La planta académica del INBIOTECA se conforma de 13 académicos y 2 técnicos académicos, los cuales integran 2 cuerpos académicos conformados por 8 líneas de generación y aplicación del conocimiento. A continuación se describen.
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4.1.1 Cuerpos académicos (CA)
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4.1.2 Líneas de generación y aplicación del conocimiento
4.1.2.4 Biotecnología y modificación genética de especies de interés forestal
4.1.2.5 Ecología vegetal y restauración
4.1.2.7 Conservación, manejo y mejoramiento genético vegetal
4.1.2.8 Servicios ambientales de los sistemas forestales y agroforestales
4.1.2.9 Identificación de genes de importancia agricola forestal y ecológica
4.1.2.10 Epigenética y regulación de la expresión genética en plantas
4.1.1. CUERPOS ACADÉMICOS (CA)
4.1.1.1. CA: ECOLOGÍA Y MANEJO DE LA DIVERSIDAD FORESTAL (CA-UVER-173)
Categoría: Consolidado.
Líneas que lo integran:
- Biotecnología y modificación genética de especies de interés forestal
- Ecología vegetal y restauración
- Ecología de ambientes fragmentados
- Ecología y comportamiento de artrópodos
- Fertilidad y manejo biológico del suelo
- Servicios ambientales de los sistemas forestales y agroforestales
Responsable: Dr. Lázaro R. Sánchez Velásquez
Integrantes: Dr. Jorge R. Galindo González, M. C. Antonio Andrade Torres, M. C. María del Rosario Pineda López, Dr. Francisco Díaz Fleischer, Dr. Ángel I. Ortíz Ceballos, Dra. Diana F. Pérez Staples, Dr. Vijendra Dinesh Rao, Dr. Gustavo C. Ortíz Ceballos.
Colaboradores: M. C. Maurilio López Ortega, Dr. Juan C. Noa Carrazana, M. C. Patricia Gerez Fernández, Dra. Lourdes G. Iglesias Andreu, Dra. Norma Flores Estévez, Dra. Yareni Perroni Ventura, Dr. Luis M. Martínez Rivera, Dr. Gustavo C. Ortíz Ceballos, Biól. Guillermo Vázquez Domínguez, Biól. Rogelio Lara González.
Descripción: México, y específicamente el estado de Veracruz, son reconocidos mundialmente por su gran riqueza biológica, la cual ha sido y sigue siendo una fuente importante de recursos (medicina, alimento, forraje, leña y vivienda, entre muchos otros) para la población humana más marginadas del país.
La ecología fundamenta el manejo sustentable de los recursos bióticos. El manejo implica conservar y aprovechar los recursos maderables y no maderables, así como mitigar los efectos adversos en los ecosistemas naturales (cambio climático, incendios forestales, fragmentación y plagas forestales, entre otros).
La generación y aplicación del conocimiento en los diferentes niveles de organización ecológica y los procesos que regulan la biodiversidad es un objetivo indisoluble de este cuerpo académico.
Actualmente el CA tiene el grado de consolidado y esto lo ha logrado a través del trabajo en equipo con una filosofía de compromiso social como universidad pública y la intensa colaboración de otros CA dentro del mismo INBIOTECA. Cinco de sus ocho integrantes son miembros del Sistema Nacional de Investigadores y 7 tienen perfil PROMEP.
4.1.1.2. CA: BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA ECOLOGÍA Y SANIDAD VEGETAL (CA-UVER-234)
Categoría: En consolidación
Líneas que lo integran:
- Biología molecular y fitopatología.
- Detección y usos de marcadores bioquímicos y moleculares.
- Sanidad vegetal5.
- Conservación, manejo y mejora genética vegetal.
- Identificación de genes asociados a características de interés en especies de importancia agrícola, forestal y ecológico.
- Epigenética y regulación de la expresión genética en plantas.
Responsable: Dra. Lourdes G. Iglesias Andreu.
Integrantes: Dra. Lourdes G. Iglesias Andreu, Dr. Juan C. Noa Carrazna, Dra. Norma Flores Estévez, Dr. Mauricio Luna Rodríguez, Dra. María de Jesús Hernández.
Colaboradores: M en C. Alejandro Salinas Castro, Dr. Lázaro R. Sánchez Velásquez, Dr. Jorge R. Galindo González, M en C. Clara Córdova Nieto y M en C. Cristina E. Zuñiga Castañeda.
Descripción: México posee una gran biodiversidad y una riqueza genética que ha sido poco explorada. Cuenta sobre todo con recursos de importancia agrícola, ornamental y forestal que pueden ser potencialmente mejorados, conservados y usados bajo los principios de sustentabilidad.
La biotecnología juega un rol central, generando información molecular complementaria a la fenotípica y desarrollando nuevas metodologías para la mejora, conservación y uso sustentable del germoplasma. Algunos países de la región han tenido importantes avances en el empleo de las herramientas biotecnológicas entre otros en el diagnóstico y detección de fitopatógenos, producción de bioinsecticidas y controles biológicos en cosecha y pos cosecha, el manejo y conservación de recursos fitogenéticos y la mejora genética y uso de los recursos filogenéticos.
Atendiendo a todo ello desde hace años se propuso en el CA-UVER-234 atender a las principales problemáticas que demanda el entorno universitario, en lo relativo a las aplicaciones de la Biotecnología para: conocer los niveles de diversidad genética y proponer estrategias efectivas de conservación, identificar fuentes parentales y genotipos tolerantes a enfermedades, desarrollar métodos de diagnóstico fitopatológicos efectivos y acelerar los programas de mejora y liberación de genotipos valiosos a la práctica productiva. Esto se refleja en cada una de las líneas de generación y aplicación del conocimiento que más adelante se indican.
