tesis-n3766-Lia

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Di r ecci ó n:Di r ecci ó n: Biblioteca Central Dr. Luis F. Leloir, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. 
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Tesis Doctoral
Diversidad genética y estructuraDiversidad genética y estructura
poblacional en razas nativas de maízpoblacional en razas nativas de maíz
(Zea mays ssp. mays) del Noroeste(Zea mays ssp. mays) del Noroeste
Argentino: presente y pasado delArgentino: presente y pasado del
germoplasma autóctonogermoplasma autóctono
Lia, Verónica V.
2004
Tesis presentada para obtener el grado de Doctor de la
Universidad de Buenos Aires en Ciencias Biológicas de la
Universidad de Buenos Aires
Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la Biblioteca
Central Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe ser
acompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente.
This document is part of the Master's and Doctoral Theses Collection of the Central Library
Dr. Luis Federico Leloir, available in digital.bl.fcen.uba.ar. It should be used accompanied by
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Cita tipo APA:
Lia, Verónica V.. (2004). Diversidad genética y estructura poblacional en razas nativas de maíz
(Zea mays ssp. mays) del Noroeste Argentino: presente y pasado del germoplasma autóctono.
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires.
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3766_Lia
Cita tipo Chicago:
Lia, Verónica V.. "Diversidad genética y estructura poblacional en razas nativas de maíz (Zea
mays ssp. mays) del Noroeste Argentino: presente y pasado del germoplasma autóctono". Tesis
de Doctor. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2004.
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3766_Lia
http://digital.bl.fcen.uba.ar
http://digital.bl.fcen.uba.ar
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3766_Lia
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3766_Lia
mailto:digital@bl.fcen.uba.ar
.J
Diversidad genética y estructüra
poblacional en razas nativas de maíz
(Zea mays ssp. mays) del Noroeste Argentino:
presente y pasado del germo olasma autóotono
,.. «A‘ ‘ ¡'7""Mwo'wm
Genetic diversity and population structure in maize
Iandraces from Northwestern Argentina: insights from
archaeiogical and extant specimens
Tesis Doctoral
Lic. Verónica V. Lia
Directoras
Dra. Viviana A. Confalonieri
Dra. Lidia Poggio
2004 3 7+"
Laboratorio de Genética‘
Departamento de Ecología, Genética y Evolución
Universidad de Buenos Aires
Portada: Maíces nativos del Noroeste Argentino. Fotografía gentileza Ing. Julián
Cámara Hernández, Laboratorio de Recursos Genéticos Vegetales “N.I.Vavilov",
Facultad de Agronomía, UBA.
A Sebi,
por ser Ia luz de mi vida
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a la Dra. Viviana Confalonien’ por las horas compartidas, por acompañarme en
todas las formas posibles y por el estímqu que significó para ml. A la Dra. Lidia Poggio por
su generosidad, por su confianza y por su apoyo.
Agradezco especialmente a la Dra. Cecilia Comas por permitir que me iniciara en la
investigación y dar el primer paso para llegar hoy hasta aquí.
Agradezco al Dr. Carlos Naranjo por proporcionarme el material de trabajo y por su afecto y
paciencia ante mis reiteradas llamadas telefónicas a Lidia.
Agradezco al lng. Julián Cámara Hernández y a la Ing. Ana María Miante Alzogaray por el
tiempo que me han dedicado y por su valiosa contribución a este trabajo y a ml
conocimiento sobre el maiz. AI Ing. Cámara Hernández quiero agradecerle enormemente
por obsequiarme sus tan codiciadas ilustraciones, fotos y acuarelas.
A la Dra. Norma Ratto, agradezco las muestras arqueológicas, su ayuda y consejo
permanentes y Ia posibilidad de incursionar en la arqueología.
Agradezco al Dr. Terry Brown por abn'rme las puertas de su laboratorio y proveerrne los
materiales y asesoramiento necesarios para llevar a cabo el estudio de los ejemplares
arqueológicos.
Agradezco al Dr. Jim Holland por cedenne (y hacerme llegar) tan desinteresadamente las
lineas, a pesar de las complicaciones de pasarlas por la Aduana.
Agradezco al Lic. Regino Cavia, a la Dra. Romina Barrozo y a la Dra. Isabel Gómez
Villafañepor su asesoramiento para el tratamiento estadístico de los datos (también a Isa,
Romi y Regi por ser mis amigos).
Agradezco a Alex, en su carácter de Dra. y amiga, por su tiempo, por su ayuda y por su
aporte a esta tesis.
Agradezco a mi mamá por mimanne y consentirrne tanto, con o sin tesis de por medio. A
mi papá por traerrne a la Facultad durante toda mi carrera (y algunos años más también),
por cargar botellas de acético, impresoras, contrabandear semillas y por preguntar por Ia
polimerasa. A mis hermanos Florencia, Gaspar, Rafaela y Luciana por ayudarme a
despejar mi mente y darme alegría (casi siempre), A Cristina por ser tan generosa. A la
familia Piana por su apoyo incondicional. A Eli por su aliento permanente, por sus
oraciones y espíritu de superación.
Agradezco a Ceci B., a Marina y a Sara por su ¡nvalorable ayuda y por su constante
presencia, aún en la distancia. A Amalia tengo que agradecerle tanto que no sé cómo
escribirlo. Agradezco a Noe su paciencia, su consideración y su cariño.
Agradezco a Santi por tantas discusiones, por su interés y por ser mi amigo. A Laura.
Marce, Paula, Gracielita, Pao, Carta, Nati, Gra, M. Isabel, Andrea, Mariana B., Man’ana L.,
Pablo y Florencia por su amistad y por compartir sus días y cerebros conmigo.
Quiero agradecer también, a los nuevos amigos que conoci durante la realización de este
trabajo, es decir a todos los miembros del Laboratorio de Genética (desde el 58 hasta el 65
inclusive).
Agradezco a mis viejos amigos, Be, Ceci, Seba, Rodri, Lula, Man",Regi, Isa y Romi por
estar presentes en todo momento y aguantarme. A los no biólogos, por escucharme hablar
de la tesis sin parar, y por intentar comprender de lo que estaba hablando.
Agradezco al CONICET, a la Universidad de Buenos Aires y a la Fundación Antorchas por
financiar este proyecto y a esta becaria.
Por último, quiero expresar mi más profundo agradecimiento al Dr. J. H. Hunziker por su
ejemplo y sus enseñanzas que me acompañarán siempre.
Resumen
El maiz, Zea mays ssp. mays, es uno de los cultivos más importantes de América y ha
estado vinculado con la actividad humana desde los inicios de la agricultura. Su
distribución abarca todo el continente, encontrándose en una amplía gama de ambientes
tanto en sus formas comerciales como nativas. En la República Argentina, las razas
nativas exhiben una gran variedad ecológica y morfológica; sin embargo, Ia
caracterización genética del germoplasma autóctono es casi inexistente. Estudios previos
realizados en razas nativas del Noroeste Argentino (NOA) revelaron la existencia de una
correlación positiva entre cromosomas B y altitud, sugiriendo un significado adaptativo
para estos elementos supemumerarios. Con el objeto de describir la diversidad genética de
razas nativas y estudiar la dinámica poblacional sobre el gradiente altitudinal descripto, se
examinaron los patrones de variación de 18 Ioci microsatélites. Tres de estos Ioci fueron
analizados en ejemplares arqueológicos del NOA a fin de establecer su relación con las
razas actuales. Los resultados del presente estudio permiten concluir que: 1) las razas
nativas del NOA representan una fuente importante de diversidad para ampliar la base
genética de los programas de mejoramiento; 2) los ejemplares arqueológicos son más
afines a las razas pertenecientes al Complejo Andino, que a otras razas actuales de la
región; 3) procesos selectivos determinan el mantenimiento del gradiente altitudinal de
cromosomas supemumerarios.
Palabras clave: maiz — razas nativas — ADN antiguo — variabilidad microsatélite ­
diversidad genética — cromosomas supemumerarios - variación clinal.
AbstractMaize, Zea mays ssp. mays, is the principal domesticated crop of the New World. lts many
cultivars and Iandraces are currently adapted to a broad range of environments from
Canada to Argentina. In spíte of the morphological and ecological diversity of argentinian
Iandraces, no attempts have been made to date to determine the extent of genetic variatíon
within local germplasm. Previous studies have shown a positive correlation between altitude
and B chromosome frequencies in several Iandraces from NW Argentina, which suggests
that supemumerary elements may be subjected to selective pressures. The patterns of
variatíon of 18 microsatellite loci were examined in order to assess the genetic diversity and
population dynamics along the above mentioned cline. Three microsatellite Ioci were also
used to determine the affiliations of archaeological specimens to extant Iandraces. Three
main conclusions can be drawn from the present study: 1) the Iandraces of NW Argentina
are a valuable source of diversity to enlarge the genetic basis of breeding programs; 2) the
archaeological specimens are more closer related to the races of the Andean Complex,
than to any of the other races examined; 3) selection plays a role in the maintenance of the
altitudinal cline of B chromosomes.
Keywords: maize Iandraces - ancient DNA —microsatellite variatíon —genetic diversity —
supemumerary chromosomes —clinal variatíon.
