Identifying pathogenicity using structural features

El árbol fenético se elaboró con base en la Distancia de Mahalanobis (Figura 8) (ANEXO E) y se diseñó teniendo en cuenta las tres variables: longitud, ancho y número de areolas, para detectar la distribución de estos caracteres. En el árbol se registran las diferencias entre O. ficus-indica (L.) Miller que mostró mayor significancia (p=0,0001, ANEXO F), con respecto a las especies O. dillenii (Ker Gawler) Haworth, O. caracasana Salm-Dyck, O. pennellii Britton & Rose y O. elatior Miller. De igual forma, la especie O. dillenii (Ker Gawler) Haworth es significativamente diferente de O. pittieri Britton & Rose y O. schumannii F.A.C. Weber ex A. Bergeri (p=0,0001).

En la Figura 8 se muestra la divergencia entre las especies, O. caracasana Salm-Dyck, O. pennellii Britton & Rose, O. jamaicensis Britton & Harris y O. elatior Miller, de la parte norte de Colombia (Región Caribe y Norte de Santander) y las especies del centro y sur de Colombia. Con base en este análisis discriminante, se percibe un patrón general que determina la distribución de las especies en el norte, centro y sur de Colombia, cuando se reúnen todas las especies.

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Figura 8. Árbol fenético (Neighbor Joining) de Opuntia (Método de Distancia de

Malahanobis) (Análisis Canónico Discriminante–ACD- PROC-CANDIS. SAS). (O. sp2= sp3=sp4=sp5=sp6= O. caracasana; O. sp1= O. dillenii).

ANÁLISIS para Opuntia caracasana Salm-Dyck

Por tener mayor variabilidad y tamaño muestral se escogió Opuntia caracasana Salm-Dyck, para reconocer patrones morfológicos, también se construyó un árbol fenético con base en la Distancia de Mahalanobis y el Análisis Canónico Discriminante-ACD (Figura 9) (ANEXO E y G), se utilizaron las variables que se tomaron para el análisis del total de especies. La Figura 9 muestra dos grupos, uno de ellos constituido por individuos de la Costa Caribe y Norte de Santander y otro más pequeño de Guajira y Cundinamarca, este último se asocia a una localidad de temperaturas altas (Girardot).

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En general, se detecta una gran variabilidad de la especie, sugiriendo posiblemente que al interior de O. caracasana Salm-Dyck existan otros grupos o subgrupos que expliquen esa diversidad y caractericen nuevas especies o variedades.

Figura 9. Árbol fenético (Neighbor Joining) de Opuntia caracasana Método de Distancia de

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ANÁLISIS EN COMPONENTES PRINCIPALES PARA Opuntia: MORFOLOGÍA vs. VARIABLES BIOCLIMÁTICAS

En la primera parte de resultados se analizaron longitud, ancho y localidad, que mostraron

valores significativos (Tablas 1 y 2), pero con el Análisis de Componentes Principales -ACP- (Figuras 10 a 18) las relaciones de las variables fueron más concluyentes cuando se

adicionaron las variables climáticas. Para esta parte, se tuvo en cuenta las variables longitud, ancho, altura y las variables climáticas: Precipitación Anual (PA), Precipitación del Trimestre más Caliente (PtrimC), Precipitación del Trimestre más Frío (PtrimF),Temperatura Máxima del mes más Caliente (TmaxC), Temperatura Media Anual (TMA), y Temperatura Mínima del mes más Frío (TminF), con los dos primeros ejes factoriales, se explica el 76.02% de la totalidad de la variabilidad de todas las especies (Tabla 3), el 72.46% de las especies de mayor frecuencia (Opuntia caracasana Salm-Dyck, O. pittieri Britton & Rose, O. pennellii Britton & Rose, O. dillenii Ker Gawler Haworth y O. elatior Miller) (Tabla 4) y el 66.97% de la variabilidad total de la especie O. caracasana Salm-Dyck (Tabla 5 ).

Tabla 3. Análisis en Componentes Principales de Opuntia. Histograma de los nueve

primeros valores propios.