4.1.2. LÍNEAS DE GENERACIÓN Y APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO
4.1.2.1. ECOLOGÍA Y COMPORTAMIENTO DE ARTRÓPODOS
Responsables: Dr. Francisco Díaz-Fleischer, Dra. Diana F. Pérez Staples y Dr. Vijendra Dinesh Rao.
Colaboradores: M. C. Maurilio López-Ortega, Dr. Jorge R. Galindo-González y Dr. Lázaro R. Sánchez-Velásquez, Biól. Guillermo Vázquez Domínguez, Dra. Norma Flores Estévez, Dra. Ana Dorantes Acosta, Dr. Mario Arteaga Vázquez.
Objetivos:
- Generar conocimiento en el campo de la ecología y del comportamiento de insectos y arañas.
- Diseñar y evaluar métodos de control eficientes y ecológicamente amigables de insectos plaga agrícolas y forestales.
Descripción: El estudio de la ecología del comportamiento de insectos y arácnidos es particularmente relevante dada la rápida destrucción de los ecosistemas propiciado por la deforestación y cambios en el uso del suelo. Los insectos y arácnidos son de los grupos más diversos y pueden servir como indicadores del grado de perturbación en un ecosistema, como control de plagas y como modelos para responder preguntas evolutivas sobre las interacciones depredador-presa, interacciones inter e intrasexuales y los compromisos en las historias de vida.
En este sentido, estudiar la ecología y comportamiento de los insectos representa una valiosa herramienta para el diseño de métodos de control eficientes y ecológicamente amigables sin el uso indiscriminado de insecticidas. Es importante conocer a detalle para cada insecto plaga su comportamiento sexual, comportamiento de oviposición, respuesta a distintas dietas y comportamiento antidepredatorio. Por otro lado, el estudio de las interacciones ecológicas, principalmente el parasitismo y la depredación, nos permitirá diseñar estrategias de combate basadas en el control biológico. Por oro lado, en colaboración con otras líneas de investigación del INBIOTECA, estudiamos las propiedades insecticidas de los extractos de plantas nativas. Tambiénn estudiamos distintas especies de arañas tejedoras y saltadoras, así como insectos plagas como el barrenador de las Meliáceas (Lepidoptera: Pyralidae) y las moscas de la fruta (Diptera: Tephritidae).
Las investigaciones sobre moscas de la fruta están enfocadas en el diseño de trampas (Díaz-Fleischer et al., 2009a), el enriquecimiento ambiental en el proceso de colonización (Díaz-Fleischer et al. 2009b), las historias de vida y sus compromisos (Díaz-Fleischer et al., en proceso), el efecto de la dieta en el comportamiento sexual (Pérez-Staples et al. 2009), el comportamiento copulatorio (Pérez-Staples et al. 2010), los apareamientos múltiples e inhibición del apareamiento (Pérez-Staples et al. en proceso), y comportamientos antidepredadores (Rao et al., en revisión).
Sobre la ecología y comportamiento de arañas estamos estudiando la estructura y asimetría de telarañas (Rao et al. 2011), la función del color corporal (Rao et al. en proceso), la dinámicas coloniales de arañas sociales (Rao et al. en proceso), y la diversidad de arañas en cafetales y bosque mesófilo de montaña. En lo que respecta al barrenador de las meliáceas, estamos enfocados en el desarrollo y evaluación de dietas para la cría y mantenimiento de colonias en cautiverio (Pérez-Staples y Díaz-Fleischer en proceso, Vázquez-Domínguez et al. en proceso).
4.1.2.2. BIOLOGÍA MOLECULAR Y FITOPATOLOGÍA
Responsable: Dr. Juan Carlos Noa Carrazana.
Colaboradores: Dra. Norma Flores Estévez, M.C. Antonio Andrade Torres, Dra. Lourdes Iglesias Andreu, INBIOTECA, Universidad. Veracruzana; Dra. Laura Silva-Rosles, CINVESTAV-IPN-Unidad Irapuato, Pietro Piffanelli, TECNOPARCO, Italia; Dr. Ricardo Hernández Pérez, CETAS, Cuba.
Objetivos:
- Desarrollar protocolos biotecnológicos que permitan el diagnóstico y saneamiento de fitopatógenos en el proceso del cultivo de tejidos.
- Implementar técnicas de identificación y monitoreo de genes, presuntamente asociados a características de interés comercial, en especies seleccionadas por su interés agrícola, ecológico y forestal.
- Caracterizar a nivel genético-molecular virus fitopatógenos y entomopatógenos asociados al ecosistema de montaña.
- Usar las técnicas de biología molecular para el estudio de las relaciones de las plantas con el medio y otros organismos.
Descripción: La biología molecular ha recorrido un largo camino desde sus inicios con los primeros trabajos de clonación de genes humanos a finales de los años 70´ y la aparición de la primera planta modificada genéticamente en 1982 hasta nuestros días donde constituye una herramienta de uso cotidiano en biología. A la luz de las nuevas técnicas moleculares, se han descubiertos nuevos rasgos relacionados con la ecología, la diversidad y la variabilidad de especies y sus comunidades. Dichos estudios eventualmente han ayudado a replantear la clasificación y la dispersión de especies de plantas y microorganismos, en ocasiones nuevas.
Las crecientes investigaciones en biología molecular en el área de las ciencias de la tierra y la vida demuestran su eficacia, y el potencial de ponerlas en práctica. La información generada de a partir de la biología molecular ha permitido la creación de nuevos espacios para la difusión de estos resultados científicos. Así se han replanteado las metas y objetivos tanto de revistas indexadas como de foros internacionales. Las técnicas moleculares han llegado para quedarse en el campo de la fitopatología, así los resultados de los análisis han aumentado su sensibilidad en algunos casos hasta cien veces dando más certidumbre en el diagnóstico y la caracterización de enfermedades.
