Investigación en conservación y aprovechamiento sostenible de la diversidad biológica, socioeconómica y cultural de la Amazonia colombiana – BPIN 2017011000137

Código de barras de ADN en plantas y fauna

La implementación de códigos de barra de ADN representa una iniciativa global crucial para el estudio de la biodiversidad, buscando fusionar la información molecular con la taxonomía tradicional y establecer una base de datos de referencia que agilice la identificación de especies. Este enfoque es esencial para analizar y cuantificar la diversidad biológica en todos los niveles, desde ecosistemas y comunidades hasta especies individuales y los genes que constituyen el componente más fundamental de la biodiversidad. Los códigos de barra de ADN permiten la caracterización de especies mediante fragmentos específicos de genes.

La creación de bases de datos de códigos de barra de ADN no solo facilita la identificación rápida de especies, como en los inventarios de biodiversidad, sino que también ofrece apoyo significativo en diversas disciplinas, incluyendo ecología, biología evolutiva, biogeografía y la gestión y conservación de los recursos naturales. Esta herramienta tecnológica no solo transforma la forma en que entendemos y estudiamos la biodiversidad, sino que también se convierte en un recurso invaluable para abordar los desafíos actuales relacionados con la conservación y el manejo sostenible de los ecosistemas.

Métodos

Extracción de ADN por medio de kits comerciales, PCR convencional, secuenciación Sanger, secuenciación de siguiente generación (MassARRAY MALDI–TOF). Programas bioinformáticos: Geneious prime, RStudio-ADEGENET.

Resultados

Durante el año 2022 se implementaron dos herramientas moleculares en el procesamiento de tejidos de origen animal y vegetal: los Códigos de Barra, corresponden a fragmentos cortos de ADN que permiten la identificación rápida de especies y los marcadores moleculares SNPs que permiten definir poblaciones genéticas y realizar estudios de diversidad en grupos de interés. En el área de Flora se priorizaron para la obtención de secuencias barcode, 16 especies de plantas alojadas en el Herbario Amazónico Colombiano (COAH), caracterizadas por presentar alta presión de tráfico ilegal o con requerimientos de identificación para levantamientos de vedas (Maderables y Bromelias). Se amplificaron y secuenciaron 28 códigos de barra de cloroplasto (rbcL y matK) con los cuales se confirmó la correcta asignación taxonómica a nivel de genero estos individuos.

Posteriormente con el fin de aportar al inventario nacional de los recursos genéticos de flora amazónica del país, se asociaron 323 secuencias de códigos de barra de flora alojados en BOLDSystems, a la red nacional de datos abiertos sobre la biodiversidad (SiB).

Durante el 2022 se dió inicio al desarrollo de estudios de Metabarcoding en plantas, los cuales permiten la identificación de múltiples especies a partir de muestras ambientales de origen mixto. Para esto, se desarrolló un protocolo de extracción de ADN a partir de muestras de polen, colectado de aves y murciélagos. La eficiencia del protocolo en la obtención de ADN de alta calidad permitirá la obtención de secuencias de ADN correspondientes a códigos de barra, por medio de tecnologías de secuenciación de última generación (Nanopore-MinION).

Como complemento al trabajado realizado con la herramienta de genómica forense para Cedrela odorata, se estandarizó el protocolo de amplificación por PCR de 4 variantes estructurales (SNPs) en muestras de ADN de Cedrela odorata y se identificaron otros 5 SNPs candidatos por evaluar en estudios de genética poblacional de cedro (Ossa et al., 2016). Así mismo, se optimizó el proceso de extracción de ADN a partir de 98 muestras de tejido foliar de C. odorata, para continuar el proceso de secuenciación MASSArray con el fin de identificar una mayor cantidad de SNPs que permitan determinar la estructura poblacional de cedro en el país.

En el área de Fauna, se estandarizó la reacción de amplificación por PCR convencional de los marcadores moleculares 16S, COI y Cyt B en 38 muestras de tejido de anfibios y mamíferos. Como resultado se obtuvieron 132 secuencias de códigos de barra de ADN mitocondrial, las cuales, al compararlas con las bases de datos disponibles (NCBI) coinciden en su mayoría con la asignación taxonómica a nivel de género. Sin embargo, al presentar una alta variabilidad y poca similitud a nivel de especie, las secuencias obtenidas se implementarán en análisis filogenéticos con el fin de sustentar la asignación de nuevas especies de anfibios de los géneros Bolitoglossa y Boana, y de murciélagos, del género Anoura de la Amazonia colombiana.

Tres principales logros:

1. Se estandarizó la metodología de amplificación basada en PCR de variantes estructurales, tipo SNPs, en muestras de ADN de Cedrela odorata, a partir de la cual se identificaron 9 marcadores SNPs candidatos a conformar una herramienta molecular para la identificación de poblaciones de cedro en el país.
2. Se obtuvieron 132 secuencias de códigos de barra de ADN mitocondrial, las cuales se implementarán en análisis filogenéticos que permitirán la descripción de nuevas especies de anfibios de los géneros Bolitoglossa y Boana, y de murciélagos, del género Anoura de la Amazonia colombiana.
3. Se estandarizó el protocolo de extracción de ADN a partir de muestras de polen colectado de diversos grupos animales, como el primer paso para estudios de Metabarcoding que permitirán identificar redes de interacción entre taxones de fauna y flora de la Amazonia colombiana

Discusión y recomendaciones

Debido al aumento en el impacto negativo que los procesos antrópicos han tenido en la Amazonia durante los últimos años, el área de recursos genéticos del Instituto SINCHI se enfocó durante el 2022 en el desarrollo de herramientas moleculares que permitan la identificación de especies de interés y la implementación de estudios de genética poblacional en taxones de plantas y animales. Las especies priorizadas durante este año tienen un papel central en procesos de regeneración de selvas, estabilización del cauce de ríos, transporte de nutrientes y energía, y en las dinámicas del suelo; por lo tanto, representan un importante recurso genético de la Amazonia. La identificación de especies nuevas, de poblaciones naturales, o de redes de interacción entre organismos permiten comprender mejor los procesos estructurales de los biomas y como la degradación de estos afectan los servicios ecosistémicos y la productividad económica de esta región. De esta manera se sugiere continuar con la construcción de la librería de secuencias de código de barra de ADN de la flora Amazónica, la cual una vez publicada, representaría la base de datos de referencia para barcodes de flora de la Amazonia Colombiana. Así mismo, se sugiere continuar el proceso de implementación de estudios de metabarcoding (Inacio et al., 2021), optimizando la técnica de colecta de muestras de polen para así facilitar el proceso de secuenciación por medio de tecnologías de última generación (Nanopore-MinION).

El proceso de identificación de especies por medio de barcodes podría verse optimizado al implementar Super Barcodes (genomas completos), como lo son el mitocondrial para animales o de cloroplasto en plantas, ya que incluyen mucha más información genética. Si bien la implementación de esta técnica requiere mayor esfuerzo o recursos de laboratorio, brinda más información con la cual resolver filogenias o identificar especies de manera más precisa.

Con respecto al uso de variantes estructurales SNPs, es necesario continuar con el proceso de secuenciación por MASSARRAY para así poder identificar una mayor cantidad de marcadores. De igual manera es necesaria la inclusión de un mayor número de muestras por localidad, con el fin de representar adecuadamente la variabilidad génica de Cedro en el país.