INTRODUCCIÓN
I1. EL GENERO ZEA (GRAMINEAE) 1
I2. EL MAiz- ZEA MAYs SSP. MAYs 3
I2.1. ORIGEN Y DISPERSIÓN 3
|2.2. EL REGISTROARQUEOLÓGlCO 5
|2.2.1. Macro y microfósiles 5
|2.2.2. Estudios moleculares 7
l3. RAZAS NATIVASDE MAiz DEL CONTINENTE AMERICANO 9
I3.1. DIVERSIDAD MORFOLÓGICA 9
¡3.2. DIVERSIDADGENETICA 10
l3.3. VARIABILlDADCROMOSOMICA 13
l3.3.1. Cromosomas supemumerarios 13
l3.3.2. Heterocromatina 14
I3.3.2. Cromosomas supemumerarios, heterocromatina. contenido de ADNy van'ables
ambientales 1
l4. RAZAS NATIVAs DE MAiz DEL NOROESTE ARGENTINO 17
I4.1. GENERALIDADES 17
l4.2. DIVERSIDADMORFOLÓGICA 17
I4.3. DIVERSIDADGENETICA 18
l4_4. VARIABILIDADCROMOSOMICA 19
l4.4.1. Cromosomas supemumerarios 19
l4.4.2. Contenido de ADNy heterocromatina 19
l4.4.3. Cromosomas supemumerarios, heterocromatina y variables ambientales 20
l5. OBJETIVOS 21
MATERIALES Y MÉTODOS
M1. MUESTRAS 23
M1.1. EJEMPLARES ACTUALES 23
M1.1.1. Razas nativas 23
M1.1.2. Líneas 23
M12. EJEMPLARESAROUEOLOGICOS 25
M2. ANALISIS DE LA VARIABILIDADDE LOCI MICROSATELnES 29
M2.1. MÉTODOS EXPERIMENTALES 30
M2.1.1. Ejemplares actuales 30
M2.1.1.1. Selección de loci 30
M2.1.1.2. Extracción de ADNgenómico total 30
M2.1.1.3. Cuantificación de ADN 30
M2.1.1.4. Amplificación por PCR 33
M2.1.1.5. Visualización de los productos de amplificación 33
M2.1.1.5.1. Electroforesis en geles de poliacrilamida 34
M2.1.1.5.2. Tinción con Nitrato de Plata 34
M2.1.1.6. Secuenciación de variantes alélicas 34
M2.1.2. Ejemplares arqueológicos 35
M2.1.2.1. Selección de loci 35
M2.1.2.2. Extracción de ADN genómico total 36
M2.1.2.3. Amplificación por PCR 37
M2.1.2.4. Visualización de los productos de amplificación 38
M2.1.2.5. Purificación, clonado y secuenciación de fragmentos 38
M22. ANALISIS DE DATOS DE SECUENCIA 39
M2.2.1. Edición y Alineamiento 39
M2.2.2. Búsqueda en bases de datos 39
M23. ANALISIS DE LADIVERSIDADY ESTRUCTURA POBLACIONAL 40
M2.3.1. Modelos de evolución de Iocimicrosatélites 40
M2.3.2. Cálculo de frecuencias alélicas 41
M2.3.3. Índices de diversidad genética 41
M2.3.4. Equilibriode Hardy-Weinberg 42
M2.3.5. Estmctura poblacional 43
M2.3.5.1 Prueba de pennutación de tamaños alélicos 44
M2.4. ANALISIS DE LAS RELACIONES INTRAE INTERREGIONALES 45
M2.4.1. Análisis de agmpamiento entre poblaciones del NOA 45
M2.4.2. Análisis de agrupamiento entre poblaciones del NOAy razas de América 46
M2.4.2.1. Método fenético 46
M2.4.2.2. Método Bayesiano para la inferencia de estructura poblacional 46
M2.5. ANALISIS DE LAASOCIACIÓN ENTRE VARIABLESGENÉTICAS, CITOGENÉTICAS Y ALTITUD48
M2.5.1. Relación entre frecuencias génicas y número de cromosomas B 48
M2.5.2. Correlación entre distancias geográficas, altitudinales e índices de
diferenciación 48
RESULTADO;
R1. DIVERSIDADGENETICA 50
R.1.1. RAZAS NATIVASACTUALES 50
R.1.1.1. Diversidad y riqueza alélica 50
R.1.1.2. Secuencia nucleotidica de los alelos microsatélites 59
R1.2. RAZAS NATIVASARQUEOLOGICAS 67
R1.2.1. Locus Phi127 72
R1.2.2. Locus Phi029 75
R1.2.3. Locus Phi059 77
R1.2.4. Afinidades entre ejemplares arqueológicos y razas actuales 77
R2. ESTRUCTURA POBLACIONAL 78
R2.1. EQUILIBRIODE HARDY-WEINBERG 78
R2.2. DIFERENCIACIÓNGENETICA 80
R3. RELACIONES INTRAE INTER REGIONALES 84
R3.1. EL NOROESTE ARGENTINO 84
R32. EL NOROESTE ARGENTINO Y SU INSERCIÓN EN EL CONTINENTEAMERICANO 84
R3.2.1. Reconstrucción en base a métodos fenéticos 86
R3.2.2. Reconstrucción en base al método bayesiano 92
R4. ASOCIACIÓN ENTRE VARIABLES GENÉI’ICAS, CITOGENÉTICAS Y ALTITUD 98
R4.1. CORRELACIÓN ENTRE FRECUENCIAS ALÉLICAS Y NÚMERO MEDIO DE BS POR INDIVIDUO
R42. DIFERENCIACION GENETICA Y GRADIENTES ALTITUDINALES 98
DISCUSIÓN
D1. DIVERSIDAD GENETICA EN LAs RAZAS DE MAÍZDEL NOA: IMPLICANCIASPARA LA
CONSERVACION DE GERMOPLASMA 102
D2. MICROSATÉU'I’ES Y ESTUDIOS EVOLUTIVOS 107
Da. DISTRIBUCIÓN DE LA VARIABILIDADGENÉTICA 1 13
03.1. ESTRUCTURA GENETICA INTRAPOBLACIONAL 1 13
03.2. DIFERENCIACIÓNGENETICAENTRE POBLACIONES 115
D4. LAS RAZAS DEL NOA Y su RELACIÓNCON LOS COMPLEJOS RACIALES DE AMERICA 1 18
DS. ADN ANTIGUO: UNA HERRAMIENTA PARA EL SEGUIMIENTOTEMPORAL DE Los PATRONES
DE VARIACIONGENETICA 122
D5.1. CRITERIOS DE AUTENTICIDAD 124
05.2. CONSERVACIÓN DE ACIDOS NUCLEICOSEN EJEMPLARES AROUEOLOGICOS DEL NOA 125
05.3. INFERENCIASPOBLACIONALES 128
DS. CROMOSOMAS SUPERNUMERARIOS Y GRADIENTES ALTITUDINALES 1 30
CONCLUSIONES 1:5
BIBLIOGRAFÍA 137
APÉNDICE
PROTOCOLOS DE EXTRACCIONDE ADN 151
DELLAPORTAY COL. (1983) MODIFICADO 151
YANG Y COL. (1998) MODIFICADO 151
SOLUCIONES 152
ELECTROFORESIS DE GELES DE AGAROSA 152
ELECTROFORESIS DE GELES DE POLIACRILAMIDA 152
SECUENCIACIÓN 153
PROTOCOLO DE PRECIPITACIÓN CON ISOPROPANOL 153
FRECUENCIAS ALELICAS 1 55
DIVERSIDADGENETICA 171
CONTRASTES DE STUDENT-NEWMAN-KEULS(ZAR 1984) 171
ANALISIS DE EJEMPLARES AROUEOLOGICOS 171
INTRODUCCIÓN
Raza Blanco
Introducción
El maiz, Zea mays ssp. mays. es uno de los cultivos más importantes de América y
ha estado vinculado con la actividad humana desde los inicios de la agricultura. Las razas
nativas presentan una gran diversidad morfológica, bioquímica y citogenética,
extendiéndose a lo largo de todo el continente a través de una amplia gama de climas y
ambientes. En Ia República Argentina, la incorporación del cultivo en las sociedades del
pasado se remonta a tiempos muy anteriores a la conquista y sus usos originarios han
quedado plasmados en las costumbres actuales de los habitantes del Noroeste y Noreste
del país. A pesar de su valor histórico. cultural y agronómico, la caracterización genética de
estos recursos es casi inexistente. El presente trabajo propone hacer un relevamiento de
la variabilidadgenética oontenida en ejemplares actuales y arqueológicos de razas nativas
del Noroeste argentino a fin de establecer su relación con los complejos raciales del
continente americano y determinar la influencia de procesos históricos y selectivos en los
patrones de distribución morfológicosy citogenéticos previamente documentados.
I1. EL GÉNERO ZEA (GRAMINEAE)
El género Zea L. comprende un conjunto de gramíneas anuales y perennes
originarias de México y América Central. La clasificación propuesta por lltis & Doebley
(1980), Doebley (1990b) y lltis & Benz (2000), divide al género en las siguientes
secciones, especies, subespecies y razas:
Sección Luxuriantes
Zea diploperennis lltis. Dobley & Guzmán
Zea perennis (Hitchc.) Reeves &Mangelsdorf
Zea quun'ans (Durieu 8.Ascherson) Bird
Zea nícaraguensis lltis& Benz
Sección Zea
Zea mays L.
subsp. mexicana (Schrader) ltlis
Raza Chalco
Raza Central Plateau
Raza Nobogame
subsp.parw'glumis lltis 8. Doebley
subsp. huehuetenangensis (lltis&Doebley) Doebley
subsp. mays lltis & Doebley
La característica morfológicaque distingue al maiz, no sólo de sus congéneres, sino
también de todo el resto de las gramineas. es la presencia de una mazorca polistica, con
numerosos granos de gran tamaño incapaces de desarticularse sin la intervención del
hombre, lo cual le impide desarrollarse en estado silvestre. Las restantes especies y
subespecies del género, también conocidas bajo el nombre de teosintes, poseen, en
cambio, una espiga pequeña, dística, y con pocos granos que logran desarticularse
fácilmente (DOEBLEY& ILTIS1980).
La distribución del maiz abarca toda Ia extensión del continente americano, ya sea
a través de sus formas autóctonas o por intermedio de las variedades comerciales,
extendiéndose además al resto del mundo, en donde fue introducidotras el descubrimiento
de Améri a fines del siglo XV.La distribuciónde los teosintes es, por el contrario, mucho
más restringida, limitándose sólo a ciertas zonas de México, Honduras, Guatemala y
Nicaragua (DOEBLEY& ILTIS1980; ILTIS8. DOEBLEY1980; |LTIS& BENZ 2000).
Dentro de la Sección Luxuriantes,dos de sus especies son anuales, Zea quurians y
Zea nicaraguensis, y dos perennes, Zea diploperennis y Zea perennis, en tanto que en la
Sección Zea todas las subespecies y sus razas son anuales (DOEBLEY& ILTIS1980; ILTIS&
BENZ2000).
El número cromosómico de la mayoría de las especies que integran el género Zea
es 2n=20, siendo las únicas excepciones Zea perennis, con 2n=40, y Zea nicaraguensis,
cuyo 2n no ha sido aún determinado. El nivel de plodía de Zea mays ssp. mays ha sido
objeto de discusión desde los primeros estudios cromosómicos realizados en este cultivo.
En la actualidad, las evidencias citogenéticas y moleculares coinciden en sugerir que tanto
el maíz como las restantes especies del género, serían alopoliploides crípticos de origen
antiguo, con un número básico de x=5 (MOLINA& NARANJO1987; NARANJOet al. 1990;
POGGIO et al. 1990; NARANJO et al. 1994; MOORE et al. 1995; GAUT & DOEBLEY 1997;
GONZALEZ2004).