+---+---+---+---+ | NÚMERO | VALEUR | POURCENT.| POURCENT.| | | PROPRE | | CUMULE | +---+---+---+---+ | 1 | 4.5230 | 50.26 | 50.26 | | 2 | 2.3188 | 25.76 | 76.02 | | 3 | 1.1858 | 13.18 | 89.20 | | 4 | 0.5244 | 5.83 | 95.02 | | 5 | 0.2395 | 2.66 | 97.68 | | 6 | 0.1454 | 1.62 | 99.30 | | 7 | 0.0408 | 0.45 | 99.75 | | 8 | 0.0213 | 0.24 | 99.99 | | 9 | 0.0009 | 0.01 | 100.00 | +---+---+---+---+

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Tabla 4. Análisis en Componentes Principales. (Cinco especies más frecuentes: O. caracasana Salm-Dyck, O. dillenii (Ker Gawler) Haworth, O. elatior Miller,

O. pennelli Britton & Rose y O. pittieri Britton & Rose). Histograma de los nueve primeros valores propios.

+---+---+---+---+ | NÚMERO | VALEUR | POURCENT.| POURCENT.| | | PROPRE | | CUMULE | +---+---+---+---+ | 1 | 4.1526 | 46.14 | 46.14 | | 2 | 2.3692 | 26.32 | 72.46 | | 3 | 1.3416 | 14.91 | 87.37 | | 4 | 0.5250 | 5.83 | 93.20 | | 5 | 0.3037 | 3.37 | 96.58 | | 6 | 0.2029 | 2.25 | 98.83 | | 7 | 0.0833 | 0.93 | 99.76 | | 8 | 0.0201 | 0.22 | 99.98 | | 9 | 0.0016 | 0.02 | 100.00 | +---+---+---+---+

Tabla 5. Análisis en Componentes Principales -ACP- para Opuntia caracasana. Histograma

de los nueve primeros valores propios.

+---+---+---+---+ | NÚMERO | VALEUR | POURCENT.| POURCENT.| | | PROPRE | | CUMULE | +---+---+---+---+ | 1 | 3.5790 | 39.77 | 39.77 | | 2 | 2.4484 | 27.20 | 66.97 | | 3 | 1.4820 | 16.47 | 83.44 | | 4 | 0.7453 | 8.28 | 91.72 | | 5 | 0.4287 | 4.76 | 96.48 | | 6 | 0.1596 | 1.77 | 98.26 | | 7 | 0.1280 | 1.42 | 99.68 | | 8 | 0.0209 | 0.23 | 99.91 | | 9 | 0.0081 | 0.09 | 100.00 | +---+---+---+---+

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En todos los casos, el largo y el ancho están relacionados entre ellos y con la altura. A mayor longitud y ancho mayor altura y asociadas a estas variables, también se encuentran la precipitación y temperaturas. Si se acepta este supuesto, los resultados muestran una tendencia, los promedios mayores longitud x ancho, se localizan en poblaciones de los Andes, y no en la Costa Caribe (ANEXO H e I). La relación inversa de largo y ancho con respecto a la Temperatura Media Anual (TMA), también se repite en este análisis para todas

las especies (Figuras 10, 11 y 12), las especies más frecuentes (Figuras 13, 14 y 15) y para O. caracasana Salm-Dyck (Figuras 16, 17 y 18). La Temperatura Media, es uno de los

factores que se relaciona: a mayor temperatura, menor longitud y ancho de los cladodios, probablemente este modelo se explica, si se considera que cada localidad tiene características climáticas únicas, las cuales determinan la expresión de estas variables.

Figura 10. Continuas Activas para Opuntia.

PtrimF: Precipitación del trimestre más frío. PA: Precipitación Anual. PtrimC. Precipitación del mes más Caliente. TmaxC: Temperatura Máxima del mes más Caliente. TMA: Temperatura Media Anual. TminC: Temperatura Mínima del mes más Caliente.

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Figura 11. Variables Nominales Ilustrativas para especies de Opuntia, relación localidades

vs. largo y ancho del cladodio.

Figura 12. Individuos Activos para especies de Opuntia, relación localidades vs. largo x

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Figura 13. Variables Continuas Activas para O. caracasana Salm-Dyck, O. dillenii (Ker

Gawler) Haworth, O. elatior Miller, O. pennelli Britton & Rose y O. pittieri Britton & Rose.