La identificación de genes individuales o grupos de genes y el estudio de su expresión requieren el uso de técnicas que permitan la identificación, amplificación y clonación de éstos. Esto nos dará información sobre cuales genes en particular y cuántos de ellos están implicados en procesos de adaptación, resistencia, etc. El estudio de estos genes implica también tratar de entender la variación fenotípica con base en su variación genética al determinar las secuencias del DNA solamente para los genes expresados. Esto puede lograrse aislando el RNA mensajero (mRNA), trasladarlo a cDNA y analizar su secuencia. Estas secuencias se introducen en bases de datos y se comparan con todas las demás secuencias de las bases de datos para ver si se equiparan con genes cuya función ha sido determinada.
Se han elaborado ya bases de datos disponibles al público, para Pinus, Picea, Populus, y Eucalyptus. De igual forma el camino puede darse en sentido contrario y seleccionar genes ya publicados y caracterizados en especies afines para tratar de localizarlos en especies de nuestro interés. La línea de investigación aquí propuesta nos permitirá ampliar el conocimiento que nos lleve a decidir que material biológico es el idóneo para la multiplicación, el mejoramiento y la preservación.
El trabajo en esta línea de investigación está encaminado al estudio y la caracterización por medio de herramientas biotecnológicas moleculares de especies agrícolas-forestales económicamente importantes. En este sentido el uso de estas técnicas nos ha permitido diagnosticar y caracterizar especies virales fitopatógenas adaptadas a nuestro ecosistema agrícola (Silva-Rosales et al. 2000, Flores et al, 2000). Estas investigaciones en algunos casos han constituido primeros reportes para México (Noa-Carrazana & Silva-Rosales, 2001; Flores et al, 2000) lo que nos permite adecuar el manejo de los cultivos de manera más apropiada considerando nuevos patógenos, la estandarización de protocolos de diagnósticos para virus y el estudio de la dispersión de estos han permitido adecuar el manejo de cultivos tan presentes en la agricultura mexicana como el frijol, estos resultados además han sido publicados en una revista indexada (Flores-Estévez , et al 2003).
Desde el punto de vista de la evolución se han caracterizados nuevas aislamientos virales (Espejel et al. 2006) con estudios genético moleculares enfocados en la variabilidad y dispersión de estas enfermedades, así como su posible origen (Noa-Carrazana et al. 2006). Esta línea de investigación se ha involucrado en el desarrollo de técnicas novedosas de avanzada para tratar de entender eventos más complejos como la estructura y evolución de los genomas de especies frutales tropicales y sus fitopatógenos (Safar et al. 2004) (Noa-Carrazana et al. 2006b).
La formación de recursos humanos está contemplada como tarea primordial dentro de esta línea sin embargo en este sentido sólo se ha concluido una tesis de licenciatura y otra se encuentra en proceso de inscripción; por lo que estos resultados son insuficientes y debe ser mejorados.
4.1.2.3. ECOLOGÍA DE AMBIENTES FRAGMENTADOS
Responsable: Dr. Jorge R. Galindo González.
Colaboradores: Dr. Lázaro R. Sánchez Velásquez, Dr. Francisco Díaz Fleischer, Dr. Juan C. Noa Carrazana, Dr. Alejandro Castro Luna, M. C. Romeo A. Saldaña Vázquez, Biól. Guillermo Vázquez Domínguez, Biól. Jesús R. Hernández Montero, Dr. Ángel I. Ortíz Ceballos.
Objetivos:
- Generar conocimiento relacionado con los procesos y efectos de las interacciones interespecíficas (planta–animal, animal–animal, planta–planta), sobre el funcionamiento de las comunidades y poblaciones.
- Investigar y comprender las consecuencias de la fragmentación del paisaje en la ecología y estructura de poblaciones y comunidades.
- Promover el manejo adecuado de los paisajes fragmentados y buscar alternativas de conservación de su biodiversidad.
Descripción: Las actividades humanas y la sobre explotación de los recursos naturales han provocado una gran fragmentación y pérdida de hábitats y ecosistemas, con graves repercusiones sobre los patrones y procesos ecológicos en los ecosistemas de todo el país. Una de las principales consecuencias de la fragmentación es la pérdida de especies. Para garantizar la permanencia de la biodiversidad, los procesos biológicos y la evolución, es necesario estudiar y entender estos ecosistemas en su estado actual de fragmentación (Galindo-González 2007). La ecología del paisaje estudia los efectos recíprocos entre el patrón espacial, los procesos ecológicos y la distribución de las especies, considerando la heterogeneidad espacial y la dinámica temporal de los sistemas ecológicos.
Uno de los aspectos más importantes en los procesos biológicos y evolutivos en los ecosistemas, son las interacciones ecológicas entre los organismos y sus efectos sobre la función y estructura de las comunidades. Las interacciones ecológicas pueden ser positivas o negativas, de acuerdo con los resultados para las especies en interacción, por ejemplo la polinización o la dispersión de semillas por frugívoros son positivas, mientras que la depredación de semillas, la herbivoría, el parasitismo, perjudica a una de las especies; igualmente la presencia de depredadores tiene gran importancia sobre el equilibrio de las poblaciones (ej. control de plagas), y por su parte, la competencia (intra e inter-específica) favorece la continuidad de los procesos evolutivos.
El estudio de los mecanismos de las interacciones, en estos ambientes (incluyendo las nuevas condiciones de fragmentación), permite entender los procesos ecológicos entre los organismos, y sus efectos en el funcionamiento de las comunidades bióticas, lo que abre mejores oportunidades de conservación y manejo de la biodiversidad. Al respecto, hemos llevado a cabo estudios en paisajes fragmentados por distintas causas, que nos han permitido analizar aspectos relacionados con interacciones interespecíficas. En particular, estudiamos las interacciones mutualistas de la comunidad de murciélagos como dispersores de semillas y su importancia sobre la regeneración de la vegetación en pastizales con árboles aislados (Galindo-González 1998, Galindo-González et al. 2000); investigamos el papel de ciertos elementos del paisaje fragmentado, sobre la abundancia y diversidad de murciélagos frugívoros (Galindo-González & Sosa 2003).
