Biología (plan 1997) 2017-2

Optativas, Evolución II

GENÉTICA DE LA CONSERVACIÓN

Enrique Scheinvar, Ricardo Colin,

Gabriela Castellanos Morales, Luis E. Eguiarte, Valeria Souza,

Unidad 1. Introducción (6 horas).

1.1 Crisis de extinción: la sexta extinción.

1.2 Biología de la conservación: el papel de la genética.

1.3 Repaso de genética, ecología, elementos de estadística y evolución.

1.4 Factores demográficos, ambientales y genéticos que llevan a la extinción: El vórtice de la extinción.

Lecturas:

Arita, H. T. 2016. Crónicas de la extinción. La vida y la muerte de las especies animales. 269 pp. Colección la Ciencia para Todos, Vol. 244. Fondo de Cultura Económica. México.

Ceballos, G., Barnosky, A. D., Garcia, A., Pringle, R. M., 2015. Accelerated modern human-induced species losses: entering the sixth mass extinction. Science Advances 1:e1400253.

Dirzo, R., Young, H. S., Galetti, M., Ceballos, G., Isaac, N. J., Collen, B. 2014. Defaunation in the Anthropocene. Science 345, 401-406.

Fagan, W. F., Holmes, E. E. 2006. Quantifying the extinction vortex. Ecology Letters 9, 51-60.

Frankham, R. 1995. Consevation genetics. Annual REviews in Genetics 29, 305-327.

Frankham, R. 2000. Genetics and conservtion biology. C. R. Biologies 326, S22-S29.

Frankham, R. 2010. Callenges and opportunities of genetic approaches to biological conservation. Biological Conservation, 143:1919-1927.

Redford, K. 2012. Conservation and the microbiom. Conservation Biology 26, 195-197.

Souza, V., et al. 2007. Protecting a window into the ancient Earth: Towards a Precambrian Park at Cuatro Cienegas, Mexico. Evolutionary Ecology Research.

Unidad 2. Variación genética (6 horas)

2.1 Importancia de la variación genética y potencial evolutivo.

2.2 Medidas de variación genética.

2.3 Variación genética en especies amenazadas.

Lecturas:

Castellanos-Morales, G., Ortega, J., Castillo-Gámez, R., Sackett, L. C., Eguiarte, L. E., 2015. Genetic variation and structure in contrasting geographic distributions: widespread versus restricted black-tailed prairie dogs (subgenus Cynomys). J. Hered.106, 478-190. http://dx.doi.org/10.1093/jhered/esv021.

Frankham, R. 1997. Do island populations have less genetic variation than mainland populations? Heredity 76, 311-327.

Frankham, R. 2005. Genetics and extinction. Biological Conservation 126, 131-140.

Matocq, M. D., Villablanca, F. X. 2001. Low genetic diversity in an endangered species: recent historic pattern? Biological Conservation 98, 61-68.

Ochoa, A., et al. 2012. Spatiotemporal population genetics of the endangered Perote ground squirrel (Xerospermophilus perotensis) in a fragmented landscape. Journal of Mammalogy 93, 1061-1074.

Reed, D. H., Frankham, R. 2001. How closely correlated are molecular and quantitative measures of genetic variation? a meta-analysis. Evolution 55, 1095-1103.

Willoughby, J. R., et al. 2015. The reduction of genetic diversity in threatened vertebrates and new recommendations regarding IUCN conservation rankins. Biological Conservation 191, 495-503.

Ejercicio:

Revisar 3 artículos enfocados en distintas especies en alguna categoría de riesgo según la lista roja de la IUCN y comparar los niveles de variación presentes en éstas respecto a una especie cercanamente emparentada.

Responder:

¿Las especies en alguna categoría de riesgo presentan menor variación genética que sus congéneres?

¿A qué se atribuyen las diferencias (o la falta de diferencias) en los niveles de variación?

¿Cuáles son las fuerzas evolutivas predominantes en las especies en riesgo?