En las plantas, la abundancia y el comportamiento meiótico de los híbridos
interespecificos proveen una medida de las diferencias génicas y estructurales entre los
genomas de las especies involucradas, y, consecuentemente, de las relaciones evolutivas
entre ellas. Dentro de la sección Zea, la hibridación interespecifica es un fenómeno
frecuente entre Zea mays ssp. mays y Zea mays ssp. mexicana, como asi también entre
Zea mays ssp. mays y Zea mays ssp. huehuetenangensis; mientras que, por el contrario,
los híbridos entre Zea mays ssp. mays y Zea mays ssp. parviglumis son prácticamente
inexistentes en la naturaleza (DOEBLEYet al. 1987a). Desde el punto de vista citogenético,
los tres tipos de híbridos muestran meiosis regular y niveles normales de fertilidad del
2
Introducción
polen (DOEBLEY& ILTIS 1980; ILTIS8. DOEBLEY1980). Si bien estos resultados parecen
indicar muy bajos niveles de diferenciación genómica entre las subespecies, estudios
recientes de citogenética molecular han demostrado que el grado de homología entre los
genomas correspondientes a las subespecies de la sección Zea es menor a lo inicialmente
supuesto (GONZALEZ2004). El análisis de las afinidades genómicas mediante hibridación in
situ (GISH - del inglés Genomíc in situ hybn'dízation)mostró que a pesar de que Zea mays
ssp. mays posee mucha mayor homología con Zea mays ssp. mexicana y Zea mays ssp.
parviglumisque con Zea mays ssp. huehuetenangensis, las divergencias genómicas entre
maíz y las dos primeras son de magnitud apreciable (GONZALEZ2004; GONZALEZet al.
2004; POGGIOet al. 2004).
En la sección Luxuriantes, todos los híbridos interespecíficos analizados -Zea
luxun'ans x Zea diploperennis . Zea perennis x Zea diploperennis, Zea luxun'ans x Zea
perennis- exhibieron irregularidades meióticas (NARANJOet al. 1994; POGGIOet al. 1999;
GONZALEZ2004), al igual que los híbridos interseccionales (DOEBLEY& ILTIS1980; ILTIS&
DOEBLEY1980; GONZALEZ2004). En ambos casos, las irregulandas observadas fueron
atribuidas tanto a las diferencias en el número cromosómioo de las especies parentales,
como a la divergencia entre sus genomas. En particular. la única especie con 2n=40, Zea
perennis, fue también Ia que evidenció mayor divergencia genómica con respecto a sus
congéneres en los estudios de citogenética molecular realizados por Gonzalez (2004).
|2. EL MAÍZ- ZEA MAYSssp. MAYS
l2.1. Origen y dispersión
La teoría más aceptada en relación con el origen del maiz. basada en evidencias
morfológicas, citogenéticas y moleculares. propone que éste habría derivado del teosinte
anual Zea mays subsp. parviglumis (BEADLE1932; DOEBLEY1990b; MATSUOKAet al.
2002b). Sin embargo. debido a la magnitud de las diferencias morfológicas entre ambas
entidades. otros autores han postulado la existencia de un “maíz silvestre", actualmente
extinto o bien desconocido, que habría dado lugar a la variante domesticada (teoria
tripartita) (MANGELSDORF& REEVES 1939; MANGELSDORF1974).
Los procesos de domesticación pueden producirse a partir de un único evento. o por
el contrario, ser de eventos múltiples, repetidos tanto en el tiempo como en el espacio. En
este sentido, la gran diversidad del maiz a nivel morfológico y molecular ha resultado dificil
de conciliar con la pérdida de variabilidad asociada a los cuellos de botella por los que
3
generalmente atraviesan las plantas domesticadas, llevando al surgimiento de hipótesis
contrapuestas en cuanto al número de eventos de domesticación involucrados en el on'gen
del cultivo.
Diversos argumentos han sido presentados en favor de la teoría del evento único
(DOEBLEYet al. 1986b; DOEBLEY1990b; MATSUOKAet al. 2002b). Según Doebley, Goodman
8. Stuber (1986b), los altos niveles de variabilidad observados podrían ser explicados a
través de un incremento en la tasa de evolución del maíz como consecuencia de la
intervención del hombre y de la selección artificial. Asimismo, la introgresión de variantes
alélicas provenientes de teosintes ha sido otra de las justificaciones esgrimidas para dar
cuenta del patrón antes mencionado (DOEBLEY1990b).
Por su parte, Randolph (1959), Mangelsdorf (1974), Kato (1984) y, más
recientemente. Goloubinoff, Paabo & Wilson (1993) han propuesto que el maiz se habría
originado en forma recurrente a partir de distintas poblaciones de teosinte, conservando así
gran parte de Ia diversidad presente en sus progenitores.
Según evidencias citogenéticas, bioquímicas y moleculares. el maíz habría surgido
en América Central hace aproximadamente 7.500 —10.000 años, extendiéndose luego
hacia Norte y Sudamérica (lLTIs1983; MATSUOKAet al. 2002b). La ubicación geográfica del
sitio de origen coincidiría, al menos en parte, con las localidades actualmente habitadas por
su supuesto progenitor Zea mays ssp. parviglumis, los valles de los ríos Balsas y Lerma
en el Sudoeste mexicano (DOEBLEY1990a). La llegada del maiz a América del Norte habría
tenido lugar a través de la región sur del Suroeste de los Estados Unidos entre los años
750 y 500 a.C., esparciéndose luego hacia el centro y Este del país hasta llegar a Canadá
(DOEBLEYet al. 1983b).
Los primeros estudios acerca del patrón de dispersión hacia América del Sur fueron
realizados sobre la base del análisis citogenético de razas nativas (MCCLINTOCKet al.
1981). Según los mismos, el maiz habría sido originalmente introducido en los Andes
Centrales sin sufrir nuevas contribuciones genéticas sino hasta tiempos más recientes,
probablemente provenientes del Este de Brasil. Nuevas evidencias obtenidas a partir del
análisis de Ioci microsatélites (MATSUOKAet al. 2002b) sugieren que el ingreso del maiz en
América del Sur se habría producido inicialmente a través de las tierras bajas, llegando
hasta los Andes en una etapa posterior.
I2.2. El registro arqueológico
Gran parte de las inferencias en relación conel origen y dispersión del maíz se han
basado en las características morfológicas, citogenéticas y bioquímicas de sus
representantes actuales. Como se verá a continuación, el registro arqueológico brinda la
oportunidad de contrastar estas inferencias con una fuente de información independiente.
ya sea a través de las aproximaciones clásicas, o de las más recientes metodologías
moleculares.
l2.2.1. Macro y microfósiles
Las evidencias macrobotánicas más antiguas en relación con las fases iniciales de
la domesticación del maíz provienen de los valles de Tehuacán y Oaxaca en México (LONG
et al. 1989; BENZ2001).
Los restos arqueológicos encontrados en las cuevas de Coxcatlán y San Marcos, en
el valle de Tehuacán, fueron considerados durante mucho tiempo representantes de los
“maíces silvestres” propuestos por la teoría tripartita (BENZ1999). Inicialmente datados
como correspondientes a los 6.000-4.500 a.C., estudios posteriores demostraron que la
antigüedad de dichos vestigios no superaba los 5.500 años (BENZ& ILTIS1990). Más aún. a
pesar de que muchas de sus características concordaban con rasgos considerados
primitivos, un nuevo análisis morfológico de los mismos ejemplares reveló un gran parecido
con las razas actuales y una tendencia al incremento en el diámetro del raquis y tamaño
del grano a lo largo de la sucesión temporal (BENZ& ILTIS1990).
Uno de los resultados más sorprendentes de estas investigaciones surge de la
comparación estadistica de la morfología de los malces primitivos de la cueva de San
Marcos con un conjunto de razas mexicanas y un maíz reventador o popcom de Argentina
(Argentine Pop) a través del método de componentes principales (PCA). Los restos
arqueológicos resultaron significativamente distintos a las razas de México, aunque
indistinguibles del Argentine Pop. Estas observaciones fueron interpretadas como
consecuencia de la conservación de formas primitivas en las zonas periféricas de la
distribución, tras haber sido sustituidas por formas especializadas en el área de origen
(BENZ & ILTIS1990).
La reciente datación de ejemplares provenientes de Guilá Naquitz, Oaxaca, ubica a
estos últimos como los más antiguos descriptos hasta el momento con una antigüedad de
ca. 6.200 años (BENZ2001). A pesar de un desfasaje de aproximadamente 700 años con
respecto a los restos más antiguos de Tehuacán, la diferenciación morfológica entre los
individuos de ambos sitios es prácticamente nula (BENZ2001).
Algunos sitios más tardíos de México,el sudoeste de los Estados Unidos, como asi
también de Centroamérica, fueron descriptos por Mangelsdorf en una serie de trabajos (ver
revisión BENZ1994). Sin embargo. sus conclusiones han sido cuestionadas debido a Ia
falta de registro de las mediciones y datos originales y al sesgo que parece haber
introducido en ellas la “teoría tripartita" (BENZ1994).
De Io anteriormente expuesto se desprende que los registros más antiguos hallados
hasta la fecha provienen de los valles de las tierras altas de Mexico, y no de las zonas
próximas al río Balsas, como cabría esperar si fuera esta la localización geográfica del
centro de origen. Una posible explicación para este hecho viene dada por las
desfavorables condiciones de preservación que caracterizan a los ambientes cálidos y
húmedos, a Io cual debe sumarse la poca atención que ha recibido el área en las
investigaciones arqueológicas.
Algunas de las herramientas comúnmente utilizadas para la detección e
identificación de restos vegetales en sitios arqueológicos de áreas tropicales son los
granos de polen, los granos de almidón y los fitolitos. Los fitolitos son estmcturas silíceas
presentes en los tejidos vegetales que resultan en muchos casos específicas de ciertos
grupos de plantas. y cuya conservación es frecuente en las distintas capas estratigráficas.
como así también en los elementos cerámicos.
Con el fin de determinar la utilidad de su aplicación en el estudio del origen del maíz,
Pipemo & Pearsall (1993) examinaron la estructura de los fitolitos en teosintes, Tn'psacum
y en 11 razas de maíz, entre las que se encontraba el maíz reventador Argentine Pop
estudiado por Benz & Iltis (1990). Los fitolitos de dichos ejemplares demostraron tener
ciertas peculiaridades que los diferenciaban tanto de los de otras razas como los de los
teosintes, lo cual, en vistas de la similitud hallada por Benz e Iltis (1990) con los ejemplares
de la cueva de San Marcos, llevó a proponer su utilización como marcadores de maiz
primitivoen las secuencias arqueológicas.