Los resultados anteriores revelaron un efecto de la fragmentación sobre la distribución de los murciélagos, y propuse una clasificación de acuerdo con la respuesta de algunas especies ante la fragmentación del hábitat (Galindo-González 2004), algunas especies quedan aisladas en los fragmentos que impiden su dispersión, mientras que otras, con capacidad de volar entre fragmentos, favorecen el flujo genético. Además se dirigen proyectos de tesis de licenciatura y posgrado (siete concluidas, cuatro en proceso), se ha participado en congresos y simposios nacionales e internacionales, en colaboración con los miembros del Cuerpo Académico Consolidado Ecología y Manejo de la Biodiversidad Forestal así como otras instituciones como el INECOL A. C, el Instituto de Ecología de la UNAM y la East China Normal University-Shanghái, China.
4.1.2.4. BIOTECNOLOGÍA Y MODIFICACIÓN GENÉTICA DE ESPECIES DE INTERÉS FORESTAL
Responsable: M. C. Antonio Andrade Torres.
Colaboradores: Dr. Ángel I. Ortíz Ceballos, Dr. Mario A. Arteaga Vázquez, Dra. Ana E. Dorantes Acosta, Dr. Sergio Martínez Hernández, Dr. Gustavo C. Ortíz Ceballos, Dr. Jorge R. Galindo González, Dr. Lázaro R. Sánchez Velásquez, Dr. Francisco Díaz Fleischer, Dr. Juan C. Noa Carrazana, Dra. Norma Flores Estévez, Dra. Lourdes G. Iglesias Andreu (INBIOTECA). Dra. Laura Y. Solís Ramos (U Costa Rica). Dr. Carlos M. Oropeza, Dr. Luis Sáenz y Dr. Santy Peraza (CICY). Dr. J. Efraín Ramírez (UA Campeche). Dr. Martín Mata (INECOL). Dr. Luis Villarreal (COLPOS-Montecillo). M. en C. Iván Oros (UT Gutiérrez-Zamora).
Objetivos:
- Desarrollar protocolos para el establecimiento y multiplicación in vitro de especies de interés forestal.
- Aplicar técnicas de modificación genética (transgénesis/cisgénesis) para incorporar características de interés y/o mejorar la respuesta in vitro de las especies a propagar.
- Aplicar herramientas moleculares para el estudio de genes relacionados con procesos morfogénicos (embriogénesis, rizogénesis) in vitro y para la detección y seguimiento en campo de genes en especies de interés forestal.
- Generar paquetes biotecnológicos para la propagación masiva de individuos elite de interés forestal.
Descripción: La biotecnología ofrece múltiples opciones y capacidad de interacción con diferentes áreas del conocimiento para resolver problemas actuales. Esta línea de investigación integra diferentes herramientas y conocimientos de la biotecnología para estudiar procesos morfogénicos en especies de interés forestal. El conocimiento generado es la base para desarrollar paquetes biotecnológicos que incluyan la propagación masiva y en corto tiempo de individuos de interés forestal. Los resultados de esta línea de investigación buscan favorecer el desarrollo de fines de manejo de especies en sistemas forestales o agrícolas.
En ésta línea se han desarrollado estudios sobre la capacidad morfogénica de diferentes explantes de especies vegetales de interés como el caso de Cedrela odorata (cedro rojo), Swietenia macrophylla (caoba), Capsicum chinense (chile habanero) y Cocos nucifera (cocotero) y se cuenta con protocolos para la micropropagación via organogénesis y embriogénesis somática de estas especies (Andrade-Torres, 2011; Solís-Ramos et al., 2010, Solís-Ramos et al., aceptado; Andrade-Torres, 2004; Sáenz et al., aceptado). Se han estudiado genes relacionados al proceso de embriogénesis somática vegetal, como el gen CnSERK, el cual fue aislado y secuenciado en cocotero (Andrade-Torres 2011; Solís-Ramos et al., aceptado).
Se desarrolló un protocolo combinado (Biobalística, infiltración y co-cultivo con Agrobacterium tumefaciens) de transformación genética de callo embriogénico de cocotero para inducir la sobre-expresión de genes relacionados con embriogénesis somática (Andrade-Torres et al., 2011) y se estudió la actividad endógena tipo GUS en tejidos vegetales con potencial de uso como fuente de explante para la micropropagación y la transformación genética (Andrade-Torres 2011; Andrade-Torres et al., 2011; Solís Ramos et al., 2010a). Estos resultados pueden ser aplicados para incrementar la respuesta al cultivo in vitro de diferentes células o tejidos y eventualmente pueden asegurar la propagación de individuos elite. También se han aplicado biorreactores de inmersión temporal para incrementar la eficiencia de producción de embriones somáticos y de brotes enraizados en Cocos nucifera (Andrade-Torres 2011).
Por otro lado, dentro de la línea se están desarrollando estudios sobre micorriza y hongos micorrícicos en bosque de Abies religiosa (Andrade-Torres et al., 2009; Andrade-Torres 2008; Andrade-Torres et al., 2006; Andrade-Torres et al., en revisión) y en otras especies como Cedrela odorata (Oros-Ortega 2008; Andrade-Torres et al., en preparación). Los resultados ase para proponer un paquete tecnológico para propagar especies micorrícicas que favorezcan el establecimiento y desarrollo de plántulas en invernadero y campo. El conocimiento que se genera es útil para la restauración del bosque y para establecimiento de sistemas de aprovechamiento forestal.
