Presentación del grupo 5523 - 2007-1.

Título del Taller: Genética Evolutiva: de las bacterias a los grandes clados de angiospermas. Nivel 2. Profesores del TallerResponsable del Taller:Dr. Luis Enrique Eguiarte Fruns. Investigador Titular C de TC. Instituto de Ecología, UNAM. fruns@servidor.unam.mx Profesores:Dra. Valeria Souza Saldivar. Investigador Titular B de TC. Instituto de Ecología, UNAM. souza@servidor.unam.mxDra. Luisa Falcón Alvarez. Investigadora Postdoctoral. Instituto de Ecología, UNAM. falcon@miranda.ecologia.unam.mxDra. Susana A. Magallón Puebla. Investigador Titular A de TC. Instituto de Biología, UNAM. s.magallon@ibiologia.unam.mx.Dr. Mark Earl Olson Zunica. Investigador Asociado C de TC. Instituto de Biología, UNAM. molson@ibiologia.unam.mx.Dra. Rebeca Aguirre Hernández. Profesor Asociado C de TC. Facultad de Medicina, UNAM. rebeca_aguirre@jmvertiz.posgrado.unam.mx. La distribución de caracteres morfológicos y moleculares dentro y entre especies, y la distribución de especies en el espacio geográfico y ecológico están determinadas por procesos evolutivos que operan en todos los niveles jerárquicos ecológicos y genealógicos, desde las poblaciones hasta los grandes clados. Con un grupo diverso y multidisciplinario de biólogos evolutivos que investigan diferentes niveles de las jerarquías biológicas, nuestro taller ofrece un panorama singularmente completo de la diversidad de los procesos evolutivos, usando como modelo las angiospermas mexicanas y las bacterias.Además de examinar un rango extremadamente amplio de niveles jerárquicos de relaciones, nuestro taller se enfoca en los procesos evolutivos en un intervalo muy amplio de la organización biológica, desde el nivel molecular hasta las interacciones interespecíficas. A nivel molecular, enfatizamos el intercambio entre la evolución molecular y la selección natural operando al nivel poblacional. A nivel poblacional, la distribución y destino de la variabilidad genética es considerada como determinante no sólo de la capacidad de una población para reaccionar a retos ambientales en el corto plazo, sino también su persistencia o extinción en el tiempo geológico. Dado que la especiación sucede al nivel poblacional, un entendimiento sólido de la dinámica de los procesos poblacionales es una parte clave de lo que pretendemos impartir en este taller.Nuestro taller enfatiza el uso del contexto filogenético para investigar procesos que ocurren en la escala genealógica. A nivel interespecífico, podemos estudiar la adaptación morfológica, por ejemplo, la relación entre la estructura de los tallos y su función en el soporte mecánico y la conducción en clados de plantas mexicanas que contienen pocas especies, pero que abarcan una extraordinaria diversidad morfológica. Por otra parte, podemos estudiar el papel de la transferencia horizontal como mecanismo de adquisición de caracteres que le confieren una ventaja adaptativa a nivel metabólico a diferentes grupos bacterianos. A escalas mayores, la distribución de especies en la superficie de la tierra está asociada con parámetros ambientales como temperaturas máximas y mínimas, disponibilidad de agua, etc. Las bacterias al igual que los eucariontes siguen las mismas reglas de distribución y abundancia, existiendo algunas que migran mucho y otras endémicas. Usando algoritmos genéticos, pretendemos identificar cuáles parámetros ambientales están asociados con cuáles caracteres morfológicos o con genes de función (por ejemplo, arborescencia en monocotiledóneas, o la distribución de fijadoras de nitrógeno en el mar) y someter a prueba estas hipótesis en varios clados de plantas y bacterias distribuidas en diversas zonas geográficas que van desde diferentes regiones hasta diferentes continentes. Finalmente, nuestro taller dará a los integrantes la oportunidad de participar en investigaciones a escalas mayores de la divergencia evolutiva entre las angiospermas y de las bacterias. Revisaremos sus esquemas filogenéticos enfatizando los caracteres morfológicos y metabólicos distintivos de los clados mayores, su diversidad a nivel mundial y su historia natural. Ofreceremos la posibilidad de investigar, haciendo uso de métodos apenas en desarrollo, la distribución y abundancia de clados de angiospermas en la flora de México y de las bacterias en el mar. Integraremos técnicas moleculares recién desarrolladas, con los últimos hallazgos de la paleontología y en genómica, para contestar preguntas clave acerca de las diversificaciones mexicanas más importantes. Por ejemplo, la radiación del género Bursera en los hábitats tropicales secos del país es sin duda una de las diversificaciones más sobresalientes del trópico seco en el mundo. ¿Cuándo ocurrió esta radiación? ¿Qué podemos infererir acerca de las tasas de evolución molecular y morfológica en Bursera? ¿Cómo se compara con otras grandes diversificaciones en el mundo? ObjetivosObjetivos Generales:i) Proporcionar a los estudiantes una visión de los