PtrimF: Precipitación del trimestre más frío. PA: Precipitación Anual. PtrimC Precipitación del mes más Caliente. TmaxC: Temperatura Máxima del mes más Caliente. TMA: Temperatura Media Anual. TminC: Temperatura Mínima del mes más Caliente.

Figura 14. Variables Nominales Ilustrativas para O. caracasana Salm-Dyck, O. dillenii (Ker

Gawler) Haworth, O. elatior Miller, O. pennelli Britton & Rose, O. pittieri Britton & Rose, relación localidad vs. largo, ancho del cladodio.

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Figura 15. Individuos Activos para O. caracasana Salm-Dyck, O. dillenii (Ker Gawler)

Haworth, O. elatior Miller, O. pennelli Britton & Rose, O. pittieri Britton & Rose, relación localidad vs. largo x ancho del cladodio.

Figura 16. Continuas Activas para O. caracasana.

PtrimF: Precipitación del trimestre más Frío. PA: Precipitación Anual. PtrimC Precipitación del trimestre más Caliente. PTrimF: Precipitación del trimestre más Frío. TmaxC: Temperatura Máxima del mes más Caliente. TMA: Temperatura Media Anual. TminC: Temperatura Mínima del mes más Caliente. TMinF: Temperatura Mínima del mes más Frío.

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Figura 17. Variables Nominales Ilustrativas para O. caracasana, relación localidad vs.

largo x ancho del cladodio.

Figura 18. Individuos Activos para O. caracasana, relación localidad vs. largo x ancho del

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ANÁLISIS EN COMPONENTES PRINCIPALES PARA O. caracasana.

Para O. caracasana, en las Figuras 16, 17 y 18, se muestra como el largo y el ancho están significativamente asociados a la Temperatura Media Anual, y escasamente asociadas a Temperatura del Trimestre más Caliente y la Precipitación Anual.

Para fortalecer la relación entre variables climáticas (ANEXO J) y morfológicas para Opuntia, se trabajó los datos de morfología y clima a través del ANÁLISIS DE CORRELACIÓN CANONICA-ACC, se identificó el valor de Wilk´s Lambda como alto, (p= <0.0001, ANEXO K) y las variables que más contribuyen a la morfología son el ancho (coeficiente más alto: 0.7241); y de las variables bioclimáticas la precipitación de los cuatro meses más húmedos (BIO16, coeficiente: 6.1108), la precipitación anual (BIO12, coeficiente: -4.6779) y la precipitación del mes más frío (BIO13, coeficiente: -2.4294); sin embargo, las correlaciones entre longitud, ancho y Temperatura Media Anual (BIO1), son las más importantes, demostrando nuevamente que a mayor temperatura son más pequeños los cladodios (ANEXO K).

PATRONES MORFOLÓGICOS Y RELACIONES GEOGRÁFICAS DE Opuntia EN COLOMBIA

En los árboles construidos con base en el análisis de la Distancia de Mahalanobis, se pueden diferenciar algunos grupos que guardan relación con su distribución geográfica (Figura 8 y 9), y en el árbol para O. caracasana Salm-Dyck, se muestra como a la especie de mayor representatividad en cuanto a número de individuos.

Los caracteres vegetativos como número de espinas no fueron consistentes dentro del análisis, ni el número de areolas por línea y las flores no se incluyeron porque la mayoría de los individuos se encontraron estériles. Los caracteres vegetativos utilizados para el análisis

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se describen en el ANEXO L; además, se registran algunos caracteres florales dentro del mismo ANEXO.

En las Figuras 19 y 20 sobre dispersión del clima de Opuntia y Opuntia caracasana (Análisis de Componentes Principales-ACP-), se agrupan las especies de acuerdo a rangos de temperatura.

Teniendo en cuenta las variables bioclimáticas (ANEXO J) y de acuerdo a su distribución con base en rangos de temperatura, se puede reconocer el agrupamiento de más de 20°C para algunas especies del Caribe (Figuras 19 y 20), y especies que se encuentran en la región andina, crecen entre l0°C y 20°C, como las poblaciones de La Laguna La Herrera (Cundinamarca).

Figura 19. Dispersión climática del genero Opuntia en Colombia, con base en rangos de

temperatura. ACP (Programa SAS). Basado en variables Bioclimáticas de DIVA.

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Figura 20. Dispersión climática de Opuntia caracasana y otras especies de Opuntia con

base en rangos de temperatura (DIVA).