Unidad 3. Genética evolutiva en poblaciones naturales. (8 horas)

3.1 Factores que controlan la evolución de las poblaciones.

3.2 Origen y regeneración de la variación genética: mutación y flujo génico.

3.3 Selección y adaptación.

3.4 Interacciones genotipo-ambiente.

Lecturas:

Eguiarte, L. E. 1986. Una guía para principiantes a la genética de poblaciones. Ciencias 1986, 30-38.

Pedone Valdez, F., Haag, T., Azevedo F. C. C., Silveira, L., Cavalcanti, S. M. C., Salzano, F. M., Eizirk, E., 2015. Population genetics of jaguars (Panthera onca) in the Brazilian Pantanal: molecular evidence for demographic connectivity on a regional scale. J. Hered. 106:503-511.

Reed, D. H., Frankham, R. 2000. Correlation between fitness and genetic diversity. Conservation Biology 17, 230-237.

Souto, C. P., Mathiasen, P., Acosta, M. C., Quiroga, M. P., Vidal-Russell, R., Echeverría, C., Premoli, A. C., 2015. Identifying genetic hotspots by mapping molecular diversity of widespread trees: when commonness matters. J. Hered. 106:537-545.

Unidad 4. Consecuencias genéticas de un tamaño poblacional pequeño. (8 horas) LEE, ESG.

4.1 Entiendo la deriva génica. ¿Qué es y como se relaciona con la endogamia?

4.2 Medidas de tamaño poblacional: tamaño censal vs. tamaño efectivo.

4.3 Importancia de las poblaciones pequeñas para la conservación.

4.4 Pérdida de variación genética: deriva génica y endogamia.

4.5 Fragmentación poblacional.

4.6 Selección en poblaciones pequeñas.

Lecturas:

Brandt, J. R., Brandt, A. L., Ammer, F. K., Roca, A. L., Serfass, T. L., 2014. Impact of population expansion on genetic diversity and structure of river otters (Lontra Canadensis) in Central North America.J. Hered. 105, 39-47.

Castellanos-Morales, G., Gasca-Pineda, J., Ceballos, G., Ortega, J., 2014. Genetic variation in a peripheral and declining population of black-tailed prairie dogs (Cynomys ludovicianus) from Mexico. J. Mammal. 95, 467-479. http://dx.doi.org/10.1644/12-MAMM-A-099.

Frankham, R. 1995. Inbreeding and extinction: a threashold effect. Conservation Biology 9, 792-799.

Frankham, E. 1996. Relationship of genetic variation to population size in wildlife. Conservation Biology 10, 1500-1508.

Funk, W. C., et al. 2016. Adaptive divergence despite strong genetic drift: genomic analysis of the evolutionary mechanisms causing genetic differentiation in the island fox (Urocyon littoralis). Mol. Ecol. 25, 2176–2194. http://dx.doi.org/10.1111/mec.13605.

Gasca-Pineda, J., Cassaigne, I., Alonso, R. A., Eguiarte, L. E. 2014. Effective population size, genetic variation, and their relevance for conservation: the bighorn sheep in Tiburon Island and comparisons with managed artiodactyls. Plos One 8, e78120.

Henry, P., Russello, M.A. 2013. Adaptive divergence along environmental gradients in a climate-change-sensitive mammal. Ecology and Evolution 3:3906-3917.

Lande, R., 1988. Genetics and demography in biological conservation. Science 241:1455-1460.

Lande, R., Shannon, S., 1996. The role of genetic variation in adaptation and population persistence in a changing environment. Evolution 50:434-437.

Unidad 5. Genética y extinción. (8 horas)

5.1 Genética y el destino de las especies en peligro.

5.2 Entendiendo mejor la endogamia, y como estimarla directa e indirectamente en las poblaciones naturales y manejadas.

5.3 La depresión por endogamia y la heterosis: ¿A que se deben? Modelos y datos.

5.3 Midiendo la depresión por endogamia (ecología de poblaciones + genética) y sus niveles en poblaciones naturales.

5.4 Endogamia y extinción.

5.5 Variación y extinción.

5.6 Poblaciones genéticamente viables.

5.7 Análisis de viabilidad poblacional (PVA.)

Lecturas:

Brook, B. W., O’Grady, J. J., Chapman, A. P., Burgman, M. A., Akçaya, H. R., Frankham, R. 2000. Predictive accuracy of population viability analysis in conservation biology. Nature 404, 385-387.

