Estudio de la biología y ecología de Astragalus nitidiflorus

[SPA] Astragalus nitidiflorus es una leguminosa herbácea perenne de ciclo vital más bien corto. Por lo general, los individuos adultos no superan los 30 cm de altura, con tallos que se extienden desde el cáudice siguiendo un patrón circular que puede alcanzar hasta 150 cm de diámetro. El periodo de emergencia comienza en otoño y las plántulas se desarrollan hasta el verano. En verano las hojas y tallos mueren y sólo unas pocas yemas permanecen en la base del tallo a nivel del suelo. Tras las lluvias otoñales, las yemas latentes brotan y empieza un segundo periodo de crecimiento. La floración comienza en marzo y se alarga hasta finales de mayo, con frutos que necesitan aproximadamente dos meses para madurar. El ciclo vital continúa de este modo, con sucesivos periodos de crecimiento, hasta que la planta muere (máximo cuatro años). Esta especie es un endemismo de la Región de Murcia (sureste de España), donde forma la única metapoblación conocida a nivel mundial, estando catalogada como Critically Endangered por la International Union for Conservation of Nature (IUCN) y como en Peligro de Extinción en el Catálogo Nacional de Especies Amenazadas. Debido a este hecho y al escaso conocimiento previo sobre la especie, el objetivo principal de esta tesis es el estudio de las características biológicas y ecológicas de A. nitidiflorus a fin de establecer las medidas apropiadas para su conservación. Por lo tanto, este trabajo incluye el estudio de: (1) localización, hábitat, características demográficas y biología reproductiva de la especie; (2) el nivel de diversidad genética, incluyendo la variación genética dentro y entre las poblaciones naturales de la especie, usando marcadores ISSR; (3) la capacidad de la especie para formar un banco edáfico persistente y el papel que éste puede desempeñar en el mantenimiento de la población en un entorno medioambiental árido e impredecible; (4) latencia física y características germinativas de las semillas de A.nitidiflorus y la influencia de algunos factores maternos y medioambientales sobre las mismas; e (5) idoneidad del empleo de la técnica HRM con marcadores cpSSR a la hora de comparar la estructura genética de los distintos estadíos vitales de la especie a lo largo de los años y la contribución potencial del banco edáfico para el mantenimiento de la diversidad genética en la población. Según los resultados obtenidos en los estudios realizados podemos afirmar que la etapa de plántula es la más crítica del ciclo vital de A. nitidiflorus. Aunque la viabilidad de la especie no se ve limitada ni por la floración ni por la fructificación, la conservación del hábitat en las primeras etapas sucesionales sí que parece ser un punto clave para la supervivencia de la especie a largo plazo. Las plantas adultas presentan un largo periodo de floración con un alto grado de sincronía. Los datos también demuestran que A. nitidiflorus es una especie xenómaga facultativa, pero que la presencia de polinizadores puede favorecer el cuajado de los frutos. Los marcadores ISSR indican una baja diversidad genética tanto a nivel poblacional como de especie. La elevada conectividad genética detectada entre las poblaciones de A. nitidiflorus es una prueba de la reciente fragmentación del hábitat. Además, se ha detectado la existencia de un cuello de botella en el pasado, con la consecuente reducción del tamaño poblacional y la pérdida de variación genética. Referente al banco edáfico, esta especie es capaz de formar un banco edáfico persistente a corto plazo que está fuertemente influenciado por factores medioambientales y las fluctuaciones poblacionales. Los resultados muestran que la mayoría de las semillas se encuentran presentes en la superficie del suelo, dentro del fruto y distribuidas alrededor de la planta madre. En general la longevidad de las semillas es baja, pero mayor para las semillas protegidas por el fruto que para aquellas sueltas tras dos años enterradas en el suelo. Las pruebas de germinación muestran una gran variabilidad a lo largo de los años en la latencia física de las semillas de A. nitidiflorus debido a que factores maternos medioambientales como la sequía o la edad de la planta madre influyen en la proporción de semillas que adquieren dicha latencia. Esto a su vez determina la proporción de semillas que pasan a formar parte del banco edáfico cada año así como la edad de la población natural. Por último, el empleo de la técnica HRM con cpSSR resultó ser adecuada para estudiar la diversidad genética del banco edáfico de A. nitidiflorus. Los resultados obtenidos muestran que la diversidad genética es mayor en el banco edáfico que en los adultos superficiales, aunque los genotipos almacenados no se mantienen constantes en el suelo más de dos años debido a la baja longevidad de las semillas. Una de las mayores diversidades genéticas se encuentra contenida en las plántulas pero, sin embargo, gran parte de esta diversidad genética no se transmite a los adultos debido a la alta mortalidad que se da en las primeras etapas de desarrollo, de ahí que este punto también sea determinante definiendo las características genéticas de las futuras poblaciones. En conclusión, este trabajo se adentra en la biología de esta especie amenazada y esperamos que se convierta en una útil herramienta