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Investigación

Genética evolutiva, filogeografía y ecología de biodiversidad Neotropical

El grupo enfoca sus esfuerzos investigativos en la aplicación de datos genéticos y genómicos junto con técnicas moleculares avanzadas para entender los mecanismos evolutivos y moleculares que controlan la formación de la extensa biodiversidad Neotropical. Hacemos particular énfasis en mariposas del género Heliconius, que después de Drosophila, son los insectos mejor estudiados a nivel genético y evolutivo. Las características biológicas y evolutivas de estas mariposas, las convierten en organismos modelo ideales para estudiar la especiación, raciación y mecanismos de evolución y desarrollo (Evo-Devo) operando en el Neotrópico, lo cual es fundamental para la conservación de nuestros ecosistemas. Adicionalmente, estamos interesados en aplicar las mismas metodologías y técnicas en el estudio de otros organismos Neotropicales. 

Integrantes
Investigación

Genómica, genética de poblaciones y filogeografía del género Heliconius

Muchos rasgos en la naturaleza sobresalen por su diversidad y función. Como biólogos evolutivos nos interesa entender como esa diversidad funcional es controlada a nivel genético y qué dinámicas evolutivas están generando su cambio. Un sistema biológico ideal para estudiar estas temáticas son las mariposas del género Heliconius ya que presentan una alta variabilidad fenotípica adaptativa, donde distintas especies participan en anillos miméticos Müllerianos, compartiendo así el costo generado por predación.

Investigación Una muestra de la diversidad morfológica en Heliconius y géneros relacionados. Especies cercanamente relacionadas divergen en patrones de coloración, mientras que aquellas lejanamente relacionadas convergen en un mismo fenotipo (Figura por Joron, et. al. 2006).

Gracias a los avances metodológicos en el campo de la genómica, hoy en día Heliconius es la primera mariposa con un genoma secuenciado y mapeado por cromosoma, lo que permite estudiar a profundidad las bases genéticas de la especiación y la adaptación. Implementando este conocimiento y en conjunto con técnicas bioinformáticas, hemos encontrado que la hibridación juega un papel importante en la transferencia de genes involucrados en la producción de fenotipos adaptativos de una especie a otra. Queremos entonces investigar si este mismo proceso promueve la diversificación de otros anillos miméticos establecidos en el género, además de comprender la dinámica genómica del proceso de especiación entre especies que aún pueden intercambiar genes.

Hibridación e introgresión adaptativa en Heliconius. (a y b) medidas de introgresión a lo largo del locus HmBD que controla coloraciones rojas en Heliconius, mostrando que entre especies cercanamente relacionadas en el género hay transferencia de material genético que controla la formación de fenotipos adaptativos (Figura por Heliconius Genome Consortium, 2012). (c) Heliconius heurippa, a la fecha constituye el mejor ejemplo en animales de una especie de origen híbrido.

Genética de poblaciones y filogeografía de artrópodos

Existe una amplia diversidad de insectos en el Neotrópico y a pesar de la extensa literatura existente, la mayoría de mecanismos de especiación y adaptación corresponden a casos evaluados en zonas templadas. Un primer paso para poder empezar a estudiar estos sistemas neotropicales es determinar si la variabilidad morfológica observada en la naturaleza se correlaciona con su variabilidad genética, delimitando así las posibles especies existentes y el grado de conectividad entre ellas. En la actualidad existen muchas metodologías de análisis para delimitar especies con fragmentos de ADN y sólo recientemente se están empezando a implementar dichos análisis con datos genómicos. En el grupo aplicamos técnicas de genética de poblaciones tradicionales (uso de amplicones y marcadores tipo AFLPs y microsatélites) y técnicas recientes de genómica poblacional (uso de marcadores tipo RADs y resecuenciación de genomas) para los estudiar los patrones filogeográficos que permitan comprender los mecanismos involucrados en la distribución, origen y diversificación de las especies de artrópodos neotropicales.

