Caracterización molecular del complejo Agave durangensis por medio de marcadores ISTR

Abstract

El género Agave es un ejemplo de la riqueza de los recursos vegetales de México. Este género es nativo del continente americano, se distribuye desde el sur de Canadá hasta el norte de Sudamérica. México es su centro de origen y diversidad y alberga 151 casos de endemismo. Actualmente, varias especies de Agave son utilizadas para elaborar mezcal. Las especies de Agave y el proceso regional particular de manufactura definen los diferentes tipos que se elaboran en México. La industria de las bebidas espirituosas representa una fuente potencial para el desarrollo económico de algunas regiones del país, como es caso del mezcal de Durango, el cual se elabora a partir de Agave durangensis. Agave durangensis es altamente variable en tamaño, color de las hojas, y en el tamaño y forma de los dientes, de tal modo que algunos autores han sugerido que se trata de un complejo más que de una especie individual y de hecho, existe una controversia importante alrededor de la delimitación taxonómica de esta especie, a consecuencia por una parte, de la alta variabilidad morfológica y al poco esfuerzo dedicado al estudio de este grupo. En Durango, el mezcal es elaborado principalmente a partir de plantas recolectadas de sus poblaciones naturales, esto está provocando la reducción y fragmentación de éstas, y no se han realizado estudios para confirmar que en todos los casos la materia prima para la elaboración de mezcal sea Agave durangensis. Estos aspectos hacen un llamado de atención para dedicar esfuerzos encaminados a realizar estudios que permitan conocer este recurso para elaborar estrategias para su conservación y aprovechamiento sostenible. En este estudio, se utilizaron marcadores moleculares ISTR (Inverse Sequence Tagged Repeats) obtenidos por la técnica de PCR (Polymerase Chain Reaction) y de electroforesis en geles de acrilamida teñidos con sales de plata, para caracterizar tres poblaciones naturales y un lote de plántulas, crecidas en vivero, de Agave durangensis, para con base en ello evaluar el valor de los perfiles ISTR como una herramienta taxonómica; estimar la variabilidad genética, con el fin de contribuir a la delimitación de este taxón; y proponer un método molecular para la autenticidad de las plantas de Agave usadas en la elaboración de mezcal como un requisito importante en el control de calidad. Con fines comparativos se analizaron de la misma manera otras especies de Agavaceae. Fueron registrados y utilizados caracteres morfológicos para correlacionar fenotipos y caracterización molecular, por medio de análisis fenéticos. Los resultados de este estudio indicaron que los marcadores ISTR son reproducibles y sensibles para detectar variabilidad intra e interpoblacional en Agave durangensis; que generan perfiles de amplificación específicos que los hace valiosos para tipificar y discriminar entre especies de Agave y entre especies de Agavaceae; y que los ISTR pueden ser usados como un método de rutina para determinar el origen botánico de las plantas de Agave, como un primer paso en el control de calidad de la elaboración de mezcal, debido a la relativa facilidad de llevarse a cabo. Pudieron ser detectados marcadores característicos para la familia Agavaceae, para el género Agave y para especies de este género por medio de los perfiles ISTR. El análisis fenético basado en las características morfológicas y moleculares de una población de Agave durangensis claramente discriminó tres grupos, esto sugiere la presencia de un número igual de entidades taxonómicas diferentes en esa población.

Genus Agave is an example of the richness of Mexican natural resources. It is a native genus of the American Continent, found from Southern Canada to Northern South America. Mexico is the center of origin and diversity of this genus, with 151 endemic species. Several species of Agave are used to elaborate a kind of alcoholic beverage named mescal. The species of Agave and the particular regional process of manufacturing define the different types of mescals made in Mexico. The mescal industry represents a potential source for the economic development of some regions, as the case of the mescal of Durango, elaborated from Agave durangensis. Agave durangensis is highly variable in size, leaf color, and size and form of teeth, in such a way that it has been suggested as a complex of species more than a single species by some authors, in fact there is a present controversy around the taxonomic delimitation of this species, in part as a consequence of the high morphological variability found in this taxon, and due to the insufficient effort dedicated to study this group. In Durango, the manufacturing of mescal is mainly based on the gathering of agaves from their natural populations, provoking reduction and fragmentation of wild populations of this resource. Actually, studies have not been done to confirm that in all the cases the raw material to elaborate mescal is composed of A. durangensis. It is necessary to dedicate efforts to assess information and characterize the resource to make it possible the sustainable exploitation and the germoplasm conservation of this natural resource. In this study, ISTR molecular markers obtained by PCR and polyacrylamide gel electrophoresis/silver staining were used to characterize natural populations and plantlets, growing in a nursery, of Agave durangensis to estimate the genetic natural variability in order to contribute to delimitate this taxon, evaluate the significance of ISTR profiles as a specific taxonomic tool, and propose a molecular method to authentication of the species of Agave to be used in the mescal manufacturing process as an important requirement in the quality control. With comparative aims, other species of Agavaceae were analyzed in the same manner. Morphological characters were used for correlate phenotypes and molecular identification by fenetical analysis. The results from this study indicated that ISTR markers are reproducible and sensitive enough to detect intra and interpopulation variability in Agave durangensis; that generate specific amplification profiles, which makes these markers worthy to typify and discriminate among species of Agave, and even among species of Agavaceae; and that ISTR can be used as a routine method to be employed in the determination of botanical origin as a first step in the quality control of mescal manufacturing, due to the relative easiness of carrying out it. Specific markers for family Agavaceae, genus Agave and species of this genus could be detected by ISTR profiles. The fenetic analysis based on morphological and molecular features of one population of Agave durangensis clearly discriminate three groups, suggesting the presence of three different taxonomic entities.