enfoques evolutivos en la genética, sistemática y ecología, enfatizando sus métodos, alcances, perspectivas y aplicaciones.ii) Brindar una formación a los estudiantes dentro de un riguroso marco científico formal, enfatizando los aspectos teóricos, cuantitativos y estadísticos, pero sin olvidar la biología organísmica y la historia natural.iii) Fomentar en los estudiantes una constante disciplina de trabajo, reforzando en ellos la necesidad de una actitud propositiva y crítica.iv) Asesorar y apoyar a los estudiantes en el desarrollo exitoso de su tesis de licenciatura y el inicio de su carrera profesional. Objetivos Particulares Nivel 2: 1) Introducir la teoría fundamental sobre genética evolutiva y ecología general y evolutiva.2) Proporcionar elementos teóricos y prácticos para la colecta, procesamiento y análisis de datos.3) Introducir al estudiante al conocimiento de temas de biología organísmica de procariontes4) Introducir al estudiante al conocimiento y práctica sobre el modelaje del nicho ecológico.5) Introducir al estudiante al conocimiento y práctica de la estimación de edades de divergencia filogenética con métodos tipo “reloj molecular”. Plan de trabajo y temario El nivel 2 estará enfocado principalmente al aprendizaje de temas teóricos, metodológicos y organísmicos. El nivel 2 del taller consistirá principalmente en la impartición de temas por los profesores e invitados y en el trabajo en los diferentes proyectos, tanto en el campo como en el laboratorio. Entre los temas que serán impartidos se encuentran aspectos relacionados con la teoría de la ecología y sistemática evolutivas, bioinformática, evolución molecular, biología organísmica de angiospermas y de procariontes, así como la teoría y práctica de metodologías asociadas a los temas anteriores. La impartición de estos temas será llevada a cabo en aulas, laboratorios y en el campo, incluyendo la visita a las estaciones de investigación del Instituto de Biología (Los Tuxtlas, Veracruz y Chamela, Jalisco), así como en áreas naturales protegidas, como Metztitlán, Hidalgo y Cuatro Ciénegas, Coahuila. Temario: NIVEL 2Los temas teóricos y prácticos serán impartidos a lo largo de los dos semestres por diferentes profesores (indicados a continuación). Las sesiones se llevarán a cabo en aulas y laboratorios de los Institutos de Biología y Ecología, así como en las salas de cómputo de la Facultad de Ciencias y del Instituto de Ecología. Adicionalmente, se llevarán a cabo salidas al campo y rotaciones en los laboratorios. i) Introducción al taller: Seminarios sobre la especialidad de cada uno de los profesores (todos).ii) Introducción a temas de evolución (LE).iii) Introducción a la genética evolutiva (VS).iv) Introducción a la ecología adaptativa (LF, MO).iv) Datos moleculares en análisis filogenético (LE, VS, SM, MO)a) Genes codificantes y no codificantes.b) Datos moleculares: nucleótidos, codones, aminoácidos, genomas.c) Mutación.d) Homología en datos moleculares – ancestría y duplicación versus transferencia horizontal, alineamientos.v) Evidencia molecular de la selección natural.vi) Reconstrucción filogenética – teoría y práctica (SM, LE, MO, RA, VS).a) Métodos de distancia y mínima evolución.b) Parsimonia.c) Máxima verosimilitud.d) Inferencia filogenética Bayesiana.e) Incongruencia entre árboles como demostración de transferencia horizontal.vii) Sistemática filogenética de angiospermas y su historia natural (MO, SM).a) El esquema filogenético de las angiospemas: los grandes clados y sus relaciones.b) El grado “basal” (ANA) y las angiospermas magnolioideas, monocotiledóneas y eudicotiledoneas.viii) Nicho ecológico: definiciones y controversias (MO).ix) Ecomorfología, homología y adaptación a nivel macroevolutivo (MO).a) Homología versus tipología; sistemática versus clasificación.b) Causas próximas y finales del cambio evolutivo (mecanismos y fuerzas).c) Enfoques para el estudio de la adaptación.x) Ecología de procariontes (LF, VS). a) Diversidad genética y función. b) Concepto de especie bacteriana y su relevancia. c) Distribución, abundancia y dominancia. d) Bioinformática como herramienta para entender la función en los metagenomas.xi) Colecta, manejo y procesamiento estadístico de datos morfológicos en el campo (MO, RA).xii) ¿Cultivar o no cultivar?: marcadores moleculares y ecología microbiana (VS).xiii) DNA como herramienta para la ecología evolutiva (VS, LF).xiv) Modelaje del nicho ecológico (MO).a) Algoritmos genéticos y parámetros ambientales.b) Estimación de espacio ecológico y predicción de distribución potencial.xv) El reloj molecular: métodos de estimación de edad (SM, LE). a) La teoría neutral, y la expectativa de un cambio constante a través del tiempo. b) Estimación de edad con el reloj molecular, y sus variantes. c) Métodos que permiten heterogeneidad en las tasas de substitución. Criterios para la evaluación En el Nivel 2 la evaluación se realizara en dos partes: 50% en relación a las clases y 50% en su