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DISCUSIÓN

En angiospermas se ha demostrado el efecto de las condiciones ecológicas locales en la

estructura, diversificación y evolución de las plantas (Såstad et al. 1999; Pigliucci &

Kolodynska 2002; González-Astorga et al. 2003; Soltis & Soltis 2009); para las Cactaceae,

dentro de la subfamilia Opuntioideae, se ha discutido la importancia de la forma, tamaño de las hojas, y la incidencia de la luz en el crecimiento de plántulas y frutos, referido a las especies O. microdasys, O. puberula y O. echios var. gigantea de las Islas Galápagos (González-Astorga 2003; Sortibrán et al. 2005; Palleiro et al. 2006). Los resultados presentados para las opuntias colombianas, confirman el efecto de las variables climáticas sobre la forma y desarrollo de los cladodios.

Las diferentes estrategias desarrolladas por las opuntias, para ocupar y extenderse en diferentes hábitats y nichos ecológicos, se reflejan en la diversidad fenotípica. La variación en la longitud y ancho de los cladodios dentro de las poblaciones de las especies de Opuntia en Colombia, demostraron que estaban relacionadas significativamente con la localidad como se ha propuesto para otras especies de angiospermas (Ackerly et al. 2002; Godinez-Álvarez et al. 2003; Reyes-Aguëro et al. 2006; Soltis & Soltis 2009).

Los resultados de los análisis con base en su morfología, no determinaron patrones morfológicos entre especies ni al interior de las mismas, que permitieran establecer caracteres diagnósticos para reconocer grupos. Por lo tanto, los problemas en las delimitaciones taxonómicas y relaciones filogenéticas en Opuntia, se mantienen y no se han logrado identificar marcadores fenotípicos o genéticos que resuelvan estas inconsistencias sistemáticas (Griffith & Porter 2009).

La especie O. caracasana se distribuye más ampliamente en la Costa Caribe y en Colombia y la mayor diversidad en especies se encuentra en los Andes. La amplia distribución

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de O. caracasana, se debe probablemente a que la especie efectivamente muestra un abanico morfológico, explotando diferentes microhábitats, o existen otros grupos intraespecíficos y que deben ser evaluados fenotípica y genéticamente.

Como endémicas se mantienen tres especies para Colombia, O. bella, O. pittieri y O. pennellii, las dos primeras exclusivamente andinas y la última de la parte norte de

Colombia; las descripciones originales son muy generales e insuficientes, por ejemplo, la forma del cladodio o las espinas no son caracteres determinantes para separar especies, teniendo en cuenta que el número de espinas son caracteres probablemente plásticos y que la longitud y ancho del cladodio, que determinan la forma, están relacionados con la localidad y factores climáticos (Price et al. 2003; Garland et al. 2006).

Las otras seis especies, tienen una distribución que va desde Colombia, Venezuela, Jamaica, Islas del Caribe y Centroamérica (O. caracasana, O. elatior, O. jamaicensis, O. schumannii); O. ficus-indica y O. dillenii tienen una distribución más amplia. De acuerdo a los resultados de las especies encontradas y la literatura, Colombia comparte mayor número de especies (6) con las Islas del Caribe y con Venezuela (Figura 21).

La correlación de los caracteres largo y ancho de cladodios con condiciones bioclimáticas sugiere plasticidad fenotípica o diferenciación de ecotipos (González-Astorga et al. 2003), pero que debe ser evaluada con mayor información de campo y laboratorio.

La variación morfo-geográfica debe tenerse en cuenta para delimitar especies de las opuntias colombianas, como se identificó con los datos que relacionan longitud, y ancho, con la altura y la localidad. A escala local se reconoce que la topografía y la altura influyen en el microclima y el patrón de distribución de las plantas (Ackerly et al. 2002).

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Figura 21. Especies de Opuntia que comparte Colombia con otras regiones.