Si bien el origen mesoamericano del maiz es prácticamente indiscutido, el debate
parece haberse desplazado hacia un nuevo terreno: la antigüedad de la introducción del
cultivo en América del Sur. Según Pipemo & Pearsall (1998), diversos estudios
provenientes de fitolitos, granos de polen y granos de almidón apoyan la hipótesis de una
dispersión temprana hacia las regiones del Sur de Centroamerica y Norte de América del
Sur (7.000-5.000 AP). Asimismo, los granos de polen hallados por Pope y col. (2001) en
capas de ca. 7.000 años de antigüedad en las inmediaciones de Tabasco sobre el golfo de
6
México. contribuyen a dar sustento a dicha hipótesis. Por su parte, tanto Smith (1998)
como Staller & Thompson (2002) sostienen que la aparición del maiz en Sudamérica
habría sido mucho más tardía (1200-2000 a.C.). Sin embargo, todos los argumentos
expuestos por dichos autores fueron convincentemente refutados por Pearsall (2002;
2004) sobre la base de nuevas evidencias surgidas del análisis de fitolitos y gránulos de
almidón provenientes de restos arqueológicos de Ecuador.
De aceptar el escenario de introducción temprana, la presencia en Sudamérica de
fitolitos de malz desde hace ya 7.000 años implica que el proceso de domesticación se
habría iniciado en etapas bastante anteriores a lo evidenciado por el registro
macrobotánioo. De hecho, los ejemplares más antiguos descriptos hasta la fecha ya
presentan gran parte de los atributos morfológicos que caracterizan a la inflorescencia del
maiz actual, lo cual constituye una importante diferenciación con respecto a su supuesto
progenitor, el teosinte Zea mays ssp. parviglumis.
I2.2.2. Estudios moleculares
La posibilidad de extraer ácidos nucleicos a partir de restos fósiles, arqueológicos,
ejemplares de museo y residuos forenses ha permitido incorporar una nueva dimensión al
estudio del pasado y de la evolución molecular.
El término ADN Antiguo (ADNa) o “Ancient DNA"comprende todo resto de material
genético proveniente de organismos muertos o de deshechos extracorpóreos de
organismos vivos. Debido al estado de deterioro del ADN, los procedimientos utilizados
para su purificación deben ser ajustados para satisfacer estrictos criterios de autenticidad
incorporando precauciones especiales destinadas a evitar la contaminación y la formación
de artefactos de amplificación durante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
(PAABO 1989b; HERRMANN & HUMMEL 1994; COOPER & WAYNE 1998; COOPER & POINAR
2000; MAROTA8. ROLLO2002).
En el maiz, las investigaciones realizadas hasta el momento han verificado la
presencia de ADN en buen estado de conservación en manos y can'ópsides
arqueológicas. pudiendo obtenerse fragmentos de secuencias correspondientes a genes
nucleares y mitocondriales. Los estudios pioneros en la materia fueron realizados por
Rollo y col. (1988; 1991). quienes caracterizaron y amplificaron los ácidos nucleicos
extraídos a partir de can'ópsides de 1000 años de antigüedad, provenientes de un
enterratorio de la región costera del Perú (sitio Huari). Mediante ensayos de sensibilidad a
RNAsa, determinación de la composición de bases por HPLC (del inglés High Performance
Liquid Chromatography) y evaluación de las propiedades antigénicas. pudo establecerse
que la mayor parte del extracto correspondía a ácido ribonucleico (ARN). La presencia de
de ácidos nucleicos de origen endógeno pudo ser confirmada a través de Ia amplificaciónde 130 pares de bases (pb) del gen mitooondn'al Cox I (citocromo oxidasa c -—subunidad I),
100 pb del ADN altamente repetitivo HZa y 90 pb del elemento transponible Mu (ROLLOet
al. 1994). Estos primeros estudios, si bien tuvieron fundamental importancia abriendo el
camino para investigaciones posteriores. no continuaron su desarrollo. Fueron Goloubinoff
y col. (1993). en cambio, quienes aplicaron por primera vez las técnicas de ADN antiguo
para el abordaje de problemas evolutivos en maiz. A partir de datos de secuencia de 315
pb del gen Adh2, Alcohol Deshídrogenasa 2, se demostró que Ia divergencia nucleotidica
entre los alelos provenientes de los especímenes arqueológicos era similara la observada
entre alelos de las muestras contemporáneas, y que, en algunos casos. los alelos
“antiguos” eran más parecidos a los actuales, de maíz o teosinte, que entre si. Dos
conclusiones derivaron de estas observaciones: 1) la variabilidaddocumentada en maiz no
responde a una aceleración de la tasa de sustitución como lo habían propuesto otros
autores (ver sección I2.1.); y 2) la divergencia de las variantes alélicas presentes en el
maiz es anterior al evento de domesticación. Esto último llevó a proponer que la
conformación del pool génioo del maíz sería consecuencia de eventos múltiples de
domesticación, o bien, de procesos de introgresión temprana con las especies de teosintes
(GOLOUBlNOFFet al. 1993).
Más recientemente. Jaenicke y col. (2003) incorporaron también ejemplares
arqueológicos en sus investigacionesacerca de los caracteres seleccionados en las etapas
iniciales de la domesticación. A pesar de que las evidencias macrobotánicas han permitido
establecer cuáles habrian sido las caracteristicas morfológicas de la mazorca sujetas a
selección por parte de los cultivadores aborígenes, otros aspectos. tales corno la
arquitectura de Ia planta o las estructuras de almacenamiento de almidón, no han podido
ser analizados debido a la naturaleza fragmentan'a de los restos comúnmente hallados en
los sitios arqueológicos (marlos desgranados, mazorcas carbonizadas).
El estudio de la base genética de la diferenciación morfológica entre Zea mays ssp.
mays y los teosintes provee una nueva herramienta para superar este obstáculo. Tres
genes aparentemente involucrados en el proceso de domesticación han sido identificados y
caracterizados: teosinte branched 1 (tb1), prolamin box binding factor (pbf) y sugary 1 (su1)
(JAENICKE-DESPRÉSet al. 2003). Jaenicke y col. (2003) hallaron que la diversidad alélica
presente en maiz para dichos genes era mucho más reducida que lo observado en su
supuesto progenitor, Zea mays ssp. parviglumis. AI extender el análisis a muestras
arqueológicas de entre 4.300 y 650 años de antigüedad, provenientes del Noreste de
México y de las sierras de Mogollón en Nuevo México, Estados Unidos. el patrón de
8
variación alélica obtenido llevó a sugerir que tanto las características relacionadas con la
arquitectura de la planta (tb1) como con las propiedades bioquímicas de proteinas y
almidón (pbf, su1) ya habrian sido seleccionadas en los inicios de la historia del cultivo y
antes de su ingreso en los Estados Unidos.
¡3. RAZAS NATIVAS DE MAÍZ DEL CONTINENTE AMERICANO
I3.1. Diversidad morfológica
El estudio de Ia diversidad morfológica en las razas de maíz de México tuvo sus
inicios a principios del siglo XX en los trabajos de Vavilov y colaboradores, quienes se
ocuparon fundamentalmente de caracteres de índole agronómica. Posteriormente,
Anderson incluyó nuevos atributos en sus análisis e incorporó el concepto de variación
poblacional y regional, generando asi, grandes categorías taxonómicas que siguen siendo
utilizadas hasta la fecha (citado por BENZ1994). Continuando con su legado, Wellhausen,
Roberts, Hernández y Mangelsdorf coleccionaron, evaluaron y describieron Ia amplia
diversidad de las razas mexicanas, siendo este referente el que se utilizarla años más
tarde para describir las razas de Latinoamérica, dando lugar a los folletos conocidos como
“The Races of Maize Book/ets" (citado por BENZ1994).
Desde entonces, más de 300 razas han sido descriptas en el continente americano,
en su mayoría provenientes de las zonas de mayor diversidad, México y la región ando­
peruana. Los caracteres más importantes utilizados para la discriminación de formas
raciales incluyen la morfología de la mazorca, la arquitectura de la planta, las adaptaciones
agro-ecológicas y el origen geográfico de los ejemplares analizados. El estudio de la
morfología de la mazorca involucra Ia determinación de la forma y longitud del raquis,
número de hileras de granos, espesor y ancho de granos, ancho y profundidad de las
cúpulas, así como también diámetro del marlo y raquis, entre otros (SANCHEZG. et al.
1993)
La aplicación de técnicas de taxonomía numérica a un conjunto de 219 razas
latinoamericanas permitió identificar 14 complejos raciales cuya composición coincide, casi
en su totalidad, con las afinidades propuestas en base a los análisis morfométricos
convencionales (GOODMAN& McK. BIRD1977). Siguiendo la numeración y nomenclatura
originalmente asignada por Goodman y McK Bird (1977) los grupos definidos son: I.
Grupo Cónico (Conical Group); Il. Dentados del Caribe (Caribbean Dents); Ill.
Reventadores del Sur de América (Southern Popcoms); IV. Reventadores del Norte de
América del Sur (Northern South American Popcoms); V. Harinosos de Tierras Bajas
(Low/and Flours); Vl. Grupo Chapalote (Chapalote Group); VII. Razas del Noroeste de
América del Sur (Northwestem South American Races); VIII.Razas del Sur de América del
Sur (Southern South American Races); IX. Cómeos de los Andes del Sur (South Andean
Flints); X. Complejo Andino Central (Central Andean Complex); XI. Dentados Blancos del
Sur Modernos (Modem Southern White Dents); XII. Grupo Cuzco (Cuzco Group); Xlll.
Grupo Humahuaca (Humahuaca Group); XIV.Grupo Cravos (Cravos).
En los Estados Unidos, se delimitaron diez grupos raciales para la clasificación
taxómica de las razas de maiz de la región (GOODMAN& BROWN1988). Éstos son: I.
Han'nosos y Cómeos del Norte (Northern Flints and Flours); ll. Harinosos y Cómeos de las
planicies (Great Plains Flint and Flours); lll. Pima-Papago (Pima-Papago); IV.
Semidentados del Sudoeste (Southwestem Semidents); V. Doce hileras del Sudoeste
(Southwestem 12 Row); VI. Harinosos del Sudeste (Southeastem Flours); VII. Dentados
del Sur (Southem Dents); Vlll. Dentados del Sur Derivados (Derived Southem Dents). lx.
Cómeos del Sudeste (Southeastem Flints); x. Dentados del Cinturón Maicero (Corn Belt
Dents).
La breve enumeración presentada basta para delinear la complejidad de las
relaciones entre las razas y las dificultades en la identificación de grupos evolutivamente
significativos. Es por ello que la integración de datos morfológicos y moleculares. así como
un muestreo más exhaustivo de las áreas marginales de la distribución, son requisitos
fundamentales para lograr un sistema natural de clasificación de las razas de maíz de
América.
l3.2. Diversidad genética
El análisis de la variabilidadgenética de las razas de maíz americanas alcanzó gran
magnitud en los años '80 , gracias a la utilización de la técnica de electroforesis de
isoenzimas. Goodman y Stuber (1983) describieron la variación isoenzimática en las razas
de Bolivia. Estos estudios revelaron una constitución isoenzimática común para las
morfológicamentediversas razas andinas. mostrando. además, una fuerte correlación entre
la altitud del cultivo y ciertas frecuencias alélicas. Un patrón de correlación similar entre
distintos alelos isoenzimáticos y altitud fue encontrado por Doebley y col. (1985a) al
analizar las razas de México.
