Primera presentación para Talleres de tipo nacional del Programa CAPFITOGEN

1. Bases de la aplicación de la
ECOGEOGRAFÍA
en la conservación y uso de los recursos fitogenéticos
Mauricio Parra Quijano
Coordinador Programa
CAPFITOGEN

2. Primera parte
1.
Que es la ecogeografía
2.
Que son los Sistemas de Información Geográficos SIG

3. ¿Qué es la Ecogeografía?
Estudio del escenario adaptativo de un individuo, población o especie,
mediante el análisis de los factores bióticos y abióticos que condicionan
su supervivencia.

4. Ecogeografía
Fenotipo = Genotipo + Ambiente + interacción genotipo x ambiente
Ambiente
Producto de los
genes modelados
por el ambiente,
objetivo final de
la mejora
Efecto modelador de los genes y sus productos.
Puede tener tanto peso que condiciona la
aparición o no de genotipos
Información heredada y heredable
(genes vistos en conjunto) que se
traduce en proteínas
ADAPTACIÓN

5. Escenario adaptativo
Abiótica
Plantas
Biótica
Antrópica

6. Parte antrópica
Divisiones administrativas, uso de suelo, vías de comunicación, sistemas productivos, etc.

7. Parte biótica
Vegetación, distribución enfermedades, plagas, herbívoros, organismos asociados…

8. Parte abiótica
Componente geofísico
-Pendiente
-Orientación
-Altitud
-Latitud/Longitud
-Radiación solar

9. Parte abiótica
Componente bioclimático
-Precipitación
-Temperaturas
-Índices bioclimáticos

10. Parte abiótica
Componente edáfico
-Tipo de suelo
-pH
-CIC
-% carbón orgánico
-Profundidad efectiva
-% arcilla, limo y arena
.
.

11. Aplicabilidad
De acuerdo al grado de domesticación
Influencia humana
Adaptación específica

12. Aplicabilidad
•Materiales de mejora (plant breeding)
•Variedades de especies cultivadas:
Variedades comerciales
Variedades locales (criollas)
Variedades antiguas
•Formas semicultivadas
Estados intermedios de domesticación
•Especies silvestres:
De uso directo (pastos, especies madereras, etc)
De uso indirecto a través de cruzamientos (parientes de cultivadas)
De uso potencial

13. Cómo caracterizar un sitio de colecta
El día de la recolección?
Sol, 15ºC, No lluvia, etc.
Pero…¿siempre es así?
Tiempo para recolectar muestras suelo?
Medir inclinación terreno?
Aparatos para cuantificar radiación solar?
¿Y si son cientos de sitios de recolección?

14. La respuesta está en los
SIG
y las
variables
ecogeográficas
en forma de capas para SIG

15. ¿Qué son los SIG?
Definición breve
Sistema computacional para analizar datos espacialmente referenciados
+
+
Surgen…
en los años 60 en Canadá con la necesidad de manejo de áreas forestales
Se aplican en la actualidad en…
la protección ambiental, planificación urbana y regional, manejo de
recursos, tierras y suelos, catastro, localización óptima de sitios (colegios,
empresas, hospitales, etc.), aspectos militares, entre otros

16. ¿Qué permiten los SIG?
Para el caso que nos atañe, los SIG permiten
• Mostrarnos objetos en forma de puntos, líneas o polígonos y ubicarlos sobre
la representación de la superficie terrestre (mapa)
• Crear áreas (de influencia) alrededor de dichos puntos, líneas o polígonos
• Sobreponer esos objetos a mapas que pueden contener diferente tipo de
información (mapas temáticos)
• Transformar esos mapas a nuestra conveniencia
• Extraer información para cada punto de uno o más mapas sobrepuestos
• Hacer todo esto con bastante rapidez y confiabilidad

17. Gráficamente…
Y
X
Punto
Roads
Land use
Elevation
1
C-405
Forest
1110
2
A-2
Urban
294
3
NIV
Swamp
562

18. Estaríamos caracterizando
ecogeográficamente el
sitio de recolección

19. Y las variables de donde se extrae?
En SIG se conocen como capas, y las hay de dos tipos
Vectorial
Raster
Como mapas, poseen:
1. Escala
2. Sistema de coordenadas
Y se agrupan por temáticas:
1.
2.
3.
4.
5.
Imagen ©ESRI
Bioclimáticos
Geofísicos
Edáficos
Bióticos
Antrópicos