Frankham, R., Bradshaw, C. J. A., Brook, B. W. 2014. Genetics in conservation management: revised recommendations for 50/500 rules, Red List criteria and population viability analyses. Biological Conservation 170, 56-63.

Hedrick, P., Garcia-Dorado, A. 2016. Understanding inbreeding depression, purging, and genetic rescue. Trends in Ecology and Evolution 31, 940-952.

Hedrick, P. W., Kardos, M., Peterson, R. O., Vucetich, J. A. 2016. Genomic variation of inbreeding and ancestry in the remaining two Isle Royale wolves. Journal of Heredity 2016, 1-7. doi: 10.1093/jhered/esw083.

Kardos, M., Luikart, G., Allendorf. 2015. Measuring individual inbreeding in the age of genomics: marker-based measures are better than pedigrees. Heredity 115, 63-72.

Morrison, C., Wardle, C., Castley, J. G. 2016. Repeativility and reproducibility of population viability analysis (PVA) and the implications for threatened species management. Frontiers in Ecology and Evolution doi:10.3389/fevo.2016.00098.

Norén, K., Godoy, E., Dalén, L., Meijer, T., Angerbjörn A. 2016. Inbreeding depression in a critically endangered carnivore. Molecular Ecology 25, 3309-3318.

Possingham, H. P., Lindemayer, D. B., Norton, T. W. 1993. A framework for the improved management of threatened species based on population viability analysis (PVA). Pacific Conservation Biology 1, 39-45.

Unidad 6. Resolviendo incertidumbres taxonómicas y definiendo unidades de manejo. (6 horas)

6.1 Taxonomía y conservación.

6.2 Uso de análisis genéticos para delimitar especies.

6.3 Depresión por exogamia.

6.4 Definiendo unidades de manejo dentro de las especies.

Lecturas:

Delgado, P., Eguiarte, L. E., Molina-Freaner, F., Alvarez-Buylla, E. R., Piñero, D., 2008. Using phylogenetic, genetic and demographic evidence for setting conservation priorities for Mexican rare pines. Biodiver. Conserv. 17, 121-137.

Frankham, R., et al. 2012. Implications of different species concepts for conserving biodiversity. Biological Conservation 153, 25-31.

May, S. E., Medley, K. A., Johnson, S. A. & Hoffman, E. A. 2011. Combining genetic structure and ecological niche modeling to establish units of conservation: a case study of an imperiled salamander. Biological Conservation 144: 1441-1450.

Moritz, C., 1999. Conservation units and translocations: strategies for conserving evolutionary processes. Hereditas 130, 217-228.

Moritz, C. 2002. Strategies to protect biological diversity and the evolutionary processes that sustain it. Syst. Biol. 51: 238-254.

Peters, J. L. et al. 2016. Population genomic data delineate conservation units in mottled ducks (Anas fulvigula). Biological Conservation 203, 272-281.

Scoble, J., Lowe, A. J., 2010. A case for incorporating phylogeography and landscape genetics into species distribution modelling approaches to improve climate adaptation and conservation planning. Divers. Distrib. 16, 343-353.

Unidad 7. Manejo genético de especies en peligro en la naturaleza. (10 horas)

7.1 Aspectos genéticos de especies en peligro.

7.2 Incrementando el tamaño poblacional.

7.3 Diagnóstico de problemas genéticos y manejo de poblaciones.

7.4 Recuperación de poblaciones endógamas con baja variación genética.

7.5 Introgresión e hibridización.

7.6 Evaluación de estrategias de recuperación.

7.7 Conservación de recursos fitogenéticos y microbiológicos: Muestreos, accesiones y mantenimiento a largo plazo de los bancos de semillas y colecciones de microorganismos.