Asimismo, el grado de diferenciación observado entre los maíces Cómeos del Norte
de los Estados Unidos (Northern Flints) y los Dentados del Sur (Southern Dents) dio
10
sustento a la división taxonómica previamente propuesta en base a características
morfológicas,y contribuyó a determinar el origen hibrido interracial de los maices Dentados
de las zonas centrales del Oeste de EEUU. (DOEBLEYet al. 1983a; DOEBLEYet al. 1986a;
DOEBLEYet al. 1988).
En las razas de Guatemala, los datos isoenzimáticos obtenidos por Bretting y col.
(1990) mostraron la existencia de dos complejos: uno correspondiente a las poblaciones
de tierras altas y el otro a las poblaciones de regiones bajas, aún cuando algunas de ellas
habían sido asignadas a la misma raza según criterios morfológicos.
La relación existente entre las razas de las islas del Caribe y las de las zonas
continentales ha sido difícil de determinar. En este caso, los estudios isoenzimáticos
llevados a cabo por Bretting y ool. (1987a) pusieron de manifiesto una gran afinidad entre
dicho germoplasma y las razas del Norte de América del Sur, y no asi con las razas de las
zonas continentales de México.
Además de su utilidad para establecer las relaciones entre distintas entidades, los
datos provistos por los estudios isoenzimáticos permiten poner a prueba las hipótesis
vinculadas con el proceso de domesticación a través de las estimas de variabilidad.
Asumiendo que el surgimiento del maiz se produjo a partir de Zea mays ssp. parviglumís
en un único evento relativamente reciente (ca. 10.000 años), y de no mediar fenómenos de
introgresión recurrentes, los niveles de variabilidad del taxón domesticado deberían verse
sustancialmente reducidos con respecto a los de su progenitor silvestre. Dos estadísticos
comúnmente utilizados para estimar la variabilidad en poblaciones naturales, el número
promedio de alelos y la heterocigosis esperada promedio, permiten comparar la diversidad
genética entre ambos taxones. Según Doebley y Goodman (1984), los niveles de variación
observados en Zea mays ssp. parviglumis son superiores a lo descripto para Zea mays
ssp. mays, siendo muy altos los primeros y moderados los segundos. Sin embargo, al
examinar en detalle los valores de los estadísticos, estas diferencias no parecen ser tan
evidentes. Mientras que para la subespecie mays la heterocigosis esperada promedio por
población y el número promedio de alelos son de 0,229 y 4,37, respectivamente; para la
subespecie parviglumis dichos valores ascienden a 0,261 y 4,67. Más aún, al calcular la
heterocigosis esperada para cada subespecie como un todo, considerando en forma
conjunta todas las poblaciones de cada una de ellas, este parámetro adquiere el mismo
valor para las dos entidades (0,311). Si bien estas estimas provienen de un número
pequeño de poblaciones, especialmente en el caso de los datos de maíz, estudios
posteriores realizados por Goodman y Stuber (1983) y Sanchez G. y col. (2000) arrojaron
cifras similares.
Otro de los aspectos relevantes que surge de la comparación de los patrones de
variabilidad, particularmente en el caso de plantas con importancia económica, es
cuantificar la diversidad contenida en los materiales autóctonos y determinar qué
porcentaje de esta última se halla representado en las variedades comerciales. Como
ejemplo puede mencionarse lo encontrado por Goodman y Stuber (1983) para las razas de
Bolivia:una muestra de 50 plantas de cualquiera de las razas bolivianas posee el mismo
número de alelos isoenzimátioos que todo el conjunto de lineas endocriadas (¡nbred lines)
más utilizadas en los Estados Unidos. Estas observaciones ponen de manifiesto la
importancia de las razas nativas en la conservación de recursos y futuros programas de
mejoramiento.
AI introducirse las técnicas de ADN como procedimiento de rutina en los estudios
sistemáticos, la mayor parte de los trabajos en el género Zea se centraron en dilucidar las
relaciones de parentesco y los patrones de introgresión entre las especies del grupo,
especialmente entre el maiz y los teosintes de la sección Zea, y no asi en documentar Ia
diversidad genética de las razas del cultivodoméstico. De este modo, una amplia van'edad
de marcadores moleculares -sitios de restricción en ADN de cloroplasto y mitocondn'as
(TIMOTHYet al. 1979; DOEBLEYel al. 1987b; DOEBLEY1990b), datos de secuencia de los
espaciadores transcriptos de genes n'bosomales (ITS — Internal transcribed Spacer)
(BUCKLER& HOLTSFORD1996), datos de secuencia del gen Alcohol Deshidrogenasa (Adh­
1) (EYRE-WALKERet al. 1998), datos de secuencia del gen de la proteína de reserva
seminal GIobulina-1 (gb/1) (HILTON8: GAUT1998)- fue utilizada para inferir las relaciones
filogenéticas entre las especies y subespecies del género y para determinar la dinámica del
evento de domesticación.
Inicialmente desarrollados como una herramienta de mapeo y caracterización de
germoplasma en lineas e híbridos comerciales de maiz (CHINet al. 1996; TARAMINO&
TINGEY1996; SMITH1997; SENIORet al. 1998), los marcadores microsatélites, también
conocidos como loci SSR (del inglés Simple Sequence Repeats), no tardaron en
incorporarse a los estudios evolutivos. En una primera etapa, Matsuoka y ool. (2002a)
evaluaron los niveles de variación y los patrones mutacionales de 59 loci en lineas, razas
nativas y teosintes de ambas secciones, verificando la utilidadde los cebadores diseñados
para Zea mays ssp. mays en las demás especies y subespecies del género. Zea mays ssp.
mexicana y Zea mays ssp. parviglumis presentaron los valores de diversidad más altos.
con un número promedio de alelos por locus de 4,32 y 4,8, respectivamente, seguidos por
Zea mays ssp. mays, Zea mays ssp. huehuetenangensis, Zea diploperennis, y Zea
luxun'ans en último lugar. con 2,19 alelos por Iocus.
Introducción
Una vez establecida la idoneidad de los microsatélites para el estudio de las
relaciones intra- e inter-específicas en el género, Matsuoka y col. (2002b) analizaron 99
Ioci en 193 accessions de maiz provenientes de todo el rango de distribución pre­
colombino, desde Argentina hasta Canadá, y 64 accessions de los teosintes de la sección
Zea, cubriendo completamente su distribución geográfica actual. A pesar de que las
conclusiones resultantes de este trabajo se relacionan fundamentalmente con la
domesticación y mtas de dispersión del maiz en una escala macro-geográfica (ver sección
l2.1), una de sus principales contribuciones consiste en proveer un excelente marco de
referencia para nuevos estudios a nivel poblacional y regional.
|3.3. Variabilidad cromosómica
Zea mays ssp. mays constituye un interesante ejemplo de variación en el contenido
de ADN a nivel intraespecífico. Las diferencias en el tamaño del genoma radican
principalmente en el número de cromosomas supemumerarios (cromosomas B) y el
contenido de heterocromatina de los cromosomas del complemento regular (A).
l3.3.1. Cromosomas sugmumeran’os
Los cromosomas B o supemumerarios son cromosomas extras, no esenciales para
el organismo, que no reoombinan con ningún miembro del complemento regular y tienen
modos de herencia irregulares y no mendelianos (JONES& REES 1982; JONES1995; JONES
& HOUBEN2003). Su mantenimiento en las poblaciones naturales ha sido explicado
mediante dos modelos (ver revisión CAMACHOet al. 1997). El modelo heterótioo propone
que los cromosomas B permanecen en las poblaciones debido a que confieren algún tipo
de ventaja adaptativa a los individuos portadores. Según el modelo parasltico, en cambio,
los cromosomas B se perpetúan gracias a los denominados fenómenos de acumulación o
“impulso” (drive), independientemente de sus efectos beneficiosos o perjudiciales. Este
último parece ser el caso en la mayoria de los sistemas vegetales estudiados hasta el
momento. La acumulación puede ocurn'r durante la meiosis, asegurando el pasaje de los
cromosomas a la gameta funcional, o bien durante las divisiones mitóticas del grano de
polen (JONES a HOUBEN2003).
En el maíz, dos mecanismos están involucrados en la generación del "impulso" : 1)
no-disyunción en la segunda mitosis del polen, y 2) fecundación preferencial de la oósfera.
(RANDOLPH 1941; ROMAN 1947; CARLSON 1970; CARLSON 1986; SHI et al. 1996;CHIAVARINO
1997; GONZALEZ-SANCHEZet al. 2003).
13
Introducción
Hasta hace pocos años. la herencia de los cromosomas B de maíz a través de la vía
materna se consideraba mendeliana, sin haberse detectado mecanismo de impulso
positivo alguno (RANDOLPH1941; BLACKWOOD1956). Sin embargo, Rosato (1997) logró
obtener líneas de baja tasa de transmisión femenina. en donde el porcentaje de células con
cromosomas B después de la división era inferior al 50 por ciento, sugiriendo la existencia
de genes que promueven la pérdida de Bs en la meiosis femenina.
La capacidad de los cromosomas B para llevar a cabo la no-disyunción está
controlada genéticamente por los propios B. La regiones eucromáticas distal y proximal son
indispensables para impedir la separación de las cromátidas hermanas, actuando
principalmente sobre la región centromérica (heterocromatina centromérica). La no­
disyunción puede interpretarse como un mecanismo que incrementa el número de
individuos con dos B en las poblaciones, aún cuando Ia frecuencia de Bs sea baja
(CARLSON & ROSEMAN 1992).
Otro de los factores que intervienen en el impulso de los cromosomas B es su
capacidad para ser transmitidos a las gametas durante la meiosis. Esto se produce gracias
a la presencia de mecanismos que suprimen la pérdida meiótica cuando se encuentran
como univalentes, y como consecuencia de un incremento en el entrecruzamiento para
formar bivalentes, cuando se encuentran en dosis más altas (CHIAVARINO1997; GONZALEZ­
SANCHEZet al. 2003). Los cromosomas B poseen, además, genes que aumentan la
frecuencia de recombinación de los cromosomas A en la microsporogénesis (CARLSONet
al. 1993).
