Caracterización de las Poblaciones de Ulmus glabra Hudson en el Sistema Central : Elaboración de Propuestas para su Gestión y Conservación

Abstract

El olmo de montaña (Ulmus glabra Hudson) es una especie que se localiza fundamentalmente en el centro y norte de Europa, siendo la península ibérica el límite suroccidental de su distribución. En el Sistema Central ibérico presenta una distribución fragmentada, con 27 núcleos poblacionales de carácter relicto. En el presente trabajo se ha llevado a cabo un estudio de caracterización molecular y ambiental de esas poblaciones; de manera que, con la información obtenida se han elaborado propuestas adecuadas para su gestión y conservación, con objeto de asegurar la supervivencia de la especie en este territorio. La caracterización molecular se ha realizado a nivel del ADN nuclear y del genoma de cloroplastos, para lo cual se han estudiado 427 individuos de U. glabra en 22 poblaciones. Por un lado, se ha analizado el polimorfismo existente en 11 loci de microsatélites del genoma nuclear, con objeto de conocer la diversidad genética tanto individual como poblacional, e identificar posibles eventos demográficos o procesos de introgresión que han podido influir en la diversidad y estructura genética de las poblaciones. Se han identificado un total de 360 genotipos diferentes en los 427 individuos analizados. En las poblaciones, se ha detectado un nivel moderado de diversidad genética, además de un elevado y significativo grado de diferenciación entre ellas (24%; P=0,0001). Rozas de Puerto Real ha mostrado los valores más elevados de diversidad. Asimismo, ésta junto con la población de Mombeltrán han presentado una considerable heterocigosidad observada (>70%), coincidiendo con unos elevados valores negativos del índice de fijación. Por último, en ellas también se ha detectado un elevado número de híbridos putativos (50 de los 55 posibles híbridos encontrados), lo cual podría explicar los elevados valores de diversidad y heterocigosidad observados en dichas poblaciones. Los valores estimados del tamaño efectivo de las poblaciones han sido, en general, muy bajos (<20), lo cual aumenta la probabilidad de extinción de estas poblaciones. Asimismo, el estudio demográfico también ha evidenciado signos de cuellos de botella ancestrales en 15 poblaciones analizadas, y más recientes en cuatro de ellas (Navafría, El Tiemblo, Rozas de Puerto Real y Mombeltrán). El análisis espacial de la diversidad genética ha detectado la existencia de una autocorrelación positiva y significativa (P<0,01) en seis de las poblaciones analizadas (Riaza-Becerril, Rozas de Puerto Real, El Tiemblo, El Barraco, Casavieja y Benfeita). Este análisis ha revelado qué aspectos parecen afectar a la estructura genética espacial de las poblaciones: su entorno, la localización de sus individuos o incluso la existencia de introgresión. En el genoma de cloroplastos, se han analizado 38 fragmentos que abarcan toda la región larga de copia única o LSC (Large Single-Copy region) utilizando la técnica de PCR-RFLP, así como 18 loci de microsatélites. Se han detectado polimorfismos en siete de los fragmentos y cinco de los microsatélites, que han permitido diferenciar ocho haplotipos diferentes. El haplotipo H1 se ha encontrado en 325 individuos y en 19 de las 22 poblaciones estudiadas. Este haplotipo también parece ser el mayoritario en el suroeste de Europa. Por otro lado, el haplotipo H2, propio de poblaciones del norte de Europa, ha sido exclusivo de los individuos de Cercedilla. Finalmente, el haplotipo H7 sólo se ha observado en las poblaciones más occidentales del Sistema Central (Villamiel, San Martín de Trevejo y Benfeita). En general, la diversidad detectada en el genoma de cloroplastos ha sido escasa. La mayoría de las poblaciones fueron monomórficas, tan solo cinco de ellas (Valle de Iruelas, Casavieja, Cuevas del Valle, San Martín de Trevejo y Benfeita) presentaron variabilidad intrapoblacional. Aún así, el análisis llevado a cabo ha detectado la existencia de estructura filogeográfica significativa. Por otro lado, se ha realizado una caracterización ambiental de la especie en el Sistema Central utilizando diez variables climáticas, además de la altitud y la litología. Se han identificado las variables ecológicas más relevantes en este territorio y se han comparado con las que presenta la especie a escala de la península Ibérica. Respecto a las poblaciones peninsulares, los núcleos del Sistema Central reciben significativamente mayores precipitaciones en invierno y durante la temporada lluviosa, presentan mayor temperatura anual media, temperatura media de las máximas diarias de verano, temperatura media de las mínimas diarias de invierno y mayor oscilación térmica anual. Por contra, la precipitación recibida durante los meses de verano fue significativamente inferior. En el Sistema Central, esta especie se localiza en zonas con una precipitación anual cercana a los 1.020 mm. La mayor parte de las lluvias se concentran en la temporada lluviosa (~930 mm), especialmente en invierno (~385 mm); mientras que en verano sufren sequía estival más o menos pronunciada (~85 mm), que ha de ser compensada mediante su localización en ambientes favorecidos hídricamente. El modelo predictivo de distribución potencial de U. glabra para la península ibérica, ha detectado importantes áreas con condiciones adecuadas para la presencia de la especie. En el Sistema Central ha mostrado un área potencial de unos 5.000 km2. Los datos del área de Extensión de presencia (<20.000 km2), del área de Ocupación (<20 km2), la elevada fragmentación, el bajo porcentaje de individuos maduros estimados (32%) y el reducido número de poblaciones por encima de la Población Mínima Viable, catalogan a U. glabra en el Sistema Central como EN: B2 a, b (i, ii, iii, v). Atendiendo a este elevado grado de amenaza, se sugieren algunas medidas generales de gestión y conservación para asegurar la persistencia de esta especie, p.e. su catalogación por las administraciones competentes donde aún no está protegida legalmente (Portugal, Extremadura y Castilla y León). En este sentido, se propone la utilización de herramientas legales ya establecidas, como la creación de microrreservas en Castilla y León y Castilla La Mancha. Y