(a) Relaciones filogenéticas de cuatro poblaciones de libélulas de P. procera en el pié de monte llanero en Colombia. A pesar de que las poblaciones son idénticas en coloración alar, claramente agrupan en dos linajes diferentes (linaje A y B) sugiriendo la existencia de especies crípticas (Figura por Sánchez et. al. 2010). (b) Filogenia del grupo de mariposas Protesilaus revelando que la morfología sobreestima el número de especies (Figura por Dumar et. al., no publicado)

Evolución y Desarrollo (Evo-Devo)

La megadiversidad de la fauna tropical es reflejo de la gran variedad de mecanismos moleculares y del desarrollo que moldean los fenotipos que se observan en la naturaleza. El área de evolución y desarrollo del grupo de investigación se enfoca en revelar y entender cuáles son los mecanismos moleculares y del desarrollo que controlan el origen de la variación fenotípica de tipo adaptativo en poblaciones naturales. También investigamos cómo la selección natural y la evolución reorganiza redes genéticas durante el proceso de adaptación. Para responder estas preguntas nos enfocamos en la búsqueda de cambios a nivel de ADN y expresión genética, combinando para ello herramientas de genética y de genética del desarrollo.

Hibridación in situ del gen optix sobre alas en desarrollo de Heliconius melpomene, mostrando el papel de este gen en la regulación de la producción del fenotipo alar (Figura por Pardo-Diaz & Jiggins, 2014).
Publicaciones
  • Enciso-Romero J., Pardo-Díaz C., Martin S. H., Arias C. F., Linares M., McMillan W. O., Jiggins C. D., Salazar C. (2017) Evolution of novel mimicry rings facilitated by adaptive introgression in tropical butterflies. Molecular Ecology.00:1–13. https://doi.org/10.1111/mec.14277
  • Sanchez Herrera M., Beatty C., Nunes R., Realpe e., Salazar C., Ware J. (2017) A molecular systematic analysis of the Neotropical banner winged damselflies (Polythoridae: Odonata). Systematic Entomology. Doi:10.1111/syen.12249.
  • Mann F., Vanjari S., Rosser N., Mann S., Dasmahapatra K. K., Corbin C., Linares M., Pardo-Diaz C., Salazar C., Jiggins C., Schulz S. (2017) The Scent Chemistry of Heliconius Wing Androconia. Journal of Chemical Ecology. Doi:10.1007/s10886-017-0867-3
  • Arias C., Giraldo N., McMillan W. O., Lamas G., Jiggins C. D., Salazar C. (2017). A new subspecies in a Heliconius butterfly adaptive radiation (Lepidoptera: Nymphalidae). Zoological Journal of the Linnean Society.180:805–818
  • Merot C., Salazar C., Merrill R.M., Jiggins C.D., Joron M. (2017) What shapes the continuum of reproductive isolation? Lessons from Heliconius butterflies. Proceedings of the Royal Society London B 284: 20170335. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2017.0335
  • Van Belleghem S.M., Rastas P., Papanicolaou A., Martin S.H., Arias C.F., Supple M.A., Hanly J.J., Mallet J., Lewis J.J., Hines H.M., Ruiz M., Salazar C., Linares M., Moreira G.R.P., Jiggins C.D., Counterman B.A., McMillan W.O. and Papa R. (2017) Complex modular architecture around a simple toolkit of wing pattern genes. Nature Ecology and Evolution.1:0052
  • Hernández C., Salazar C., Brochero H., Teherán A., Buitrago L.S., Vera M., Soto H., Florez-Rivadeneira Z., Ardila S., Parra-Henao G., and Ramírez J.D. (2016) Untangling the transmission dynamics of primary and secondary vectors of Trypanosoma cruzi in Colombia: parasite infection, feeding sources and discrete typing units. Parasites and Vectors. 9:620.
  • Nadeau N.J., Pardo-Diaz C., Whibley A., Supple M.A., Saenko S.V., Wallbank R.W.R., Wu G.C., Maroja L., Ferguson L., Hanly J.J., Hines H., Salazar C., Merrill R.M., Dowling A.J., ffrench-Constant R.H., Llaurens V., Joron M., McMillan W.O. and Jiggins C.D. (2016) The gene cortex controls mimicry and crypsis in butterflies and moths. Nature. 534: 106–110.
  • Martin S.H., Möst M., Palmer W. J., Salazar C., McMillan O W., Jiggins F. M., Jiggins C. D. (2016) Natural selection and genetic diversity in the butterfly Heliconius melpomene. Genetics. 203:525-541.
  • Wallbank RWR, Baxter SW, Pardo-Diaz C, Hanly JJ, Martin SH, Mallet J, Dasmahapatra KK, Salazar C, Joron M, Nadeau N, McMillan WO, Jiggins CD (2016) Evolutionary Novelty in a Butterfly Wing Pattern through Enhancer Shuffling. PLoS Biology 14(1): e1002353. doi:10.1371/journal.pbio.1002353
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