20. Fuentes de información
A nivel nacional suele existir cartografía en forma de capa, pero en general no son de
acceso público y/o gratuito. Su resolución suele ser alta al abarcar menos espacio
(un país). Pregunte en su Instituto Geográfico Nacional de confianza.
A nivel internacional, hay una creciente oferta de información, generalmente de
acceso público y gratuito (para usos no comerciales) y su resolución es
progresivamente mayor (debido a su alcance global). Recomendables:
• Global Administrative Areas (GADM), http://www.gadm.org
•WorldClim, http://www.worldclim.org
•Harmonized world soil database (HWSD)
http://webarchive.iiasa.ac.at/Research/LUC/External-World-soil-database/HTML/
•Globcover http://due.esrin.esa.int/globcover/
•FAO geonetwork http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/main.home
•CGIAR-SRTM http://srtm.csi.cgiar.org/
•ESRI http://www.esri.com/data/free-data
•WWF ecoregions http://worldwildlife.org/biomes

21. Software SIG y herramientas asociadas
Software
•DIVA-GIS (software SIG) http://www.diva-gis.org
•ArcGIS de ESRI http://www.esri.com/software/arcgis/arcgis-for-desktop
•R http://cran.r-project.org/
•Grass http://grass.osgeo.org/
Georreferenciación
•Google, google maps, google earth, google apps…
•Gaceteros (gazetteer)
•GeoLocate http://www.museum.tulane.edu/geolocate/
•Web con vínculos varios
http://www.herpnet.org/herpnet/Gazetteer/GeorefEspanol.html

22. Segunda parte
1.
Caracterización ecogeográfica
2.
Aplicaciones de la ecogeografía en recursos fitogenéticos
3.
Casos de estudio

23. Caracterización ecogeográfica
Como cualquier otra…. sólo que
OTU
VAR1
VAR2
VAR3
1
Entero
Postrado
120.4
2
Serrado
Semierecto
115.1
3
Denticulado
Semierecto
110.0
4
Entero
Postrado
125.1
5
Biserrado
Semierecto
118.3
6
Serrado
Semierecto
90.7
Medición/determinación

24. y la ecogeográfica
OTU
X
Y
1
2
VAR1
VAR2
VAR3
1
14.5 ºC
330 mm
inceptisol
2
13.2 ºC
1350 mm alfisol
3
9,5 ºC
2200 mm andisol
-78.28 1.73
3
OTU
-65.31 0.12
-67.13 2.95

25. Análisis similar
• Estadísticas descriptivas
• Análisis de correlaciones
• Análisis de agrupamientos
• Análisis factoriales
•
•
•

26. Pero… y si caracterizamos todo?
Sólo sitios de recolección
Pero tenemos información para todo el territorio!

27. Grupos por componentes

28. Entonces tenemos Mapas ELC

29. Otros tipos de mapas similares
Mapas de ecoregiones, bioregiones, etc.
Mapas de regiones ecológicas
Mapas de ecosistemas

30. Cómo se caracterizaría germoplasma con mapas ELC ?
OTU ELC cat
1
23
2
21
3
17

31. Otros análisis importantes…
• Análisis de faltantes (vacíos) o gap analysis
REPRESENTADO
FALTANTES!

32. Otros análisis importantes…
• Modelos de distribución de especies
B. vulgaris subsp. maritima

33. Lista de aplicaciones posibles en RFG
RECOLECCIÓN
1. Colectas optimizadas de RFG
2. Detección de sesgos en recolecciones previas
CONSERVACIÓN IN SITU
3. Determinación y evaluación de áreas protegidas para conservación in situ
4. Determinación de zonas aptas para constituir reservas genéticas
5. Determinación de sitios apropiados para conservación “on farm”.
CONSERVACIÓN EX SITU, CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Determinación de sitios apropiados para regeneraciones/multiplicaciones de RFG
Caracterización ecogeográfica de los sitios de colecta
Mapas de diversidad genotípica, fenotípica y/o ecogeográfica
Estudios de representatividad ecogeográfrica de las colecciones
Establecimiento de colecciones nucleares (core collections) ecogeográficas
Descripción ambiental de los sitios de caracterización/evaluación de germoplasma
Enriquecimiento de los análisis fenotípicos y genotípicos de germoplasma
DOCUMENTACIÓN Y UTILIZACIÓN
13. Mejora de la documentación, esencialmente la georreferenciación del germoplasma
14. Favorecimiento del uso del germoplasma a través de sistemas de información ecogeográfico,
que proveen al mejorador de información útil para la selección de parentales
15. Utilización optimizada. Focused Identification Germplasm Strategy (FIGS)

