,31- 33,95Ma). Es un grupo
monofiletico bien apoyado estadísticamente en los tres análisis por separado.
De las secciones que forman el género Linum la secc. Linum parece ser la más
antigua, la cual se originó entre el mioceno medio y el oligoceno tardío (15,26-
28,67) en zonas del Asia templada.
La heterostilia es muy frecuente en el género, pero parece concentrada
en la cuenca mediterránea y, en menor medida, en la Región del Cabo en
Sudáfrica. La reconstrucción de caracteres ancestrales no determinó un único
estado como la condición más probable para el polimorfismo estilar en el
género, aunque para algunos grupos la hercogamia se resolvió como estado
ancestral. Otros rasgos putativamente relacionados con la heterostilia, tales
como la forma de vida (perennialidad, anualidad) y la poliploidía, no mostraron
ninguna correlación filogenética significativa, mientras que algunos tipos de
polinizadores (moscas de probóscide) se asocian con casos específicos de
heterostilia. Las evidencias disponibles apuntan a que son los diferentes tipos
de polinizadores especializados los que promueven el funcionamiento de la
heterostilia en la cuenca mediterránea, y Sudáfrica. Esto explicaría la presencia
múltiple de heterostilia en este linaje.
3. Relaciones evolutivas entre distintos linajes de lino blanco (Linum
tenuifolium s.l.) en la cuenca del mediterráneo: En el capítulo 4 se muestran
resultados sobre relaciones filogenéticas y filogeográficas, usando ADN
plastidial y nuclear, de 125 poblaciones de la cuenca del mediterráneo. Una vez
obtenidos los resultados filogenéticos, se infirió el periodo de formación de los
clados resueltos con buen apoyo estadístico utilizando puntos de calibración
internos y externos al género. De manera general podemos decir que todas las
poblaciones de L. suffruticosum estudiadas (86) presentan una distilia en 3D en
todo su rengo de distribución, con alguna variación dependiendo del hábitat
donde se desarrollan. Mientras que L. tenuifolium s.str. (39) presenta plantas
con flores monomórficas, con hercogamia en el eje horizontal entre sus
verticilos sexuales, en toda su distribución, mostrando una variación floral intraespecífica casi inexistente en toda su distribución. Ambos análisis
filogenéticos (nuclear y plastidial) presentaron a L. tenuifolium aggr. como un
grupo monofiletico con buena resolución estadística, bajo análisis de Máxima
Parsimonia (MP), Máxima probabilidad (ML) e inferencia bayesiana. Pero los
marcadores tanto nucleares como plastidiales elegidos no dieron la resolución
deseada. Para separar ambas especies se realizaron varios análisis
estadísticos como un Análisis de diferenciación genética (Snn) y tests de
Mantel. Posteriormente se usó la topología plastidial resultante del análisis
bayesiano para determinar la edad de los clados. Según el cronograma
resultante del análisis de datación, el grupo de estudio comienza a divergir
aproximadamente hace unos 10 MA (media del intervalo al 95% HPD). Y la
edad en la que se establecen ambas especies esta en torno a los 5,75 MA.
Periodo que corresponde aproximadamente con la formación del Mediterráneo.
A expensas de este análisis plastidial se realizó un estudio filogeográfico para
ambas especies por separado seleccionando los clados más importantes
resultantes de la topología. La presencia de tantos haplotipos interrelacionados
en el caso del análisis biogeográfico de L. suffruticosum (18 haplotipos, frente a
8 resultantes para L. tenuifolium), nos indica que hubo un haplotipo con un gran
éxito basal que tuvo una gran capacidad colonizadora. A partir del cual
aparecieron los diferentes haplotipos debido a una diferenciación reciente y a
una tasa evolutiva alta.
Además se incluye un estudio de la biología reproductiva y polimorfismo
estilar en L. tenuifolium aggr. en condiciones naturales. Este estudio se realizó
en tres poblaciones diferentes de la Península Ibérica (Málaga, Guadalajara y
los Pirineos). Este último ítem nos muestra que la especie heterostila L. suffruticosum presenta un sistema de incompatibilidad heteromorfica típico de
este tipo de polimorfismo sexual, pero que las barreras interespecíficas entre
estas dos especies tan afines no son tan fuertes. Mientras que L. tenuifolium se
muestra como una especie autocompatible, corroborando estudios anteriores.
4. An unnoticed flax species (Linum flos-carmini, Linaceae) from North
Morocco revealed by morphological evidence. En el capítulo 5 se muestra la
descripción de una nueva especie como consecuencia del estudio
morfométrico y filogenético. Además esto resulta muy relevante ya que es una
especie relacionada con L. setaceum, especie que es homostila, mientras que
la especie nueva es heterostila.
Principales conclusiones:
Nivel Macroevolutivo: (i) Caracterización del polimorfismo sexual
encontrado en cada especie. (ii) Comprobación de las relaciones filogenéticas
entre las distintas especies (y algunas subespecies) y reconstrucción del
estado ancestral de los caracteres en la filogenia resultante.
Nivel Microevolutivo: (iii) Se concretan las relaciones evolutivas entre los
linajes de lino blanco (L. tenuifolium aggr.) en la Cuenca del Mediterráneo. (iv)
Aclaraciones sobre el funcionamiento del sistema de incompatibilidad
heteromórfico dentro del grupo (v) Por último se presenta un resultado
colateral, el reconocimiento de una nueva especie heterostila de Marruecos y la
descripción de un nuevo polimorfismo en el género, trismorfismo estilar,
encontrado en una especie localizada en Turquía.
| Date of Award | Dec 2017 |
|---|
| Original language | Spanish |
|---|
| Awarding Institution | |
|---|
| Supervisor | Rocio Perez-Barrales (Supervisor) & Juan Arroyo (Supervisor) |
|---|