en general, para todas, la elaboración de planes de gestión que contemplen medidas de actuación in situ, como llevar a cabo reintroducciones y reforzamientos, y ex situ, mediante la colecta y almacenamiento de material biológico de reproducción. ----------ABSTRACT---------- Wych elm (Ulmus glabra Hudson) is a species located mainly in the centre and north of Europe, being the Iberian Peninsula the southwestern limit of its distribution. In the Iberian Central System, it presents a fragmented distribution with 27 relict populations. In the present work, a study of molecular and environmental characterization of these populations has been carried out. Therefore, with the information obtained, adequate proposals have been developed for its management and conservation in order to ensure the survival of the species in this territory. Molecular characterization has been performed both at the level of nuclear DNA and the chloroplast genome; for that, 427 individuals from 22 populations of U. glabra have been studied. On one hand, the polymorphism of 11 microsatellite loci from nuclear genome has been analyzed in order to know both individual and population genetic diversity, as well as identifying possible demographic events or introgression processes that may have influenced in diversity and genetic structure of populations. A total of 360 different genotypes were identified in the 427 individuals analyzed. A moderate level of genetic diversity has been detected in the populations, in addition to a high and significant degree of differentiation between them (24%, P=0.0001). Rozas de Puerto Real showed the highest values of diversity. Likewise, this population together with Mombeltrán showed a considerable observed heterozygosity (>70%), coinciding with high negative values of the fixation index. Finally, a high number of putative hybrids (50 out of the 55 possible hybrids found) has also been detected in them, which could explain the high values of diversity and heterozygosity observed in these populations. In general, estimated values of effective population size have been very low (<20), which increases the probability of extinction of these populations. Likewise, the demographic study has also shown signs of ancestral bottlenecks in 15 analyzed populations, and more recent in four of them (Navafría, El Tiemblo, Rozas de Puerto Real and Mombeltrán). Spatial analysis of genetic diversity has detected a positive and significant (P <0.01) autocorrelation in six of the analyzed populations (Riaza-Becerril, Rozas de Puerto Real, El Tiemblo, El Barraco, Casavieja and Benfeita). This analysis has revealed which aspects seem to affect the spatial genetic structure of populations: their environment, the location of their individuals or even the existence of introgression. In the chloroplast genome, 38 fragments covering the entire Large Single-Copy (LSC) region using the PCR-RFLP technique as well as 18 microsatellite loci have been analyzed. Polymorphisms have been detected in seven of the fragments and five of the microsatellites, which allowed to distinguish eight different haplotypes. The H1 haplotype has been found in 325 individuals and in 19 out of the 22 populations studied. This haplotype also seems to be the majority in southwestern Europe. On the other hand, the H2 haplotype, typical of northern European populations, has been exclusive of Cercedilla individuals. Finally, the H7 haplotype has only been observed in the most western populations of the Central System (Villamiel, San Martín de Trevejo and Benfeita). In general, the diversity detected in the chloroplast genome has been low. The majority of the populations were monomorphic; only five of them (Valle de Iruelas, Casavieja, Cuevas del Valle, San Martín de Trevejo and Benfeita) presented intrapopulation variability. Even so, the analysis carried out has detected the existence of a significant phylogeographic structure. On the other hand, an environmental characterization of the species in the Central System has been carried out using ten climatic variables, besides the altitude and the lithology. The most relevant ecological variables have been identified in this territory and have been compared with those presented by the species in the Iberian Peninsula. With respect to peninsular populations, Central System populations receive significantly higher rainfall in winter and during the rainy season; they present higher mean annual temperature, average temperature of daily maximum of summer, average temperature of daily minimum of winter and greater annual thermal oscillation. Conversely, precipitation received during the summer months was significantly lower. In the Central System, this species is located in areas with an annual precipitation near 1,020 mm. Most of the rains are concentrated in the rainy season (~930 mm), especially in winter (~385 mm); while, in summer they suffer more or less pronounced estival drought (~ 85 mm), which has to be compensated by their location in environments favoured by water. The predictive model of potential distribution of U. glabra for the Iberian Peninsula detected important areas with adequate conditions for the presence of the species. In the Central System, it has shown a potential area of about 5,000 km2. The data of the Extension of presence area (<20,000 km2), the Occupation area (<20 km2), the high fragmentation, the low percentage of estimated mature individuals (32%) and the small number of populations above the Population Minimum Viable, catalogue U. glabra in the Central System as EN: B2 a, b (i, ii, iii, v). Taking into account this high degree of threat, some general management and conservation measures are suggested to ensure the persistence of this species, i.e. its cataloguing by the competent authority where it is not legally protected yet (Portugal, Extremadura and Castilla y León). In this sense, it is proposed to use already established legal tools, such as the creation of micro-reserves in Castilla y León and Castilla La Mancha. In general, for all, it is suggested the development of management plans that include measures of action in situ, such as reintroduction and reinforcement, and ex situ through the collection and storage of biological reproduction material.