También se han publicado artículos de divulgación (Andrade-Torres, 2002; Andrade-Torres, 2003; Andrade-Torres y Solís-Ramos, 2004; Solís-Ramos y Andrade-Torres, 2005; Andrade-Torres et al., 2009; Andrade-Torres, 2010), se han publicado en coautoría tres capítulos de libro (Sáenz et al., aceptado; Solís-Ramos et al., aceptado; Sánchez-Velásquez et al., 2008) y un capítulo de libro como autor (Andrade-Torres, 2008).
Derivado de estos proyectos se han dirigido tres tesis de licenciatura y una tesis de maestría en ciencias (concluidas). Se han obtenido recursos externos otorgados por la Fundación Produce de Veracruz y PEMEX, también se ha participado en proyectos conjuntos con financiamiento de Fondos Sectoriales CONAFOR-CONACyT y Fundación Produce de Veracruz.
4.1.2.5. ECOLOGÍA VEGETAL Y RESTAURACIÓN
Responsable: Dr. Lázaro R. Sánchez Velásquez.
Colaboradores: Dr. Jorge Galindo González, Dr. Ángel Ortíz Ceballos, Dr. Gustavo C. Ortíz Ceballos, M. C. Ma. del Rosario Pineda López, M. C. Antonio Andrade Torres, M. C. Patricia Gerez Fernández, Biól. Guillermo Vázquez Domínguez, Dr. Francisco Díaz Fleischer, Biól. Rogelio Lara González.
Objetivos:
- Generar conocimiento en el campo de los procesos demográficos y su aplicación en el manejo integral de los recursos forestales maderables y no maderables.
- Seleccionar individuos promisorios con fines productivos, de conservación o rehabilitación ecológica.
- Generar conocimiento sobre los procesos que regulan la sucesión forestal, los procesos de regeneración, y nodricismo, con la finalidad de proponer la rehabilitación de bosques y plantaciones forestales comerciales.
Descripción: Los recursos forestales han sido reconocidos de manera integral. Se ha superado la visión restringida de sólo pensar en madera. Actualmente se acepta la multiplicidad de recursos bióticos y de servicios ambientales que proporcionan los bosques. Por ello es imprescindible abordar de manera integral, con una base ecológica y con el apoyo de la biotecnología, el manejo sustentable de los bosques.
La diversificación de la producción y su manejo integral es clave hoy en día, para los productores del campo, ya que sus economías son cada vez más susceptibles al fenómeno de la globalización. Entender los procesos que regulan la distribución y abundancia de las poblaciones y comunidades forestales útiles o amenazadas es necesarios para un manejo sostenible y la restauración de los bosques. La ecología forestal proporciona las bases ecológicas para el manejo sustentable e integral de los recursos del bosque, donde los procesos demográficos, sucesión forestal, regeneración y los disturbios son algunos de los temas de estudio más relevantes.
Dentro de ésta línea se han desarrollado estudios demográficos de especies de plantas, económicamente importantes y en peligro de extinción, cuyos resultados nos han dado el camino para poder hacer un manejo dirigido a la conservación de sus poblaciones (ejemplo; Sánchez-Velásquez et al. 2001, 2002, Sánchez-Pineda 2006, Sánchez-Velásquez y Pineda-López 2010, Sánchez-Velásquez et al., en revisión).
Dentro de los mecanismos de sucesión forestal se han realizado estudios relacionados a la restauración, nodricismo y reintroducción de especies económicamente importantes, y especies potenciales para la restauración. Las especies con las que hemos estado trabajando son: Abies religiosa, A. hickelii, Magnolia dealbata, Brosimun alicastrum, Quercus xalapensis y Q. germana. Se están generando conocimientos para la restauración del bosque mesófilo de montaña en el centro de Veracruz con el apoyo de estudios empíricos, experimentales y modelos matemáticos (ejemplo; Sánchez-Velásquez 2003, 2004, Ramírez-Bamonde et al. 2005, Corral–Aguirre y Sánchez-Velásquez 2006, Lara-González et al. 2009, Sánchez-Velásquez et al. 2009).
Además, hemos evaluado el impacto de diferentes perturbaciones sobre la dinámica de los bosques para poder entender los procesos necesarios para conservar o manejar de manera comercial los bosques mexicanos (Pineda-López et al. 2000, Hernández-Vargas et al. 2000, 2001, Sánchez-Velásquez et al. 2002b, Carranza et al. 2003).
Otros artículos y un libro se han publicado con el objetivo de divulgar los avances científicos de esta línea de investigación y que sirva de apoyo a la formación de recursos humanos (Sánchez-Velásquez et al. 2000a, 2000b 2001, Sánchez-Velásquez y Pineda-López 2001a, 2001b, Sánchez-Velásquez et al. 2008). Dentro de esta línea se han integrado cuatro estudiantes de doctorado, se han titulado dos estudiantes de Maestría y cinco de licenciatura, además están en proceso dos tesis de licenciatura. Esta línea ha contado con fondos externos: Fondos Sectoriales CONAFOR-CONACyT, Fundación PRODUCE y CONACYT ciencia básica.
4.1.2.6. FERTILIDAD Y MANEJO BIOLÓGICO DEL SUELO
Responsable: Dr. Ángel I. Ortíz Ceballos.
Colaboradores: M. C. Antonio Andrade Torres, Dr. Lázaro R. Sánchez V., Dr. Jorge Galindo González, M. C. María del Rosario Pineda López, Dr. Gustavo C. Ortíz Ceballos, Dra. Norma Flores Estévez, Dr. Juan Carlos Noa Carrazana, Dr. Carlos Fragoso (INECOL), Dra. Isabel Barois (INECOL), Dr. Francisco Franco (COLPOS).
Objetivos:
- Generar conocimientos sobre los procesos ecológicos y biológicos que regulan la fertilidad del suelo.
- Manejar la actividad de las lombrices de tierra y el uso de cultivos de cobertura para conservar la fertilidad del suelo e incrementar la productividad de las especies cultivadas.
