Categoría: Investigación Científica y Tecnológica

Artículo Original

Reconstrucción de la filogenia de las especies de líquenes colombianas del género sticta: efecto de la actualización de los programas de análisis molecular evolutivo

Alejandro Noguera Gómez 1, Alejandro Yepes Bolívar 2, Mario A. Gómez Ortegón2, Tomás Uribe Carrasco 2 y Mauricio Pulido Jiménez 3

1. Joven Investigador CEBM.  2. Estudiante 11º grado, Gimnasio Campestre. 3. Director CEBM, Gimnasio Campestre

Correspondencia para el autor: mpulido@campestre.edu.co

Recibido: 21 de marzo de 2023 

Aceptado: 5 de mayo de 2023

RESUMEN

ABSTRACT

Utilizando un listado de secuencias ITS y programas para análisis de evolución molecular actualizados se reconstruyó el árbol filogenético de las especies colombianas de líquenes pertenecientes al género Sticta propuesto en trabajos anteriores. El número y la disposición de los agrupamientos (clados) que muestra el nuevo árbol mostraron variaciones respecto del elaborado en investigaciones previas. Las accesiones que conformaron los nuevos clados quedaron claramente separadas de aquellos a los que pertenecían inicialmente, hecho cuyo grado de fiabilidad está respaldado por los valores de soporte estadístico que mostraron los análisis.

Palabras clave: liquen, género Sticta, secuencia ITS, árbol filogenético, clado.

Using an index of ITS sequences and updated programs for molecular evolution analysis, the phylogenetic tree of Colombian lichen species belonging to the genus Sticta proposed in previous works was reconstructed. The number and arrangement of the groupings (clades) shown in the new tree showed variations with respect to the one elaborated in previous research. The accessions that formed the new clades were clearly separated from those to which they initially belonged, a fact whose degree of reliability is supported by the statistical support values shown by the analyses.

Key words: lichen, genus Sticta, ITS sequence, phylogenetic tree, clade.

Desde el punto de vista botánico, los líquenes son el resultado de una asociación simbiótica entre dos o más comunidades fotoautótrofas de algas y cianobacterias, llamadas fotobiontes, y un hongo, llamado micobionte

INTRODUCCÍON

En la corteza de los árboles, cubriendo superficies rocosas o incluso en estructuras artificiales, habitan organismos únicos para la ciencia y útiles para diversos propósitos pero que suelen pasar inadvertidos para la mayoría de los humanos: los líquenes. Desde el punto de vista botánico, los líquenes son el resultado de una asociación simbiótica entre dos o más comunidades fotoautótrofas de algas y cianobacterias, llamadas fotobiontes, y un hongo, llamado micobionte (Hawksworth, 1989). Este tipo de organización simbiótica presupone que el micobionte es responsable de la reproducción del organismo mediante esporas, mientras que los fotobiontes son responsables de la captación de energía y la producción de alimento mediante fotosíntesis. La función fotosintética puede ser realizada por dos tipos de organismos: las clorofitas (algas verdes) o las cianobacterias, organismos procarióticos capaces de realizar fotosíntesis oxigénica (Spribille, et al., 2022). Las clorofitas son un grupo de organismos eucarióticos que contienen clorofila como principal pigmento fotosintético, es decir, que utilizan la luz solar para producir energía química. Por otro lado, las cianobacterias contienen pigmentos llamados ficobilinas que les permite absorber radiación lumínica de diferentes longitudes de onda. De este modo, pueden realizar la fotosíntesis en entornos con poca luz y en aguas profundas (Mirande y Tracanna, 2007). A su vez, organismos pertenecientes a tres divisiones del reino Fungi suelen participar en la asociación: ascomicetos, basidiomicetos o ficomicetos (Alexopoulos y Mims, 1985). En función de todo lo anterior, la taxonomía de los líquenes resulta compleja dado que no son protistas pero tampoco pertenecen al reino de los hongos.

Los líquenes son considerados bio-indicadores puesto que responden a diferentes grados de alteración de los elementos que hacen parte del entorno en el que habitan, como el aire, los suelos y el agua, entre otras, a través de cambios morfológicos o funcionales que pueden ser identificados, como cambios de coloración o producción de esporas para la reproducción (García y Rubiano, 1984). Un análisis de la presencia o ausencia de ciertas especies liquénicas en un entorno particular puede ofrecer información sobre las condiciones del ecosistema en el que se encuentran. Por ejemplo, la ausencia de una especie liquénica puede ser indicio de alteraciones o problemas en el ecosistema; esto se debe a que algunos líquenes no logran adaptarse a condiciones desfavorables, como la presencia de aguas contaminadas con aceites y demás compuestos orgánicos o químicos. Su comportamiento ante tales condiciones difiere del natural en aspectos tanto fisiológicos como poblacionales, lo cual provoca la prevalencia de ciertas especies y subespecies con mayor adaptabilidad a condiciones adversas (Acevedo y Charry, 2018). La presencia de líquenes, analizada desde la perspectiva de su diversidad (tanto morfológica como genética), permite conocer las condiciones de un ecosistema.