Las razas nativas de maíz presentan polimorfismos numéricos para cromosomas B
y su presencia ha sido determinada a lo largo de toda su distribución geográfica (LONGLEY
1938; BIANCHIet al. 1963; MCCLINTOCKet al. 1981; BREÏTING 8. GOODMAN1989; PORTER 8.
RAYBURN1990). Sin embargo, son pocos los estudios poblacionales y, en la mayoria de los
casos, el tamaño muestral es reducido. La incidencia de los polimorfismos numéricos para
cromosomas B en las poblaciones de razas nativas argentinas será presentada en detalle
en las secciones subsiguientes.
l3.3.2. Heterocromatina
El término heterocromatina hace referencia a regiones del genoma que se
encuentran altamente condensadas en forma permanente y son transcripcionalmente
inactivas (LEWlN1994).
Gran parte de Ia heterocromatina del maíz puede ser vísualizada en meiosis durante
la fase de paquitene como un nudo o “knob”mediante técnicas de tinción convencionales.
14
Introducción
Dichas zonas heterocromáticas están localizadas en 34 sitios polimórficosa lo largo de los
10 cromosomas que conforman el complemento haploide de maiz (KATO1976). Ward
(1980) determinó que existe una correspondencia entre los nudos paquiténicos y las
regiones teñidas diferencialmente en preparados mitóticos sometidos a la técnica de
bandeo C (bandas C). Las zonas heterocromáticas correspondientes a las regiones
centroméricas y del organizador nucleolar también pueden ser observadas mediante
modificaciones del bandeo C (CHOW8. LARTER1981; Gu et al. 1985). Asimismo, numerosos
estudios han demostrado la existencia de una correlación positiva entre porcentaje de
heterocromatina y contenido de ADN tanto en maiz oorno en teosintes (LAURIE& BENNETT
1985; RAYBURNet al. 1985; PORTER 8. RAYBURN1990; TITO et al. 1991).
La composición de las regiones heterocromáticas no es uniforme en todo el genoma
del maíz. Los knobs están compuestos por repeticiones en tandem de dos tipos de
unidades con un tamaño de 180 y 350 pb respectivamente, pudiendo alcanzar los miles o
millones de copias. Experimentos de hibridación in situ utilizando como sonda las unidades
de repetición caracteristicas de centrómeros (CentC) y de los nudos paquiténicos han
revelado la existencia de variación en el tamaño de las regiones centroméricas entre los
cromosomas, asi como también en el tamaño y composición de los knobs (ANANlEVet al.
2000).
La presencia y tamaño de nudos paquiténicos han sido utilizados por McClintocket
al. (1981) para la caracterización de las razas nativas de maiz del continente americano.
Los resultados de este análisis han sido la base de diversas hipótesis acerca de la relación
entre las razas y su dispersión hacia Norte y Sudamérica (ver sección I2.1). Sin embargo,
estudios recientes han puesto en duda la utilidad de los nudos paquiténicos para la
inferencia de relaciones entre razas debido a la gran influencia de los procesos de impulso
meiótico en la dinámica poblacional de los mismos (BUCKLERet al. 1999).
Independientemente de las interpretaciones filogenéticas posteriores, el detallado estudio
de la morfología y patrones de distribución de los knobs realizado por McClintock y col.
(1981) reveló una marcada estructuración geográfica de los complejos cromosómicos.
especialmente para Sudamérica. México y las regiones Norte y Oeste de Guatemala
exhibieron la mayor diversidad en relación con los tipos, tamaños y combinaciones de
knobs. En contraposición a este patrón, los malces de las tierras altas occidentales de
América del Sur, territorio que comprende la región andina desde Colombia hasta el Norte
de Chile y Argentina, resultaron ser notablemente uniformes en su composición
cromosómica, caracterizándose por una ausencia casi total de knobs, con excepción de
dos pequeños ubicados en los brazos largos de los cromosomas 6 (región 3) y 7. La gran
15
uniformidad observada llevó a McCIintock y col. (1981) a acuñar el término Complejo
Andino en referencia a este últimoconjunto de razas.
l3.3.2. Cromosomas sugemumerarios. heterocromatinal contenido de ADN y variables
ambientales
Diversos estudios sobre contenido de ADN, distribución y frecuencia de
cromosomas B, nudos paquiténicos (knobs) y bandas C en maíz han demostrado que
existe una estrecha relación entre estas variables y componentes ambientales. En la Tabla
1 se presenta un resumen de las asociaciones observadas por diferentes autores en razas.
variedades y líneas de maíz de América y Europa.
Tabla 1. Relación entre tamaño del genoma. heterocromatina. cromosomas B, latitud y altitud.
Antecedentes en razas nativas de maíz. variedades y líneas de America y Europa.
Asociación Correlación Material Referencia
Contenido de ADN-latitud Negativa 22 Lineas de Norteamérica (RAYBURNet al. 1985)
Contenido de ADN-latitud Negativa 11 variedades de México y EEUU. (LAURIE8. BENNETT1985)
Contenido de ADN-altitud Negativa 8 poblaciones de Mexico (RAYBURN8. AUGER1990b)
Contenido de ADN-altitud Negativa 12 poblaciones de Nuevo Mexico (RAYBURN1990)
Contenido de ADN-altitud Positiva 12 poblaciones de Arizona (RAYBURN& AUGER1990a)
Knobs-altitud Negativa 15 poblaciones de Guatemala (MANGELSDORF8. CAMERON1942)
Knobs-altitud Negativa Poblaciones de Latinoamerica (LONGLEY& KATO-Y1965)
Knobs-altitud Negativa 21 poblaciones de México (BENNETT1976)
Knobs-altitud Negativa 300 poblaciones de Centroamérica (BRETTING8. GOODMAN1989)
Knobs-Iatitud Negativa 425 poblaciones de Italia (BIANCHIet al. 1963)
Knobs-latitud Negativa 21 poblaciones de Mexico (BENNE'I'I'1976)
Knobs-Bs Negativa 33 poblaciones de Norteamérica (LONGLEY1938)
Knobs-Bs Negativa 425 poblaciones italianas (BIANCHIet al. 1963)
Bandas C —Bs Ausente 12 poblaciones de Arizona (PORTER8. RAYBURN1990)
Bs —altitud Negativa 300 poblaciones de Centroamerica (BRETTING8. GOODMAN1989)
Bs - altitud Ausente 12 poblaciones de Arizona (PORTER& RAYBURN1990)
Todos los estudios coinciden en la existencia de una correlación negativa entre
contenido de ADN y latitud, knobs y altitud, así como también entre knobs y latitud. Por Io
tanto, aquellas poblaciones provenientes de regiones de menor altura o más próximas al
Ecuador presentarían mayor cantidad de knobs que las ubicadas en zonas más altas o
más próximas a los polos.
La relación entre contenido de heterocromatina y cromosomas B muestra resultados
discordantes,pudiendo observarse una asociación negativa, o bien, ausencia de
16
asociación, dependiendo del parámetro utilizado para la evaluación de la cantidad de
heterocromatina, esto es número de nudos paquiténicos Obandas C, respectivamente.
Del mismo modo, la frecuencia de cromosomas B parece estar negativamente
correlacionada con la altitud en poblaciones provenientes de América Central, mientras que
no es posible verificar esta asociación en poblaciones provenientes de Arizona.
l4. RAZAS NATIVASDE MAÍZDEL NOROESTE ARGENTINO
|4.1. Generalidades
El Norte de la República Argentina puede dividirse en dos vastas regiones en IOque
al cultivo del maiz se refiere: la región andina O Noroeste y la planicie mesopotámico­
chaqueña (Horovitz, 1935).
El Noroeste Argentino (NOA) forma parte de la esfera de expansión de las razas de
maiz procedentes del centro de diversidad ando-peruano. Los malces propios de esta zona
son malces autóctonos Oindigenas descendientes de los cultivados por los habitantes pre­
colombinos de la región. En Ia actualidad, el maíz continúa siendo uno de los alimentos
principales de los pobladores locales. Las parcelas dedicadas a la labranza son pequeñas,
pudiendo tener entre unos pocos metros cuadrados hasta algo menos de una hectárea. La
mayoria de los cultivadores realiza las labores con arado de reja tirado por mulas y efectúa
la siembra a mano en surcos. Los maíces asi producidos se utilizan casi integramente
para el consumo familiar (Cámara Hernández, 1998).
Además de su valor histórico y cultural. las variedades autóctonas de maiz poseen
numerosos caracteres que constituyen una riqueza potencial para la agricultura moderna.
A pesar de ello, pocos estudios se han ocupado de la caracterización genética de las
mismas.
A continuación se presenta una breve reseña de los antecedentes acumulados
hasta el momento en relación con la variabilidad morfológica. genética y cromosómica de
las razas nativas de maiz de la República Argentina, con especial énfasis en la región
Noroeste.
I4.2. Diversidad morfológica
La gran diversidad morfológica de los materiales autóctonos de la República
Argentina fue puesta de manifiesto en el año 1980 por Torregrosa y colaboradores en su
“Clasificación preliminar de formas raciales de maiz y su distribución geográfica en la
República Argentina" (TORREGROSAet al. 1980). Años más tarde. considerando forma.
17
tamaño, diámetro, y número de hileras en la mazorca, diámetro de marlo, forma, tamaño e
indentación de los granos, colores del pericarpio, aleurona y endospenna, asi como
también la textura de los granos, Cámara Hernández y Miante Alzogaray (1997) pudieron
identificar56 formas raciales, 34 de las cuáles son características del Noroeste.
|4.3. Diversidad genética
Los primeros estudios de variabilidad genético-morfológica registrados en razas
nativas de maiz de nuestro país fueron realizados por Horovitz (1935) sobre la base de la
variación alélica para los caracteres de coloración de la aleurona y del pericarpio del grano.
Si bien la interpretación genética de estas observaciones puede ser sujeta a
cuestionamientos debido al estado del conocimiento de la época, las principales
conclusiones de este trabajo merecen ser destacadas. En primer lugar, Horovitz (1935)
comprobó que toda la serie de alelomorfos descripta para maíz se hallaba representada en
los maices autóctonos, encontrándose además, variantes exclusivas de la región. Por otro
lado, la marcada estructuración geográfica de los alelos lo llevó a postular que los maices
del Noroeste y de Ia planicie mesopotámico-chaqueña provendrlan de dos centros de
origen diferentes coincidentes con la regiones de agricultura pre-hispánica propuestas por
Vavilov: la región incásica o ando-peruana y la región guaranltica o austro-brasileña,
respectivamente.
Casi siete decadas más tarde, Sánchez y Goodman (2000) analizaron los patrones
isoenzimáticos de 28 accessions correspondientes a 22 razas de la República Argentina y
de la República Oriental del Uruguay como parte de su estudio de las razas de maiz de
América. Los niveles de variación encontrados para las razas argentinas estuvieron entre
los más bajos descriptos, junto con los hallados para los materiales de las Islas del Caribe,
siendo la mayor parte de las estimas de variabilidad del orden del 60% de lo observado en
Méxicoy Guatemala, las zonas de diversidad más alta.