- Desarrollar paquetes tecnológicos alternativos con énfasis al cultivo biológico del suelo.
Descripción: La agricultura tiene dos problemas relacionados, el deterioro progresivo del suelo y la declinación de la producción. El sistema tradicional de roza-quema como forma de uso persistente del suelo tiende a resquebrajarse y a decaer. Si bien con la agricultura convencional se incrementa la producción en forma espectacular no se puede mantener una tecnología infinita con recursos naturales finitos y con un alto costo ambiental.
La perdida de la fertilidad del suelo (particularmente de N) es la principal limitante para incrementar la producción. El segundo paradigma de la Fertilidad del Suelo propone adaptar las plantas a las limitaciones edáficas, optimizar el uso eficiente de los nutrimentos y aumentar la actividad de la biota del suelo.
La línea de investigación genera conocimientos para conservar la fertilidad del suelo y la productividad en los sistemas agrícolas y forestales. Tiene como propósito desarrollar paquetes tecnológicos de producción orgánica con base en el manejo de cultivos de cobertura y la actividad de las lombrices de tierra.
La línea de investigación surge con base en, entre varios sistemas de producción sustentables, el sistema de producción de maíz-nescafé (Mucuna pruriens var. Utilis) que campesinos del sureste de México lo practican desde hace más de 30 años. Para conocer cómo funciona este sistema y antes de transferir esta "tecnología milagrosa", se han realizado estudios con la leguminosa M. pruriens para conocer su habilidad para producir abono verde y suprimir arvenses (Ortiz-Ceballos, 1995; Ortiz-Ceballos y Osorio, 1997), su tasa de descomposición y liberación de nutrimentos (Ortiz-Ceballos et al., 1999a; Ortiz-Ceballos et al., 1999b; Gerónimo et al., 2002).
El impacto de las lombrices de tierra en la fertilidad del suelo y su uso en los agroecosistemas agrícolas y forestales es un tema de gran valoración en la actualidad. La habilidad para manejar su actividad dependerá del conocimiento de su biodiversidad, biología y ecología. La investigación desarrollada con M. pruriens ha generado información sobre su influencia para incrementar la abundancia y biomasa de las lombrices de tierra (Ortiz-Ceballos y Fragoso, 2004; Ortiz-Ceballos et al., 2005), el efecto de su interacción con la actividad de las lombrices de tierra en la captura de N (Ortiz-Ceballos et al., en prensa) y en el rendimiento de maíz (Ortiz-Ceballos et al., 2007), y el probable cuidado parental de las lombrices de tierra. También, en el cultivo de piña se estudia el efecto de M. pruriens y Canavalia ensiformis en el control biológico del nematodo Melodoigyne spp.
4.1.2.7. CONSERVACIÓN, MANEJO Y MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL
Responsable: Dra. Lourdes G. Iglesias Andreu.
Colaboradores: Dr. Mauricio Luna Rodríguez (LATEX, UV), Dr. Pablo Octavio Aguilar (postdoctorante INBIOTECA, UV), Dr. Mario S. Vázquez Torres (CITRO, UV), Dra. Norma Flores Estévez (INBIOTECA, UV), Juan C. Noa Carrazana (INBIOTECA, UV), Dra. Nancy Santana Buzzy (Unidad de Bioquímica y Biología Molecular, CICY), Dr. Felipe Sánchez Teyer (Unidad de Biotecnología, CICY), Dr. Jericó J. Bello Bello (postdoctorante INBIOTECA, UV), Dra. María de Jesús Martínez Hernández, Dr. José Luis Casas Martínez (CIBIO, Universidad de Alicante, España), M en C. Clara Córdova Nieto y Pas. Biól. Maricela Durán Vázquez (INBIOTECA, UV)
Objetivos:
- Realizar estudios de diversidad y estructura genética para establecer estrategias de manejo y conservación de poblaciones vegetales de interés forestal o agronómico en el estado de Veracruz.
- Utilizar herramientas biotecnológicas para el establecimiento, caracterización y manejo de bancos de germoplasma in vitro (construcción de colecciones núcleo en bancos de germoplasma, caracterización y manejo de germoplasma)
- Emplear herramientas biotecnológicas para la mejora genética de plantas (identificación de variedades, selección de fuentes parentales, selección asistida por marcadores, detección de genes valiosos que puedan ser incorporados en el germoplasma de interés).
- Desarrollar estudios de biología reproductiva (Identificación del sistema reproductivo, determinación del grado de alogamia, análisis del sistema de incompatibilidad, identificación temprana del sexo en especies dioicas, identificación del origen hibrido o nuclear en especies apomícticas, determinación de la base genética/epigenética de la expresión del sexo).
Descripción: En los últimos años se ha producido una notoria pérdida de diversidad genética en los acervos genéticos de la mayoría de las especies agrícolas y forestales. El deterioro ha sido tan grande que muchas de ellas se encuentran amenazadas o en peligro de extinción. Ante esta situación se requiere contar con conocimientos precisos de los niveles y distribución de la variación genética ya que estos determinan en gran medida la evolución futura de las poblaciones, su adaptación al medio y su conservación. La biotecnología juega un rol central, para monitorear la variación disponible, establecer estrategias eficientes para la mejora y conservación de los recursos fitogenéticos de importancia agrícola y forestal para el estado de Veracruz.
