[FPI2019] Procesos de diversificación en animales

ANTECEDENTES: Entender los mecanismos evolutivos que generan la Biodiversidad requiere explorar la interacción entre selección, deriva y flujo génico como motores de la divergencia poblacional y el aislamiento reproductivo. La investigación sobre especiación afronta dos retos principales: vincular la variabilidad fenotípica adaptativa a regiones específicas del genoma, y vincular los procesos selectivos locales con la formación de linajes y especies. Las radiaciones evolutivas recientes aportan una oportunidad única para estudiar mecanismos de especiación, pues permiten estudiar taxones en diferentes estadios a lo largo de un continuo de especiación, desde poblaciones divergentes hasta especies reproductivamente aisladas. Son de particular interés aquellos casos en los que la divergencia ha ocurrido en presencia de flujo génico, dando lugar a un patrón de genoma mosaico y picos de divergencia que pueden ayudar a identificar genes involucrados en adaptación local, evolución de señales sexuales, y aislamiento reproductivo.

SISTEMAS DE ESTUDIO: Proponemos llevar a cabo análisis comparativos basados en dos complejos de especies de aves paseriformes de origen reciente: el pinzón vulgar (Fringilla coelebs) de Europa, y el junco de ojos oscuros (Junco hyemalis) de Norte América. Ambos sistemas incluyen un rango de variación fenotípica a múltiples niveles, desde poblaciones ligeramente diferenciadas hasta linajes divergentes en islas oceánicas. Los pinzones han formado linajes distintos al colonizar cada archipiélago de Macaronesia, y en las Canarias cada isla colonizada ha formado un linaje genético independiente. Además, en la isla de La Palma, hemos encontrado evidencia preliminar de adaptación local a diferentes hábitats (laurisilva y bosque de pino) que en poco tiempo ha dado lugar a diferencias morfológicas, colorimétricas y conductuales, así como una considerable divergencia genómica incipiente a una escala de pocos kilómetros. Este extraordinario caso de divergencia intrainsular, que apenas hemos empezado a estudiar, constituye una excelente oportunidad para entender mecanismos de especiación ecológica. A su vez, los juncos han protagonizado una rápida y reciente explosión diversificadora a través de Norte América, y nuestra investigación previa ha revelado el papel conjunto de la selección sexual y la selección natural en promover la divergencia a escalas de poblaciones, linajes y especies. Tanto los pinzones como los juncos representan una oportunidad única para explorar la variación fenotípica y la estructura genómica en diferentes estadios de divergencia e inferir la interacción entre selección, flujo génico y deriva.

OBJETIVOS: Proponemos usar datos fenotípicos, demográficos y genómicos para abordar los siguientes objetivos: (1) Medir la variación fenotípica en caracteres ecológicamente relevantes (morfología) y caracteres de señalización sexual (color y canto) entre poblaciones y linajes; (2) Inferir la historia demográfica de las poblaciones usando datos genómicos y modelos de coalescencia para testar escenarios de flujo génico y tamaño poblacional; (3) Realizar escaneos genómicos para identificar regiones genómicas altamente diferenciadas asociadas a loci bajo selección; (4) Explorar la función de genes candidatos hallados en regiones divergentes mediante análisis de enriquecimiento de ontología de genes (GO); (5) Usar análisis de asociación genómica (GWAS) para asociar caracteres bajo selección a regiones específicas del genoma y determinar el papel relativo de la selección natural (caracteres poligénicos en autosomas) y la selección natural (caracteres oligénicos en cromosomas sexuales) en la divergencia adaptativa; (6) Llevar a cabo trabajo de campo para muestrear poblaciones y medir diferencias fenotípicas y ecológicas entre ellas (morfología, color, canto, dieta, conducta, etc.); (7) Implementar tests funcionales en cautividad bajo condiciones controladas para testar hipótesis ecomorfológicas relacionadas con forrajeo y dieta; y (8) Revisar la taxonomía de los grupos de estudio en base a los resultados obtenidos, e identificar taxones cuyas poblaciones requieran medidas de conservación. Nuestro trabajo anterior dio lugar al reconocimiento de Junco insularis como nueva especie, hoy en peligro crítico, y algunas poblaciones del pinzón común podrían recibir el mismo tratamiento en el futuro.