En su descripción de la variación microsatélite de las razas de maiz, Matsuoka y
col. (2002b), incluyeron también 4 accessions de Argentina pertenecientes a las razas
Capia Garrapata, Capia Amarillo, Oke y Cristal Sulino. Dado que cada accession fue
representado por tan sólo un individuo, no fue posible calcular ningún tipo de parámetro
poblacional.
Considerando lo anteriormente expuesto, resulta evidente que la caracterización
genética del germoplasma autóctono de Ia República Argentina es aún incompleta,
limitando las posibilidades de explotación de estos recursos para el mejoramiento de uno
de los cultivos de mayor importancia económica del pais.
Introducción
l4.4. Variabilidad cromosómica
I4.4.1. Cromosomas supemumerarios
Rosato (1997) y Rosato y col. (1998) investigaron el polimorfismo numérico para
cromosomas B en 21 poblaciones nativas de maiz pertenecientes a 13 razas cultivadas
entre 80 y 3.620 m de altura. Las frecuencias poblacionales de individuos portadores de
cromosomas B oscilaron entre 0 y 94%, mientras que el número de Bs por individuo varió
entre 0 y 8, siendo O, 1, 2 y 3 las dosis más frecuentes. Las frecuencias medias
encontradas en las poblaciones nativas argentinas de maiz son las más altas descriptas
hasta el momento.
Los mecanismos de la herencia de cromosomas B en razas nativas de maíz del
Noroeste Argentino fueron estudiados por Chiavarino (1997). Su análisis de la tasa de
transmisión en la raza Pisingallo (VAV 6313) confirmó la estabilidad somática de los
cromosomas supemumerarios y la no-disyunción en la segunda mitosis del polen,
verificando además la existencia de fecundación preferencial. Estos estudios demostraron
que la tasa de transmisión se encuentra bajo control genético y que los genes involucrados
no modifican el comportamiento meiótioo, sino que influyen en la receptividad de la oósfera
para los núcleos esperrnátioos con Bs. Asimismo, el diseño experimental permitió poner de
manifiesto que los genes controladores de la tasa de transmisión forman parte del
complemento regular (A). o lo que es lo mismo, no se encuentran localizados en los
cromosomas B.
I4.4.2. Contenido de ADNy heterocromatina
El contenido de ADNy la cantidad de heterocromatina fueron estudiados por Rosato
(1997) en 11 poblaciones pertenecientes a 6 razas nativas del NOA. La variación
intrapoblacional en el contenido de ADN del complemento regular fue del 36% (5,00-6,8
pg), mostrando similitud con lo encontrado para 32 poblaciones de Estados Unidos y
México (LAURIE & BENNETI' 1985; PORTER 8. RAYBURN 1990; RAYBURN 1990; RAYBURN &
AUGER 1990a; RAYBURN& AUGER 1990b).
La caracterización de la heterocromatina mediante bandeo fluorescente con 4-6­
diamidino-2-phenylindol (DAPI) y bandeo C, permitió ratificar la concordancia entre
bandas DAPI+ y bandas C+. Las poblaciones analizadas presentaron polimorfismo y
politipismo para el número de bandas en su complemento regular (rango número de
bandas por individuo: 1-14). En la mayoría de los individuos. las bandas estuvieron
localizadas en sólo uno de los brazos cromosómicos en posición terminal o subtenninal,
detectándose además heteromorfismo para el tamaño de las mismas.
En lineas generales, la constitución cromosómica descripta por Rosato (ROSATO
1997) concuerda con las observaciones de Mc.Clintock (1981) para las razas de
Sudamérica, evidenciándose una preponderancia de poblaciones con bajo número de
bandas, principal característica del denominado Complejo Andino.
I4.4.3. Cromosomas supemumer‘ariosl heterocromatina y variables ambientalesEI análisis de los patrones de distribución de cromosomas B. heterocromatina y
contenido de ADN hallados por Rosato (1997), reveló la existencia de las siguientes
asociaciones entre variables citogenéticas y ambientales: 1) el contenido de ADN del
complemento regular (A-ADN)se correlaciona negativamente con la altitud de cultivo; 2) el
número de bandas heterocromáticas se correlaciona negativamente con la altitud de
cultivo; 3) el número medio de Bs por individuo se correlaciona positivamente con la altitud
del cultivo;4) el número de bandas heterocromáticas se correlaciona negativamente con el
número medio de Bs por individuo.
El aumento de la frecuencia de cromosomas B, y paralelo decrecimiento en el
número de bandas heterocromáticas, fue interpretado por Rosato (1997) como un efecto
compensatorio para mantener un nucleotipo “óptimo”. La evaluación conjunta de estas
evidencias llevó a sugerir que la variación clinal del contenido de A-ADN, asl como del
número de bandas heterocromáticas, y su relación inversa con la frecuencia de
cromosomas B sobre el gradiente altitudinal tendría un significado adaptativo (ROSATO
1997; POGG|Oet al. 1998; ROSATOet al. 1998).
Los patrones de variación clinal pueden ser originados por la existencia de fuerzas
selectivas de diferente intensidad a lo largo de un gradiente o ser consecuencia de
procesos demográficos. En este últimocaso. los gradientes pueden formarse debido a la
interacción entre deriva y flujo génico restringido, o al contacto secundario entre dos
poblaciones aisladas y diferenciadas con respecto al carácter en cuestión. Si bien la
hipótesis adaptativa es una posibilidadcierta, la incidencia de procesos demográficos en el
origen y mantenimiento de los gradientes altitudinales descriptos por Rosato (1997) no
puede dejar de ser contemplada.
Una estrategia para distinguir entre las hipótesis adaptativas y las demográficas
consiste en analizar los niveles de diferenciación de marcadores neutros. La lógica
subyacente es que mientras los efectos de la selección serán locus especificos. los
procesos demográficos afectarán a todo el genoma en su conjunto. Por Io tanto. si la
20
Introducción
variación clinal responde a procesos demográficos, los patrones de variación
correspondientes a los marcadores neutros exhibirán un paralelismo con los del carácter
originalmente vinculado al gradiente.
I5. OBJETIVOS
La abundancia. neutralidad y alto grado de polimorfismode los loci microsatélites de
maíz (CHINet al. 1996; TARAMINO& TINGEY1996; SMITH1997) hacen de estos marcadores
una herramienta ideal para el estudio de los patrones de variabilidad y diferenciación de las
poblaciones del NOA, y en particular de aquellas que integran el gradiente altitudinal de
cromosomas B descripto por Rosato (1997). En virtud de ello, y considerando los
anteoendentes presentados en las secciones anteriores se plantearon los siguientes
objetivos para el desarrollo del presente trabajo:
l. Caracterizar los polimorfismos de Ioci microsatélites en poblaciones de razas
nativas de maíz del Noroeste Argentino.
ll. Estudiar los patrones de distribución de la variabilidad dentro y entre poblaciones.
III. Comparar los patrones de variación alélica de ejemplares arqueológicos con los
correspondientes a razas nativas actuales.
IV. Determinar la existencia de patrones de estructuración geográfica y/o temporal de
los genotipos de ejemplares arqueológicos.
V. Establecer las afinidades genéticas entre las razas del NOA y otras razas del
continente americano.
VI. Establecer la incidencia de procesos demográficos y selectivos en el mantenimiento
del gradiente altitudinal de cromosomas B previamente descn'pto para las poblaciones
incluidas en este estudio.
MATERIALES Y MÉTODOS
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3%
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O
Raza Amarillogrande
Materiales y Métodos
M1. MUESTRAS
M1.1.Ejemplares actuales
M1.1.1. Razas nativas
Las poblaciones de razas nativas de maiz incluidas en el presente estudio
constituyen un subconjunto de las pertenecientes al gradiente altitudinal descripto por
Rosato (1997) Rosato y col. (1998). Las colecciones fueron realizadas directamente en los
lugares de cultivoy posteriormente conservadas en el Laboratorio de Recursos Genéticos
Vegetales "N.I. Vavilov", Facultad de Agronomia, Universidad de Buenos Aires, y en el
Instituto Fitotécnico de Santa Catalina, Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales.
Universidad Nacional de La Plata y CIGEN (CONICET-UNLP-CIC).
La determinación de los materiales coleccionados fue llevada a cabo por el Ing.
Julián Cámara Hernández y la Ing. Ana María Miante Alzogaray.
En la Tabla 2 se indica la identificación de herban'o, procedencia. raza, altitud de
cultivo. porcentaje de individuos con Bs, y número medio de cromosomas B por individuo
en las poblaciones analizadas. En cada una de ellas se evaluaron entre siete y doce
plantas madre. estudiándose dos a tres individuos por mazorca. Todos los individuos
fueron identificados con un número de modo de poder establecer su genotipo multilocus y
la presencia o ausencia de cromosomas supemumeran‘os.
La ubicación geográfica y patrón de distribución de los cromosomas B en las
distintas localidades se presenta en la Figura 1.
M1.1.2. Lineas
Un conjunto de lineas endocn’adas (¡nbred lines) pertenecientes al banoo de
germoplasma de los EE.UU. (Colección MM. Goodman, North Carolina State University)
gentilmente cedidas por el Dr. Jim Holland, fueron utilizadas como patrón de referencia
para el establecimiento de equivalencias entre los alelos observados en las poblaciones de
razas nativas argentinas y los descriptos en la literatura.
A fin de abarcar la máxima diversidad posible. las líneas se seleccionaron
incluyendo representantes de todos los grupos obtenidos a partir del análisis de
agrupamiento realizado por Senior y col. (1998) en base a marcadores microsatélites (94
lineas, 10 ganos). Éstas son: A632. B164, B77, 837, Oh43. Tx303, CM37, CM105, C103,
l29. K55, Va102. L317. DE811. EPI , SA24, HP301 y W64a.
23
Materiales y Métodos
Tabla 2. Procedencia y caracteristicas de las poblaciones estudiadas. a nombre
de las poblaciones corresponde a su identificaciónde herbario.
Población Procedencia Raza Altitud de Frecuencia Número
cultivo de medio de
(m.s.n.m.*) individuos Bs por
con Bs' individuo‘l
Dentro del gradiente altitudinal
VAV6167 El Puesto, Dpto. Santa Altiplano 3000 55,9 1,29
Victoria, Salta, Argentina.
VAV6485 Colonia San José. Dpto. Blanco 2670 77,3 1,80
Tilcara, Jujuy, Argentina.