Dentro de esta LGAC se ha estado trabajando para conocer los niveles de variación existente en diversas poblaciones forestales de Pinus hartwegii Lindl. y Abies spp., con vistas contribuir al manejo y conservación de estos valiosos recursos genéticos (Iglesias et al., 2003, Solís e Iglesias, 2005, Iglesias y Luna, 2007, Iglesias y Tivo,2008). Más recientemente estos trabajos se han extendido al estudio de la diversidad genética de Juglans pyriformis Liebm. y Ceratozamia mexicana Brongn., así como al mejoramiento genético de Capsicum spp. De igual forma se trabaja para lograr una adecuada comprensión de la biología reproductiva de algunas especies de cícadas como C. hildae, C. mexicana y Zamia furfuraceae (Iglesias et al., 2010). Los resultados obtenidos pueden resultar de gran utilidad para emprender otras investigaciones sobre esta temática en otras especies como Vanilla planifolia y Jatropha curcas.
Dentro de esta línea se han titulado 4 estudiantes de Maestría, 6 de licenciatura y 4 de doctorado. En la actualidad están vinculados a la presente LGAC, 5 estudiantes del doctorado en Ecología y Biotecnología del INBIOTECA. Esta línea ha recibido recursos externos de los Fondos Sectoriales CONACyT (CB-2007) y Fundación PRODUCE Veracruz. Se ha participado además, en proyectos conjuntos en convocatorias de Fondos Sectoriales CONAFOR-CONACyT, Fundación Produce de Veracruz, CB-CONACYT y FOMIX.
4.1.2.8. SERVICIOS AMBIENTALES DE LOS SISTEMAS FORESTALES Y AGROFORESTALES
Responsable: M. en C. Ma. del Rosario Pineda López.
Colaboradores: Dr. Ángel I. Ortiz Ceballos, Dr. Jorge Galindo-González, Dr. Gustavo C. Ortiz Ceballos, Dr. Francisco Díaz Fleischer, Dra. Diana F. Pérez Staples, Dr. V. Dinesh Rao, Dr. Lázaro R. Sánchez Velásquez, M. C Antonio Andrade Torres, M. en C. Patricia Gerez Fernández, Biól. Guillermo Vázquez Domínguez.
Objetivos:
- Desarrollar modelos de almacenamiento, flujo y captura de carbono en casos seleccionados de diferentes sistemas forestales y agroforestales en ambientes naturales y bajo manejo.
- Generar escenarios alternos de manejo y protección de ecosistemas para zonas específicas, considerando su aportación en servicios ambientales tales como captura de carbono, biodiversidad, o hidrológicos.
- Evaluar el impacto que el cambio climático tiene sobre la distribución de algunas especies forestales y agroforestales del estado de Veracruz.
- Evaluar la aportación de los sistemas forestales y agroforestales respecto al diseño de medidas de mitigación y adaptación al cambio climático.
- Incorporar a los tomadores de decisiones en un proceso participativo de evaluación, valoración, y definición, a nivel regional y estatal, de las políticas forestales adecuadas relacionadas con el cambio climático.
Descripción: Las modificaciones en el paisaje forestal generadas por los cambios en el uso del suelo y por la intensidad de uso al que está esta sujeto, representan una importante fuente de impactos ecológicos definidos como deforestación y degradación forestal que operan a escalas locales, regionales y globales. Dichas modificaciones afectan la calidad y cantidad de los bienes ambientales (v.g. alimentos, materiales y agua) y de los servicios ambientales (v.g. reciclaje de nutrientes, formación y retención del suelo, flujo y almacenaje del agua, secuestro de carbono, entre otros), que son producto de las funciones ecológicas de los ecosistemas forestales y agroforestales.
Los bienes y los servicios ambientales dependen de las condiciones en que se encuentran los ecosistemas; particularmente la estructura y diversidad presentes en la vegetación son indicadores sensibles a los procesos de cambio climático, así como al deterioro de los mismos, pues influyen directamente en su capacidad intrínseca para proveer dichos los bienes y servicios de interés para la sociedad. En el marco del Programa Veracruzano ante el Cambio Climático el servicio ambiental de captura de carbono constituye una alternativa de manejo de recursos naturales, compatible con la actividad forestal y agroforestal pues favorece un manejo sustentable puesto que enfatiza en la acumulación de biomasa y en incrementar la productividad de los bosques.
El reconocer los efectos negativos que provocará el cambio climático ha obligado a los países a diseñar e impulsar una gran variedad de mecanismos y opciones de mitigación y de adaptación. Para el caso de los ecosistemas forestales, se están diseñando esquemas nacionales, estatales y regionales alrededor de una Estrategia de Reducción de Emisiones por Deforestación y Deterioro (REDD) que promoverá acciones de monitoreo, de manejo y de conservación dirigidas a las áreas forestales y sistemas agroforestales. Estas medidas necesitan del insumo de las entidades de investigación científica para diseñar metodologías y validar información que ayude a verificar los datos provenientes de dichas acciones.
4.1.2.9. IDENTIFICACIÓN DE GENES DE IMPORTANCIA AGRICOLA FORESTAL Y ECOLÓGICA.
Responsable: Dra. Norma Flores Estévez.
Colaboradores: Dr. Juan Carlos Noa Carrazana, Dr. Ángel I. Ortiz Ceballos y Dra. Lourdes G. Iglesias Andreu (INBIOTECA-UV), Dr. Armando Lozada (FCB-UV), Dra. Laura Silva Rosales (CINVESTAV-IPN-Guanajuato).
Objetivos:
- Ampliar el conocimiento que nos lleve a decidir que material biológico es el idóneo para la multiplicación, el mejoramiento y la preservación de las especies presentes en el estado de Veracruz y que tienen una importancia agrícola, forestal, ornamental y ecológica.
Descripción: El mejoramiento y desarrollo de nuevas variedades de plantas requiere de mecanismos eficaces para identificar las características deseables y no deseables de un individuo en particular. Inicialmente, y de acuerdo a la historia de la humanidad, esta identificación se hacía en base a características observables o cuantificables. En la actualidad con los avances en el conocimiento de los mecanismos de la herencia, y sobre todo de la expresión y regulación genética, se ha ampliado el espectro de mecanismos a utilizar para la identificación y seguimiento de los diferentes caracteres, y así facilitar la selección de individuos de acuerdo a sus usos potenciales (producción, conservación de germoplasma, rescate de especies en peligro de extinción, etc.).