MATERIALES Y MÉTODOS

  • Listado de secuencias ITS de especies del género Sticta
  • Preparación de las secuencias para el análisis de filogenia
  • Alineamiento de las secuencias nucleotídicas
  • Construcción del árbol de filogenia
  • Comparación con estudios previos

Las secuencias ITS correspondientes a las especies analizadas se obtuvieron de la base de datos Nucleotide de NCBI. Para este estudio se consideraron las secuencias pertenecientes a los especímenes colombianos reportados por Moncada et al., (2013) y como grupo externo se utilizaron secuencias pertenecientes a especímenes de los Estados Unidos.

Todo trabajo de filogenia requiere que las secuencias que se pretende estudiar se introduzcan al programa de análisis de datos organizadas de manera particular. Las 288 secuencias ITS seleccionadas fueron descargadas de Nucleotide y organizadas en un archivo matriz con formato fasta (Becedas, 2021). Considerando que las secuencias seleccionadas tenían longitudes variables, fue necesario hacer un proceso de edición manual con el fin de igualarlas.

Con el fin de alinear las secuencias seleccionadas para el estudio se empleó el algoritmo MUSCLE, que está disponible dentro del programa Mega X.

El archivo con las secuencias alineadas fue procesado en el programa Mega X mediante el uso de los algoritmos de Máxima Verosimilitud y UPGMA, los cuales se configuraron para realizar 1000 y 500 iteraciones, respectivamente. El procesamiento de datos produjo árboles de filogenia que muestran los valores de soporte de cada muestra.

El árbol consenso, que se entiende como el diagrama final producido por el programa y que fue generado con el algoritmo UPGMA fue seleccionado para los análisis subsiguientes, dado que este presentó valores de soporte más altos que el de máxima verosimilitud, indicando una fidelidad estadística mayor. Este se contrastó con el presentado por Moncada et al., (2013) para identificar los clados coincidentes en ambos diagramas y las diferencias entre ellos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para el análisis que se presenta a continuación debe tenerse en cuenta que el árbol filogenético 1 (Aquí va el hipervínculo que lleva a la imagen interactiva del diagrama en formato PDF) corresponde al diagrama que se obtuvo del procesamiento de los datos con el algoritmo UPGMA (500 iteraciones), mientras que el árbol filogenético 2 (Aquí va el hipervínculo que lleva a la imagen interactiva del diagrama en formato PDF) corresponde al diagrama que se obtuvo del procesamiento de los datos con el algoritmo de Máxima Verosimilitud (1000 iteraciones). Este análisis se hizo en sentido ascendente, es decir, de abajo hacia arriba, debido a que las accesiones foráneas de control, en ambos diagramas, se encuentran en la parte inferior del árbol filogenético.

Al observar el árbol consenso de los algoritmos UPGMA (Aquí va el hipervínculo que lleva a la imagen interactiva del diagrama en formato PDF) y de Máxima Verosimilitud (MV) (Aquí va el hipervínculo que lleva a la imagen interactiva del diagrama en formato PDF), se identificó una clara división entre las accesiones colombianas del género Sticta y las foráneas pertenecientes al género Usnea. Estas se utilizaron como grupos externos para verificar el buen funcionamiento del programa Mega X. Por tratarse de un género diferente y provenir de localizaciones geográficas distintas, estas especies están claramente diferenciadas de las especies locales desde el punto de vista morfológico y genético (Suárez y Lücking, 2013), hecho que implica que el análisis las agrupa en un mismo clado.

Arriba del clado de control hay diez accesiones que aún no han sido determinadas y que están identificadas con el código sp.RL-2013K y sp.RL-2013T. Dada la falta de información, no está claro si se trata de accesiones de la misma especie colectadas en diferentes localidades geográficas o si son accesiones pertenecientes a especies diferentes que comparten una serie de similitudes genéticas (figura 2). 

CONCLUSIONES

Este trabajo presenta la reconstrucción de la filogenia de los líquenes colombianos pertenecientes al género Sticta tomando como punto de partida el estudio realizado por Moncada et al., (2013). Los resultados de este estudio se pueden explicar en función de las diferencias en el procesamiento de datos, lo que significa que las variaciones identificadas explican los cambios en la constitución y distribución de los clados representados en los árboles filogenéticos que se muestran. Otra diferencia entre el árbol de este trabajo y el realizado en el estudio de Moncada et al. (2013) radica en el uso de un programa computacional de análisis filogenético optimizado y perfeccionado en el tiempo que separa los dos estudios; esto es evidente en los registros de actualización de MegaX (Mega Software, 2022). En estos se enumeran múltiples cambios realizados por la empresa de software para optimizar el funcionamiento del programa, tales como una reconstrucción del algoritmo en febrero de 2018 para correr múltiples iteraciones de forma paralela en la versión 10.0.0 del programa. Múltiples diferencias entre los algoritmos de análisis se pueden hallar en el registro de cambios.1

Como era de esperarse, se observó una separación de las muestras extranjeras (códigos de accesión AY para Estados Unidos) utilizadas como grupo externo, lo que demuestra un buen funcionamiento de los programas computacionales para la construcción de filogenia basándose en información genética. Las especies de origen estadounidense son taxonómicamente más cercanas a U. cavernosa que a las especies del género Sticta de origen colombiano.