Los Análisis de Componentes Principales (-ACP-) (Figuras 10, 13 y 16), correlacionaron temperatura y pluviosidad con la altura, longitud y ancho de cladodio, tanto de las especies de Opuntia como de O. caracasana, e indicaron una correlación inversa, a mayor altitud y menor temperatura, los cladodios son más grandes; y a menor altitud y mayor temperatura, los cladodios son más pequeños. Para interpretar esta relación como un carácter plástico, es necesario reunir mayor información y realizar ensayos recíprocos de aclimatación para comprobar si corresponde a un carácter heredado o plástico. Por otro lado, se reconoció que el tamaño del cladodio implica una ventaja adaptativa: para localidades con altas temperaturas, la proporción largo: ancho es importante, un cladodio muy grande en sitios tan

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ve n ezu ela Mé xico Is las d el Carib e Ecu ad o r Am érica Ce n tra l Cos m o p o lita Pa n amá USA Colomb ia O. pittieri O. pennellii O. schumanii O. jamaicensis O. ficus-indica O. elatior O. dillenii O. caracasana O. bella

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calientes, implica pérdida de agua, mayor sobrecalentamiento y mayor esfuerzo energético de la planta, esta adaptación probablemente puede permitir su colonización en lugares con climas y temperaturas diversas. Cada adaptación trabaja en un hábitat particular.

Estas adaptaciones relacionadas con las condiciones ambientales sugiere un patrón específico para cada área geográfica, y donde las condiciones locales, fisiológicas y ambientales promueven el surgimiento de especies muy locales conminadas a hábitats muy específicos (Godinez-Álvarez et al. 2003).

La distribución geográfica de Opuntia, no es continua, sino en parches aislados bajo condiciones climáticas específicas y el efecto de barreras geográficas como el sistema montañoso de los Andes, puede promover la divergencia de otras especies, por efectos de deriva genética y fuerzas selectivas en estos micro hábitats.

Los Andes constituyen una barrera para el intercambio de genes que afecta la diversidad de los cactus (Figueredo et al. 2010), sin embargo, en las opuntias colombianas, algunas especies muestran afinidades entre los flancos de las cordilleras: el flanco oriental de la Cordillera Oriental, comparte especies con la Cordillera Central, esto sugiere que probablemente existió o existe flujo de genes y la conexión entre la Guajira y el flanco occidental de la Cordillera Oriental (Figura 8), también es probable que se presente esta dinámica de intercambio de genes.

La selección natural o artificial puede favorecer positivamente una característica, de tal forma que incrementa su valor medio dentro de una población por su probable respuesta evolutiva. Se ha propuesto que la varianza fenotípica de una característica debe ser causada en parte por efectos aditivos de alelos que se segregan en la población y además la característica, genéticamente, no debe estar relacionada con otras características que se encuentran bajo selección. Otro aspecto que se tiene en cuenta cuando se considera plasticidad fenotípica es la selección direccional, quien favorece alelos, los cuales incrementan plasticidad fenotípica en esa

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dirección, si se refiere a la plasticidad fenotípica como la habilidad de un genotipo de exponer diferentes fenotipos como respuesta a diferentes ambientes (Godinez-Álvarez et al. 2003, Garland & Kelly 2006).

Muchas opuntias son plantas cultivadas y mantenidas en jardines, como la especie O. ficus-indica, que ha sido manejada desde la época prehispánica; este proceso de selección

o domesticación ejercido por el hombre, también ha contribuido a la variación de las especies, distanciando a las poblaciones manejadas de sus ancestros silvestres, por diferencias en la morfología, la fisiología y su composición genética (Garland & Kelly 2006). Son aspectos determinantes en la evolución de las opuntias, los procesos de hibridación y poliploidia (Pinkava 2002), e influyen en la gradación morfológica que muestra Opuntia, y limitan su diferenciación, pero que también le confiere ventajas adaptativas para colonizar y establecerse en diversos ambientes (Rebman & Pinkava 2001a; Pinkava, 2002; Soltis & Soltis 2009).

Las restricciones del sitio que ocupan las especies, más la fragmentación a la que está sometido el Bosque Seco en Colombia, las convierte en especies vulnerables por la destrucción del hábitat y de las plantas nodrizas (Familias Euphorbiaceae, Leguminosae), estas plantas asociadas a los parches de cactus, constituyen agrupaciones y contribuyen al establecimiento de plántulas vía sexual de las poblaciones de Opuntia, y se reconocen por sus efectos en la reducción de las condiciones climáticas severas y protección contra depredadores (Godinez-Álvarez et al. 2003; Palleiro et al. 2006).

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