VAV6480 La Ciénaga de Amarillo 2420 71,2 1,60
Pumamarca. Dpto. grande
Tumbaya, Jujuy, Argentina
VAV6484 Tumbaya, Dpto. Tumbaya, Amarillo 2010 8,2 0.20
Jujuy, Argentina. chico
VAV6476 Termas de Reyes, Dpto. Amarillo 1690 19,6 0,26
Capital, Jujuy, Argentina. chico
VAV6313 Los Toldillos, Piedras Pisingallo 1600 45,6 0,69
Blancas, Dpto. Ambato,
Catamarca, Argentina.
VAV6482 La Candelaria, Dpto. Orgullo 910 10,2 0,12
Candelaria, Salta. cuarentón
Argentina.
Fuera del gradiente altitudinal
VAV6473 Susques, Dpto. Susques. Altiplano 3600 0 0
Jujuy, Argentina.
'm.s.n.m.: metros sobre el nivel del mar. ' Datos tomados de Rosato (1997).
Materiales y Métodos
Figura 1. Localización geográfica y patrón de distribución de cromosomas B en las
poblaciones analizadas. La altura de los cilindros representa la frecuencia de individuos
portadores de cromosomas B P < ). EI color de los cilindros corresponde a la altitud del
cultivoen metros sobre el niveldel mar (m.s.n.m.) según se indica en la leyenda.
M12. Ejemplares arqueológicos
Los ejemplares arqueológicos analizados en el presente trabajo de tesis provienen
de diversos sitios arqueológicos de la Provincia de Catamarca y fueron legados por la Dra.
Norma Ratto, la Dra. Carlota Sempé y el Dr. Alejandro Haber.
El marco tempo-cultural correspondiente a cada muestra fue asignado de acuerdo
con las evidencias contextuales del sitio, siguiendo el esquema de periodizaciónpropuesto
para el NOA (ORGAZ& RATTo2000). Según este esquema, los tiempos arqueológicos
agroalfareros pueden dividirse en: Período Temprano (300 a.C. hasta los 650 AD), Periodo
Medio (650 al 850 AD) y Período Tardío (850 al 1480 AD). Hacia el último cuarto del siglo
XV, se separa la Fase Inca (550-430 AP), momento en el que el Noroeste Argentino fue
25
anexado al imperio Inca, seguida por una fase Hispano-indígena, y finalmente un Período
Colonial hacia los siglos XVI y XVII.
Las identificaciones taxonómicas fueron realizadas por el Ing. J. Cámara Hernández
y la Ing. A.M. Miante Alzogaray (Laboratorio de Recursos Genéticos Vegetales “N.I.
Vavilov", Facultad de Agronomia, UBA).
En la Tabla 3 se detalla el sitio arqueológico, Período. tipo de resto. contexto de
recuperación y raza de los especimenes estudiados.
Tabla 3. fio de origen, período, tipo de material y raza de los ejemplares
arqueológicos.
Sltlo Ublcaclón geográfica Alt-ltud Periodo Materlal Raza
rn.s.n.m (contexto)
Tebenquiche Chico
TC1-TC2 Quebrada de Tebenquiche 3650 Temprano Martos BIancoyOcho
Chico. al Oeste del Salar de Medio (residencial) Rayas —Ocho
Antofalla. Dpto. Antofagasta rayas
dela Sierra,Catamar Tardío
Comme] Muestras no
adjudicables a
raza actual *
Punta Colorada
Sitio no.3 a 12 Km al Este de Las 2500 Medio Martos Capia-Pisingallo
Lomita Angosturas. frente al paraje (funerano)
_ Playa de Neblinas, sobre la
Cementeno . . .
margen Izqmerda del no
Guanchin-Chaschuil. Dpto.
Tinogasta. Catamarca
Lorohuasi
Ruta ProvÍnCÍal45. Pasaje 2000 Tardío Can'ópsides Capia - Pisingallo
Lorohuasi.Dtpto. Tinogasta. ¡ncaiw (funerario) _Chaucha-Ros¡ta
Catamarca Colorado (Blanco
Criollo)
Batungasta
Cuenca infen'ordel Río La 1500 Tardlo Martos Capia-Pisingallo
Troya, Quebrada de La ¡nm (residencial)
Troya. en la confluencia con
el valle de Abaucán, Dpto.
Tinogasta. Catamarca.
' Podrian pertenecer a la raza Rosita. con espigas muy pequeñas y con glanos reventadores muy pequeños. citada
para la Argentina por el Ing. Agr. L. R. Parodi como originaria del Valle de Humahuaca y de los Valles Calchaquies.
Esta raza no ha sido hallada en los materiales actuales. Las espigas de este sitio manifiestan también caracteres
vinculados con esta raza.
26
Materiales y Métodos
Los fechados radiocarbónicos correspondientes a los sitios Tebenquiche y Punta
Colorada, obtenidos en el presente trabajo a través de la firma Beta Analytic Radio Carbon
Dating Laboratory, confirman la antigüedad infen'da en base a las evidencias contextuales.
En el caso de Tebenquiche, los ejemplares examinados se ubican en la etapa más tardía
del asentamiento (Muestra 7: 360140 A.P.; Muestra 54: 370140 A.P.).
En la figura 2 pueden observarse las caracteristicas morfológicas y condiciones de
preservación de los manos y cariópsides provenientes de los distintos sitios.
1 5am
Tebenquiche - 350 A.P.*
Contexto residencial. Puna Men'dional.
1 50m
, Batungasta - 400 A.P.*
Contexto residencial. Valle Mesotennal
g
"5am
Punta Colorada - 1300 A.P.*
Contexto funerario. Valle Mesotermal.
'1
Q v
%‘o%..50 '83,,
1 50m
Lorohuasi - 400 A.P.*
Contexto funerario. Valle Mesotermal
FIGURA2. Características y sitio de origen de los ejemplares arqueológicos
(Pcia. de Catamarca, Argentina).*Antiguedad aproximada.A.P.:años antes del presente
Materiales y Métodos
M2. ANÁLISIS DE LA VARIABlLlDADDE LOCI MICROSATÉLITES
Los loci microsatélites o repeticiones de secuencias simples (SSR- del inglés Simple
Sequence Repeats) están compuestos por repeticiones en tándem de un motivode dos a
seis pares de bases flanqueadas por regiones conservadas no repetitivas, idealmente de
copia única.
Secuencias de estas características se encuentran ampliamente distribuidas en el
genoma de todo tipo de organismos. Desde el punto de vista funcional, los loci SSR suelen
estar ubicados en regiones no codificantes. Pese a ello, la neutralidad de estos marcadores
está, en algunos casos, sujeta a cuestionamientos, ya que se ha demostrado su
participación en regiones regulatorias (KASHI& SOLLER1999).
La tasa de mutación de los microsatélites es del orden de 10'2 —10'5,dependiendo
del Iocus y del organismo, siendo notablemente superior a Ia de las mutaciones puntuales
(10'9 -10"°). Es por ello que estas regiones exhiben un alto grado de polimorlismo
originado, principalmente, por la variación en el número de repeticiones. Diversos
mecanismos han sido propuestos para explicar este particular modo de evolución: el
“slippage” o "deslizamiento" de la enzima polimerasa durante la replicación del ADN,
recombinación desigual y conversión génica (HANCOCK1999).
La presencia de secuencias conservadas no repetitivas en tomo al motivo de
repetición hace posible la amplificación selectiva de los diferentes loci microsatélites a
través de la reacción en cadena de Ia polimerasa (PCR —Polymerase Chain Reaction). De
este modo, los individuos homocigotas para una variante alélica dada presentarán un único
tipo de producto de amplificación, mientras que en el caso de los heterocigotas se
obtendrán dos fragmentos de tamaños distintos. La determinación del número y tamaño
de los alelos en cada individuo requiere de un sistema capaz de discriminar fragmentos
cuyo largo puede llegar a diferir en tan sólo una base. Esto puede lograrse mediante
electroforesis en gel de poliacn'lamida, utilizando condiciones similares a las
empleadas para geles de secuenciación, o a través de electroforesis capilar y detección
por fluorescencia inducida por láser.
Dado su alto grado de polimorfismo,su naturaleza básicamente neutra y su carácter
codominante, los microsatélites se han convertido en una de las herramientas mas
utilizadas en estudios poblacionales, evolutivos y de mapeo genético.
29
M2.1.Métodos experimentales
M2.1.1. Ejemplares actuales
M2.1.1.1. Selección de loci
La elección de los Ioci SSR se llevó a cabo en base a la información disponible en Ia
base de datos MaizeDB (www.agron.missouri.edu), actualmente MaizeGDB
(http:llwww.maizegdb.org), tomando como referencia los resultados obtenidos por
Senior y col. (1998) en la caracterización de 94 lineas comerciales pertenecientes al banco
de germoplasma de maiz de los Estados Unidos (Colección M.M. Goodman, North
Carolina State University) y lo descripto por Matsuoka y ool. (2002a; 2002b) para 99 Ioci
SSR en razas nativas de maiz y teosintes.
Se estudiaron dos loci independientes por cada par cromosómioo. con excepción
de los pares 8 y 9, en donde sólo pudo analizarse un único locus. Los 18 loci analizados
fueron seleccionados a partir de la evaluación experimental de un total de 39 marcadores,
tomando como criterio su reproducibilidad y facilidad de interpretación (Tabla 4).
M2.1.1.2. Extracción de ADNgenómico total
El ADN genómico total de los individuos pertenecientes a las razas nativas se
extrajo a partir de plántulas de entre 5 y 7 dias de germinación siguiendo el protocolo de
Dellaporta y col. (1983) con ligeras modificaciones (Ver Apéndiae).
La germinación de los granos se llevó a cabo en caja de Petri con algodón
humedecido, bajo condiciones iniciales de oscuridad durante 48 horas a una temperatura
de aproximadamente 28°C, seguido de 1 a 5 días en condiciones de luz continua a la
misma temperatura.
En el caso de las líneas, y debido a que no fue posible obtener ADNamplificable por
PCR mediante el protocolo de Dellaporta y col. (1983), el ADN se extrajo directamente a
partir 200 a 300 mg de can'ópsides pulverizadas en aire líquido, utilizando el protocolo
estándar de CTAB para extracción de ADN vegetal (MILLIGAN1998).
M2.1.1.3. Cuantiflcación de ADN
El ADN genómico se cuantificó mediante electroforesis horizontal en geles de
agarosa al 1% (p/v) y tinción con Bromuro de Etidio (0,5 pg/ml), utilizando como referencia
concentraciones conocidas del fago Lambda digen’docon las enzimas de restricción EcoRl
y Hind III (Promega). Se sembró un volumen de muestra de 12 ul, incluyendo 2 ul de