7.8 Reintroducción y translocación.

Lecturas:

Diniz-Filho, J. A. F., et al. 2012. Planning for optimal conservation of geographical genetic variability within species. Conserv. Genet. 13, 1085-1093.

Eguiarte, L. E., Larson-Guerra, J., Nuñez-Farfan, J., Martinez-Palacios, A., Santos del Prado, K., Arita, H. T., 1999. Diversidad filogenética y conservación: ejemplos a diferentes escalas y una propuesta a nivel poblacional para Agave victoria-regina en el desierto de Chihuahua, México. Rev. Chil. Hist. Nat. 72, 475-492.

Fischer, J., Lindenmayer, D. B., 2000. An assessment of the published results of animal relocations. Biol. Conserv. 96, 1-11.

Johnson, W. E. et al. 2010. Genetic restoration of the Florida Panther. Science 329. 1641-1607.

Meilink, W. R. M., Arntzen, J. W., van Delft, J. J. C. W., Wielstra, B. 2015. Genetic pollution of a threatened native crested newt species through hybridization with and invasive congener in the Netherlands. Biological Conservation 184, 145-153.

Seddon, P. J., Griffiths, C. J., Soorae, P. S., Armstrong, D. P. 2014. Reversing defaunation: restoring species in a changing world. Science 345, 406-412.

Wisely, S. M., Ryder, O. A., Santyire, R. M., Engelhardt, J. F., Novak, B. J. 2015. A road map for 21st century genetic restoration: gene pool enrichment of the black-footed ferret. Journal of Heredity 2015, 581-592.

Unidad 8. Manejo en cautiverio y reintroducción (8 horas)

8.1 Conservación ex situ: bancos de germoplasma, jardines botánicos, zoológicos y acuarios.

8.2 Fundación de poblaciones cautivas.

8.3 Crecimiento de poblaciones cautivas.

8.4 Manejo genético en cautiverio y manejo de enfermedades hereditarias.

8.5 Reintroducción y monitoreo.

Lecturas:

Ballou, J. D., et al. 2007. Demographic and genetic management of captive populations. International Zoo Yearbook, doi: 10.1111/j.1748-1090.1988.tb03194.x

Castellanos-Morales, G., Gutiérrez-Guerrero, Y. T., Gámez, N., Eguiarte, L. E. 2016. Use of molecular and environmental analyses for integrated in situ and ex situ conservation. Biological Conservation 204, 284-295.

Clayton, J. B., et al. 2016. Captivity humanizes the primate microbiome. PNAS 113, 10376-10381.

Frankham R (2008) Genetic adaptation to captivity in species conservation programs. Molecular Ecology,17, 325-333.

Harding, L. E., Heffelfinger, J., Paetkau, D., Rubin, E., Dolphin, J., Aoude, A. 2016. Genetic management and setting recovery goals for Mexican wolves (Canis lupus bailey) in the wild. Biological Conservation 203, 151-159.

Kohl, K. D., Skopec, M. M., Dearing, M. D. 2014. Captivity results in disparate loss of gut microbial diversity in closely related hosts. Conservation Physiology 2, 1-11.

Laikre, L., Schwartz, M. K., Waples, R. S., Ryman, N. & The GeM Working Group. 2010. Compromising genetic diversity in the wild: unmonitored large-scale release of plants and animals. Trends in Ecology and Evolution, 25: 520-529.

Millán-García, Y., Jensen, E. L., Madsen, J., Álvarez Alonso, S., Serrano Rodríguez, A., Espinoza López, G., Russello, M. A., 2015. Founded: genetic reconstruction of lineage diversity and kinship informs ex situ conservation of cuban amazon parrots (Amazona leucocephala). J. Hered. 106:573-579.

Pritchard, D.J., Fa, J. E., Oldfield, S & Harrop, S. R. 2011. Bring the captive closer to the wild: redefining the role of ex situ conservation. Orix 46:18-23.