Adicionalmente, en el árbol 12 se puede observar la presencia de agrupamientos de manera distinta a lo expuesto en el estudio de referencia antes citado. Se encontraron accesiones que en el árbol de referencia hacen parte de un clado determinado, empero en el árbol consenso del trabajo conforman clados nuevos que tienen ubicaciones diferentes a las que son visibles en el diagrama de Moncada et al., (2013).

Aunque la reconstrucción filogenética que se reporta es sólida desde el punto de vista estadístico, la información lograda no permite construir relaciones entre especies y sus entornos debido a la falta de datos de localización geográfica de las muestras y los vacíos de información complementaria básica de los mismos. Sin embargo, los resultados obtenidos pueden llegar a convertirse en un punto de partida para la construcción de bases de datos que contengan información taxonómica de los líquenes colombianos y que incluya accesiones nuevas que estén acompañadas por registros de datos mucho más completos que puedan ser potencialmente usados para determinar áreas geográficas de distribución estimada. Dejando de lado la carencia de información de georreferenciación, es pertinente afirmar que la reconstrucción del árbol filogenético de las especies Sticta en el presente articulo permitió hallar relaciones taxonómicas nuevas en las accesiones tomadas del articulo de referencia. Esto abre la vía para mayor profundización en investigaciones futuras que incluyan datos de las muestras en su análisis.


1. Link del registro completo de actualizaciones: https://www.megasoftware.net/history

2. Link con los árboles completes https://drive.google.com/drive/folders/1zZp4tg3N7P0SWV18Up0okGOQkkEqW33H?usp=share_link

AGRADECIMIENTOS

Le extendemos un sincero agradecimiento a la profesora Marcela González Ortega y a los estudiantes Santiago González Martínez y Felipe Castellanos Suárez.

REFERENCES

Acevedo Azuero, S., & Charry Castillo, Y. T. (2018). Líquenes como bioindicadores de calidad del aire. Universidad Complutense 

Alexopoulos, C., & Mims, C. (1985). Introducción a la Micología. Edit. Omega SA Barcelona, España. 

Becedas Mesa, Á. (2021). Análisis computacional de periodicidades en cadenas de ADN nucleosomales. 

Cubas, P., Núñez, J., Crespo, A., & Divakar, P. K. (2010). Líquenes: que son y su uso como bioindicadores. GEMM/Proyecto de Innovación, 123, 1-9. 

García, L., & Rubiano, L. (1984). Comunidades de líquenes como indicadores de niveles de calidad del aire en Colombia. Cont. Amb, 8, 73-90.

Hawksworth, D. L. (1989). Interacciones hongo-alga en simbiosis liquénicas y liquenoides. In Anales del Jardín Botánico de Madrid (Vol. 46, No. 1, pp. 235-247). Real Jardín Botánico. 

Lemey P, Salemi M, Vandamme, A-M. (2009). The Phylogenetic Handbook: A Practical Approach to Phylogenetic Analysis and Hyphotesis Testing. Cambridge University Press. 

Mirande, V., & Tracanna, B. C. (2007). Diversidad de cianobacterias, clorofitas y euglenofitas en humedales de altura (Jujuy, Argentina). Lilloa, 39-59.  

Moncada, B., Lücking, R., & Suárez, A. (2013). Molecular phylogeny of the genus Sticta (lichenized Ascomycota: Lobariaceae) in Colombia. Fungal Diversity, 64, 205-231. 

Moncada, B., Lücking, R., Parnmen, S., & Lumbsch, H. T. (2012). Sticta fuliginosa (Lobariaceae): species or morphotype. In Lichens: From Genome to Ecosystems in a Changing World (The 7th IAL Symposium, Bangkok, Thailand, 9–13 January 2012). Abstract (Vol. 159). DOI 10.1007/s13225-013-0230-0 

Suárez, A., & Lücking, R. (2013). Sticta viviana (lichenized Ascomycota: Peltigerales: Lobariaceae), a new species from Colombian paramos. The Lichenologist, 45(2), 153-157.  

Spribille, T., Resl, P., Stanton, D. E., & Tagirdzhanova, G. (2022). Evolutionary biology of lichen symbioses. New Phytologist, 234(5), 1566-1582. 

Kumar, S., Stecher, G., Peterson, D., & Tamura, K. (2012). MEGA-CC: computing core of molecular evolutionary genetics analysis program for automated and iterative data analysis. Bioinformatics (Oxford, England), 28(20), 2685–2686.

Koichiro Tamura, Glen Stecher, and Sudhir Kumar (2022) Megasoftware: Molecular Evolutionary Genetics Analysis. Update History 38:3022-3027 https://www.megasoftware.net/history