La identificación de genes individuales o grupos de genes para utilizarse en el mejoramiento y desarrollo de nuevas variedades de plantas requiere del conocimiento generado por metodologías que permitan la identificación, amplificación y clonación de éstos. La información que derive de éste proceso nos ayudará a conocer cuales y cuántos genes de ellos están implicados en procesos de adaptación, resistencia, etc. A la par, es necesario investigar el proceso de expresión de estos genes, y tratar de vincularlo con la influencia que el individuo recibe del medio y de otros organismos que con él interactúan.
4.1.2.10. EPIGENÉTICA Y REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA EN PLANTAS
Responsable: Dra. Ana Elena Dorantes Acosta y Dr. Mario Alberto Arteaga Vázquez.
Colaboradores: Sergio Martínez Hernández (INBIOTECA-UV), Mauricio Luna Rodriguez (LATEX-UV), Efraín de Luna (INECOL), Jean Philippe Vielle Calzada (LANGEBIO-CINVESTAV IPN), Rich Jorgensen (LANGEBIO-CINVESTAV IPN), Alejandra Covarrubias (IBT-UNAM), Patricia León (IBT-UNAM), José Luis Reyes Taboada (IBT-UNAM), Mónica Santos Mendoza (CICY), Vicki Chandler (Universidad de Arizona-Estados Unidos), Daniel Grimanelli (IRD-Francia), Xuemei Chen (UC Riverside-Estados Unidos), John Bowman (Universidad de Monash-Australia), Juan Caballero Pérez (ISB-Estados Unidos), Jody Banks (Universidad de Purdue-Estados Unidos), Gustavo López Romero (COLPOS-Veracruz).
Objetivos:
- Estudiar y adquirir conocimientos sobre las bases genéticas, epigenéticas y moleculares de los diferentes programas de desarrollo que ocurren durante la vida de las plantas.
- Analizar a nivel genético y molecular la respuesta al estrés biótico y abiótico en las plantas, incluyendo la identificación y el estudio de organismos genéticamente modificados, optimizados para resistir dichas condiciones adversas.
Descripción: Entendemos por epigenética al estudio de cambios heredables en la expresión de genes que no son ocasionados por cambios en la secuencia del DNA. La regulación epigenética de la expresión de genes es fundamental para la existencia de los organismos multicelulares ya que permite que células con precisamente el mismo genoma y por ende el mismo juego de instrucciones genéticas, den lugar a una multitud de fenotipos. La regulación epigenética es esencial para el crecimiento y el desarrollo de los organismos eucariotes y también es responsable del establecimiento, mantenimiento y reversión de la memoria celular no-genética que es capaz de percibir y registrar cambios ambientales y durante el desarrollo. La regulación epigenética del genoma involucra modificaciones químicas del DNA y de sus proteínas asociadas (mediante actividades enzimáticas específicas) que incluyen: la adición de grupos metilo (CH3) en residuos de citosina, también conocida como metilación del DNA, las modificaciones post-traduccionales en las histonas (tanto las colas como los núcleos de las histonas), la incorporación de variantes de histonas, el posicionamiento de los nucleosomas y la función de RNAs no codificantes. La presente Línea de Generación y Aplicación del Conocimiento (LGAC) tiene como fundamento el estudio de mecanismos fundamentales de regulación genética y de control epigenético que es relevante para todos los organismos eucariotes. La relevancia de esta LGAC no esta limitada al campo de las plantas ya que en la última década se ha acumulado evidencia experimental mostrando que las alteraciones en la regulación genética, epigenética y en el silenciamiento de genes mediado por RNA se encuentran involucradas en diversas enfermedades humanas incluyendo el cáncer, diversos desórdenes neurológicos, enfermedades cardiacas y otras condiciones degenerativas.
Las plantas para sobrevivir deben enfrentar retos abióticos y bióticos, tales como cambios de humedad, nutrientes, temperatura y ataques de patógenos. Para hacer frente a estos desafíos las plantas han desarrollado diversos mecanismos que les permiten responder y asegurar su sobrevivencia y la reproducción. Todos estos procesos fisiológicos-adaptativos, así como el programa de desarrollo de los organismos, depende de la regulación de la expresión de los genes, que ocurre a diferentes niveles; desde la síntesis de RNA a la producción y control de la actividad de las proteínas. La regulación traduccional es un punto de control de suma importante cuando hablamos de respuesta celular a estrés, permite cambiar rápidamente la concentración de proteínas en la célula partiendo de los mRNA previamente sintetizados y disponibles, para activar la respuesta que le permita al organismo sobrevivir.
Los organismos genéticamente modificados (OGM) u organismos vivos modificados (OVM) son aquellos organismos vivos que han sido manipulados con técnicas de la biotecnología moderna con el fin de que adquieran una combinación genética novedosa. Los cultivos transgénicos son uno de los productos principales de la biotecnología agrícola y cada vez mas países los están adoptando como alternativa a la agricultura intensiva. El aumento en el uso y distribución de los organismos genéticamente modificados (OGM) y su incorporación en los sistemas agrícolas, plantean la necesidad de llevar a cabo investigaciones científicas que respondan a las interrogantes respecto al impacto ambiental, ecológico y sobre la biodiversidad que los OGM pudieran tener en nuestro país. Este análisis debe hacerse en un enfoque de “caso por caso” y es necesario considerar los aspectos de la biología del cultivo, su relación ecológica, el impacto a la salud y la relación que guarde este OGM con variedades nativas y originarias de México.
5 LGAC registrada por el Dr. Mauricio Luna Rodríguez, quien esta adscrito al Laboratorio de Alta Tecnología de Xalapa (LATEX S. C.).