Robert, A. 2009. Captive breeding genetics and reintroduction success. Biological Conservation 142:2915-2922.

Rusello MA, Amato G (2004) Ex situ population management in the absence of pedigree information. Molecular Ecology, 13, 2829-2840. doi: 10.111/j.1365-294X.2004.02266.x

Shan, L., Hu, Y., Zhu, L., Yan, L. Wang, C., Li, D., Jin, X., Zhang, C., Wei, F., 2014. Large-scale genetic survey provides insights into the captive management and reintroduction of giant pandas. Mol. Biol. Evol. 31, 2663-2671. http://dx.doi.org/10.1093/molbev/msu210.

Soto-Calderón, I. D., Dew, R. L., Bergl, W. A., Jensen-Seaman, M. I., Anthony, N. M. 2015. Admixture between historically isolated mitochondrial lineages in captive western gorillas: recommendations for future management. J. Hered.106, 310-314. http://dx.doi.org/10.1093/jhered/esv006.

Whitlock, R., Hipperson, H., Thompson, D. B. A., Butlin, R. K., Burke, T. 2016. Consequences of in-situ strategies for the conservation of plant genetic diversity. Biological Conservation 203, 134-142.

Williams SE, Hoffman EA (2009) Minimizing genetic adaptation in captive breeding programs: A review. Biological Conservation, 142, 2388-2400.

Witzenberger, K. A. & Hochkirch, A. 2011. Ex situ conservation genetics: a review of molecular studies on the genetic consequences of captive breeding programmes for endangered animal species. Biodiversity Conservation 20, 184-1861.

Unidad 9. Genética molecular en el ámbito forense (2 horas)

9.1 Detección de caza y tráfico ilegal de especies.

9.2 Métodos moleculares forenses: extracción de ADN degradado y análisis.

Lecturas:

Barbanti Duarte, J. M., et al. 2016. Scat detection dogs, DNA and species distribution modelling reveal a diminutive geographical range for the vulnerable small red brocket deer Mazama bororo. Oryx doi: 10.1017/S0030605316000405.

Cunha, H. A., da Silva, V. M. F., Santos, T. E., Moreira, S. M., do Carmo, N. A., Solé-Cava, A. M. 2015. When you get what you haven’t paid for: molecular identification of “Dourandinha” fish fillets can help end the illegal use of river dolphins as bait in Brazil. J. Hered. 106:565-572.

Gonçalves, P. F. M., Oliveira-Marques, A. R., Matsumoto, T. E., Miyaki, C. Y. 2015. DNA barcoding identifies illegal parrot trade. J. Hered. 106:560-564.

Hawkins, M. T. R., et al. 2016. Evolutionary history of endemic Sulawesi squirrels constructed from UCEs and mitogenomes sequenced from museum specimens. BMC Evolutionary Biology 16, 80-

Manel, S., Berthier, P., Luikart, G., 2002. Detecting wildlife poaching: identifying the origin of individuals with Bayesian Assignment tests and multilocus genotypes. Conserv. Biol.16, 650-659.

Maschinski, J., Wright, S. J., Koptur & Pinto-Torres, E. C. 2013. When is local the best paradigm? Breeding history influences conservation reintroduction survival and population trajectories in times of extreme climate events. Biological Conservation, 159: 277-284.

Mathews, F., Orros, M., McLaren, G., Gelling, M. & Foster, R. 2005. Keeping fit on the ark: assessing the suitability of captive-bred animals for release. Biological Conservation, 121: 569-577.

Presti, F. T., Guedes, N. M. R., Antaz, P. T. Z., Miyaki, C. Y., 2015. Population genetic structure in Hyacinth Macaws (Anodorhynchus hyacinthinus) and identification of the probable origin of confiscated individuals. J. Hered. 106:491-502.

Waits, L. P., Paetkau, D. 2005. Noninvasive genetic sampling tools for wildlife biologists: a review of applications and recommendations for accurate data collection. Journal of Wildlife Management 69, 1419-1433.