a la hora de establecer las medidas apropiadas destinadas a la conversación de la especie cuando la Administración Regional establezca el Plan de Recuperación. [ENG] Astragalus nitidiflorus (Leguminosae) is a rather short-lived, perennial herbaceous legume. Mature plants are generally < 30 cm high, with stems spreading from a caudex in a circular pattern up to 150 cm diameter. Its emergence period begins in autumn with seedlings developing until the summer. In summer, leaves and stems die and only a few buds remain at the base of the stem at ground level. After the autumn rains, the dormant buds sprout and begin a second stage of growth. Flowering begins in March up to the end of May, with fruits taking about two months to ripen. The life cycle continues in this way with successive periods of growth until the plant dies (maximum four years). This species is endemic to the province of Murcia (southern Spain), where it forms the only known metapopulation worldwide and it is classified as Critically Endangered according to the International Union for Conservation of Nature (IUCN) categories, and as En Peligro de Extinción in the Catálogo Nacional de Especies Amenazadas. Due to this fact and the little prior knowledge about the species, the aim of this thesis is to study biological and ecological traits of A. nitidiflorus in order to establish appropriate measures for its conservation. Thus, this work includes the study of: (1) location, habitat, demographic features and reproductive biology of the species; (2) the level of genetic diversity, including the genetic variation within and between natural populations of the species, using ISSR markers; (3) the ability of the species to form a persistent soil seed bank and the role that it can play in the maintenance of the population in an arid and unpredictable environment; (4) physical dormancy and germination characteristics of the seeds of A.nitidiflorus and the influence of some maternal and environmental conditions on them; and (5) suitability of the HRM technique using cpSSR markers to compare the genetic structure of different life stages of the species over the years the potential contribution of the soil seed bank for maintaining genetic diversity of the population. According to the results obtained from the studies conducted we can affirm that the seedling stage is the most critical in the life cycle of A. nitidiflorus. Although the viability of the species is not limited by the flowering and fruiting process, the maintenance of the habitat in the early sucessional stages seems to be the critical point for long-term survival of the species. The adult plants show a long flowering season with a high degree of synchrony. The data also demonstrates that A. nitidiflorus is a facultative xenogamous species, but the presence of pollinators can enhance fruit set. Inter-simple sequence repeats (ISSR) markers indicate a low genetic diversity both at the population and species level. The high genetic connectivity found among populations of A. nitidiflorus is an evidence of a recent habitat fragmentation. In addition, a bottleneck event in the past has been revealed, with a subsequent reduction of population size and a loss of genetic variation. Regarding soil seed bank, this species is able to form a short-term persistent soil seed bank that is strongly influenced by environmental factors and population fluctuations. Results show that most seeds are present on the soil surface, inside the fruit and close to the mother plant. In general seed longevity is low, but is higher for seeds protected by fruit than for single seeds after two years buried in the soil. The germination tests show a high variability over the years in the physical dormancy of A. nitidiflorus seeds because maternal environmental factors such as drought or mother plant age influence the proportion of seeds that enter dormancy. This in turn determines the proportion of seed that becomes part of the seed bank each year and also the age structure of the natural population. Finally, the use of the HRM technique with simple sequence repeats in chloroplast genomes (cpSSRs) proved to be suitable for studying the genetic diversity of the soil seed bank of A.nitidiflorus. Obtained results show that genetic diversity is higher in the soil seed bank than for above ground adults, although stored genotypes do not remain constant in the soil more than two years because of the low seed longevity. One of the highest genetic diversities is contained in the seedlings but nevertheless much of this genetic richness is not transmitted to adults due to the high mortality that occurs at early stages, hence this point also results to be determinant defining genetic characteristics of future populations. In conclusion, this work goes into the biology of this threatened species and we hope that it will become a very useful tool for establishing appropriate measures for the species conservation when the Regional Administration carry out its recovery plan.

Author

• Segura Carreras, Francisco José

• Astragalus nitidiflorus
• Garbancillo de Tallante
• Plantas amenazadas de extinción
• Conservacion de las especies silvestres
• Región de Murcia
• Conservation biology
• Endemic species

Identifier

hdl:10317/11900

OAI identifier oai:identifier

oai:repositorio.upct.es:10317/11900