participación en las actividades de los laboratorios de investigación. Especialmente se tomará en cuenta su participación propositiva y crítica.Las clases se darán en el Instituto de Ecología, los martes de 10am y 2pm.La parte de clases tomara en cuneta su asistencia y participación (por ejemplo, impartir seminarios sobre lecturas) a las clases (10% de la calificación), exámenes (2 parciales, en total 10% de la calificación, una reposición de cada uno máximo), ensayos (usualmente de las lecturas del curso o sobre conferencias invitadas, 10% de la cal.) y un trabajo semestral (10% de la cal.), así como ejercicios de campo, laboratorio o teóricos utilizando los diferentes métodos que serán impartidos (10% de la cal.).Las actividades en los proyectos de investigación, en los laboratorios y/o en el campo serán el 50% de la calificación, donde ayudarán en los proyectos de investigación, tomando en cuenta su participación y creatividad. El 100% de estas actividades será directamente la calificación, de 0 a 10. Para redondear, si tienen más de X.51, se sube a la calificación superior (i.e., si tienen 6.51, se apunta en el acta 7, si tienen 6.5, se queda en 6). Bibliografía Básica Avise J.C. 2000. Phylogeography. The history and formation of species. Harvard University press. Cambridge Massachusetts. 447 págs. Revisión actualizada de diferentes aspectos de evolución a nivel poblaciones, principalmente usando mitocondria en animales..Felsenstein, J. 2004. Inferring phylogenies. First Edition. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, Massachusetts. Una visión integrativa sobre diferentes aspectos de la estimación filogenética.Gillespie, J.H. 1998. Population genetics. A consice guide. The John Hopkins University Press. Baltimore. 174. Un texto compacto y actualizado.Graur, D. y W.-H. Li. 2000. Fundamentals of molecular evolution. Second edition. Sinauer Associates, Suderland, Mass. 481 pags. La nueva edición de un texto clásico de evolución molecular. Hartl D.L. y A. G. Clark. 1997 Principles of population genetics, 3rd edition, Sinauer, Sunderland, Mass. 542 págs. La tercera edición es una versión simplificada, y ligeramente actualizada de la segunda, que es la que recomendamos por su mayor detalle. Hedrick, P.W. 2000. Genetics of populations. Second edition. Jones and Bartlett publishers.Sudbury, Massachusetts. 553 pags. Exclente texto general de genética evolutiva, con énfasis en las estimaciones empíricas y en la intrepretación de los datos.Hilborn, R. y M. Mangel. 1997. The ecological detective. Confronting models with data. Princeton University press, Princeton, New Jersey. 315págs. Una introducción al método ecológico.Hillis, D.M., D. Moritz and B.K. Mable (eds.) 1996. Molecular systematics. 2nd edition. Sinauer, Suderland Massachusetts. Buen texto con énfasis en la parte empírica de algunos de los temas que toca este taller (estimación frecuencias alélicas, métodos moleculares, reloj molecular, reconstrucción filogenética).Judd, W.S., C.S. Campbell, E.A. Kellogg, P.F. Stevens and M.J. Donoghue. 2002. Plant Systematics - A phylogenetic approach. Second Edition. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, Massachusetts. Presenta un panorama de los grupos filogenéticos vegetales, con información de caracteres morfológicos.Lewin, B. A. 1997.Genes VI. Oxford University Press E.E.U.U. El texto clásico de genética molecular. Li, W. H. 1997. Molecular evolution Sinauer, Sunderland, Massachusetts. 487 pags. Excelente texto avanzado de evolución molecular.Mayr, E. 1982. The growth of biological thought. Harvard University Press, Cambridge.Neidhardt, F. C., R. Curtiss, J. L. Ingraham, E. C. C. Lin, K. B. Low, B. Magasanik, W. Reznikoff, M. Riley, M. Schaechter y H. E. Umbarger. 1996. Escherichia coli and Salmonella typhimurium: Cellular and Molecular Biology. (2nd edition). E.E.U.U. ASM Press. La “biblia” para el estudio de E. coli.Nei, M. y S. Kumar. 2000. Molecular evolution and phylogenetics. Oxford University press, Oxford, UK. 333 págs. Texto actualizado, con énfasis en el análsis de datos. Page R.D.M. y E. C. Holmes. 1998. Molecular evolution: A phylogenetic approach. Blackwell, Oxford. 346 pags. Un buen texto de evolución molecular.Schlichting, C. D. y M. Pigliucci. 1998. Phenotypic evolution: a reaction norm perspective. Sinauer, Sunderland, Mass. Silvertown, J. M. Franco and J.L. Harper, eds. 1997. Plant life histories. Ecology, phylogeny and evolution. Cambridge University press, Cambridge, UK. 313 págs. Una excelente coleccion de artículos sobre ecología evolutiva de plantas.Soltis, D.E., P.S. Soltis and J.J. Doyle. 1998. Molecular systematics of plants II. DNA sequencing. Kluwer Academic Publishers. Boston, Massachusetts. Una compilación de artículos por autoridades en diferentes aspectos de la evolución molecular y la inferencia filogenética, enfocado a plantas.Vogel, S. 2003 Comparative Biomechanics: Life's Physical World. Princeton University Press, Princeton, N.J.