West, C., Hofman, C. A., Ebbert, S., Maldonado, J. E. 2016. Integrating archaeology and ancient DNA to address invasive species colonization in the Gulf of Alaska. Conservation Biology doi: 10.1111/cobi.12865.

Unidad 10. Genómica y conservación (2 horas)

10.1 Genómica y conservación: ¿perspectiva o realidad?

10.2 Introducción a lo métodos genómicos de secuenciación masiva.

10.3 Introducción al manejo de datos genómicos: elementos de ensamblado de genomas.

10.4 Métodos de análisis de datos genómicos: diferenciación y endogamia.

10.5 Analizando la adaptación local con métodos genómicos.

Lecturas:

Avise, J. C. (2010) Perspective: conservation genetics enters the genomics era. Conservation Genetics 11:665-669.

Kardos, M., Taylor, H. R., Ellegren, H., Luikart, G., Allendorf, F. W. 2016. Genomics advances the study of inbreeding depression in the wild. Evolutionary Applications 9, 1205-1218.

Kohn MH, Murphy WJ, Ostrander EA & Wayne RK (2006) Genomics and conservation genetics. Trends in Ecology and Evolution 21(22):629-637.

Ouborg NP (2010) Integrating population genetics and conservation biology in the era of genomics. Biology Letters 6: 3-6.

Ouborg NJ, Angeloni F y Vergeer P (2010) An essay on the necessity and feasibility of conservation genomics. Conservation Genetics 11:643-653.

Ouborg NJ, Pertoldi C, Loeschcke V, Bijlsma R & Hedrick PW (2010) Conservation genetics in transition to conservation genomics. Trends in Genetics 26(4):177-187.

Primmer CR (2009) From conservation genetics to conservation genomics. Annals of the New York Academy of Science 1162:357-368.

Russello, M.A., Waterhouse, M.D., Etter, P.D., Johnson, E.A. 2015. From promise to practice: pairing non-invasive sampling with genomics in conservation. PeerJ 3:e1106. Doi: 10.7717/peerj.1106.

Savolainen, O., Lascoux, M., Merilä, J., 2013. Ecological genomics of local adaptation. Nature Rev. Genet. 12, 807-820.

Steiner CC, Putnam AS, Hoeck PEA y Ryder O (2013) Conservation genomics of threatened animal species. Annual Review of Animal Bioscience 2013: 261-281.

Stumpf, R. M., Gomez, A., Amato, K. R., Yeoman, C. J., Polk, J. D., Wilson, B. A., Nelson, K. E., White, B. A., Leigh, S. R. 2016. Microbiomes, metagenomics, and applications. Biological Conservation 199, 56-66.

Thomsen, P. F. Willerslev, E. 2015. Environmental DNA – an emerging tool in conservation for monitoring past and present biodiversity. Biological Conservation 183, 4-18.

Lecturas adicionales:

Especies invasoras: Signorile, A. I., Reuman, D. C., Lurz, P. W. W., Bertolino, S., Carbone, C., Wang, J. 2016. Using DNA profiling to investigate human-mediated translocations of an invasive species. Biological Conservation 195, 97-105.

Listas de Especies en riesgo:

CITES, 2013. Convention on International trade in endangered species of wild fauna and flora. Available from: http://www.cites.org.

IUCN. 2016. The IUCN red list of threatened species. Available from: www.iucnredlist.org.

SEMARNAT. 2010. Norma Oficial Mexicana NOM-059-ECOL-2010, Protección ambiental–especies de flora y fauna silvestres–categorías de riesgo y especificaciones para su inclusión, exclusión o cambio-lista de especies en riesgo. Diario Oficial de la Federación 30 de diciembre de 2010.

Libros de Texto:

Frankham, R., Ballou, J. D., Briscoe, D. A., 2010. Introduction to conservation genetics. 2nd edition. Cambridge University Press.

Allendorf, F. W., Luikart, G. H., Aitken, S. N. 2013. Conservation and the genetics of populations. 2nd edition. John Wiley & Sons, Ltd.