34. Casos de estudio
Lupinus en España
• Evaluación de la cobertura de la red de áreas protegidas
Real
Potencial
95 LICs
4%
520 poblaciones dentro de LICs (28%)
914 LICs
39%

35. Casos de estudio
Lupinus en España
• Evaluación de la representatividad ex situ (análisis de faltantes)

36. Casos de estudio
Lupinus en España
• Colecciones nucleares/núcleo ecogeográficas

37. Casos de estudio
Lupinus en España
• Recolección optimizada de germoplasma (faltantes espaciales)
No hay faltante
Faltante de
media prioridad
Faltante de
alta prioridad

38. Casos de estudio
Lupinus en España
• Recolección optimizada de germoplasma (faltantes ecogeográficos)

39. Casos de estudio
Lupinus en España
• Recolección optimizada de germoplasma (riqueza potencial de especies)

40. Casos de estudio
Lupinus en España
• Recolección optimizada de germoplasma (campo)

41. Casos de estudio
Inventario Nacional Español de Recursos Fitogenéticos, proyecto SIERFE
• Sistemas Nacionales de Información Ecoeográfica sobre Germoplasma
Próximamente en
http://www.sierfe.es

42. Casos de estudio
Inventario Nacional Español de Recursos Fitogenéticos, proyecto SIERFE
• Sistemas Nacionales de Información Ecoeográfica sobre Germoplasma

43. Casos de estudio
Europa – Proyecto AEGRO
• Áreas apropiados para el establecimiento de reservas genéticas de
parientes silvestres (Avena, Beta, Brassica, Prunus)
http://www.agrobiodiversidad.org/aegro/

44. Casos de estudio
Maíz en Ecuador
• Uso de mapa ELC para mejorar representatividad de la Colección Nacional
INIAP
Ecuador

45. Casos de estudio
Maíz en Ecuador
• Determinación de las zonas más apropiadas para programas de conservación
in situ de razas de maíz en la Sierra de Ecuador
Colombia
Océano Pacífico
Ecuador
Perú
636 recolecciones, 29 razas encontradas, 292 encuestas
INIAP
Ecuador

46. Casos de estudio
Maíz en Ecuador

47. Casos de estudio
Maíz en Ecuador
Raza Canguil
Erosión Genética!!

48. Casos de estudio
Maíz en Ecuador
Número de especies
asociadas al maíz
Número de usos dados al
maíz
Grupo étnico predominante

49. Casos de estudio
Maíz en Ecuador
Zonas de alta riqueza
en número de razas
Zonas donde se han
detectado mayor no. de
mezclas
Zonas donde se han
detectado mayor
introducción de
variedades locales

50. Casos de estudio
Maíz en Ecuador
¿DONDE?

51. Otros estudios en curso…
• Recolección optimizada de Aegilops en España con principios FIGS (CRF-INIA)
• Selección focalizada de germoplasma de Phaseolus vulgaris con potencial
resistencia a Xanthomonas en España (CRF-INIA)
• Determinación de áreas de especial protección por contener poblaciones del
genepool de Trifolium repens y T. pratense con potenciales rasgos de interes –
Global (USDA)
•Mapas de diversidad genotípica, fenotípica y ecogeográfica de Medicago
truncatula (USDA)
• Análisis de la diversidad genética y ecogeográfica de tomates silvestres en
provincia de Manabí (Ecuador)
•Mapas de diversidad ecogeográfica, genotípica y morfológica en maní en
Ecuador
• FIGS en genepools de Avena, Beta, Brassica y Medicago en Europa (PGRsecure)

52. FIN