La domesticación de las plantas es un proceso de selección artificial mediante el cual se han seleccionado y fijado rasgos fenotípicos para satisfacer necesidades particulares de los seres humanos. Las plantas cultivadas comparten rasgos conocidos como 'síndrome de domesticación' que las distingue fenotípicamente de sus parientes silvestres. Proponemos analizar la relación entre la visitación y eficiencia de los polinizadores con las características florales y de recompensa de especies cultivadas y silvestres del género Cucurbita y su posible relación con la domesticación.
Mesoamérica es uno de los principales centros de domesticación de cultivos de gran interés cultural y nutricional como maíz, calabaza, frijol, chile. Uno de los ejemplos de domesticación más importantes a nivel mundial es la calabaza, Cucurbita sp. que se originó en México, y que comprende la transformación de formas silvestres a cultivadas de más de quince especies. Actualmente, varias de estas especies se cultivan en todo el mundo y representan una de las fuentes de alimentación más importantes a nivel local y mundial. Algunas características de las especies domesticadas de Cucurbita que las diferencian de sus parientes silvestres incluyen: hojas y flores más grandes, frutos más grandes con menos semillas, y de coloración diversa, cortezas más delgadas y menos duraderas, pulpa más gruesa y menos amarga.
La domesticación cambia el fenotipo de la planta, afectando al genoma y las interacciones bióticas. Existe información que demuestra que cambios en la densidad de plantas cultivadas en campos agrícolas y la siembra fuera de su hábitat de origen, hacen que estas plantas sean más susceptibles a las plagas. Sin embargo, un tema poco explorado es el posible efecto de la domesticación sobre las interacciones mutualistas, con consecuencias directas sobre el servicio de polinización, eficiencia reproductiva y la seguridad alimentaria humana. La polinización es una interacción mutualista en la que las plantas obtienen por vía sexual su progenie (i.e. semillas) y los polinizadores obtienen alimento y otros recursos de las recompensas florales (e.g. néctar, polen, aceites, etc.). El néctar es considerado la recompensa floral más importante para los polinizadores. Además, puede proveer un nicho para microorganismos que aprovechan su alto contenido nutricional y energético (p. ej. levaduras y bacterias). Sin embargo, se ha demostrado que puede tener propiedades antimicrobianas limitando el crecimiento de microorganismos. Al conjunto de todos los microorganismos en el néctar se le denomina microbiota. La microbiota floral puede tener un gran impacto en la composición química del néctar, ya que estos microorganismos modifican el pH, la composición y concentración de azúcares y aminoácidos, la temperatura y el olor del néctar?. Existe poca información sobre las consecuencias de la domesticación sobre la composición del néctar. Estos cambios podrían afectar el comportamiento de los polinizadores y tener un impacto en el éxito reproductivo de las plantas?; sin embargo, la información disponible sobre esta relación es escasa. Las flores unisexuales de Cucurbita requieren de polinización animal para la producción de frutos y los principales polinizadores son abejas de los géneros Peponapis y Xenoglossa, aunque otros géneros son visitantes florales frecuentes. Entre estos grupos de abejas y las calabazas existe una historia evolutiva y ecológica especializada. En esta interacción, se espera que la adecuación (""fitness"") de Peponapis y Xenoglossa dependan de las flores de Cucurbita, ya que utilizan el polen y néctar para la alimentación de las larvas y adultos e incluso las propiedades antibióticas del néctar; a su vez la adecuación de Cucurbita depende de la transferencia efectiva de polen que estas abejas realizan.
La presente propuesta propone analizar la relación entre la visitación y eficiencia de los polinizadores con las características florales y de recompensa de especies cultivadas y silvestres del género Cucurbita y su posible relación con la domesticación. Proponemos analizar la relación de la microbiota del néctar y el polen con el mutualismo de abejas polinizadores de los géneros Peponapis y Xenoglossa por medio de técnicas metagenómicas. Además, proponemos analizar, por primera vez, el efecto que podría tener la microbiota sobre la interacción planta-polinizador y sus consecuencias en la eficiencia reproductiva y el flujo génico vía polen de plantas.
México es uno de los centros de origen y domesticación vegetal más importantes del mundo (Ashworth et al. 2009), donde coexisten cultivos nativos con sus parientes domesticados y silvestres (Bye y Linares 2001). En el país se cultivan más de 316 especies de plantas, 286 utilizadas como alimentos, de las cuales el 85 % dependen de la polinización mediada principalmente por abejas (Ashworth et al. 2009). En México, el valor de la polinización en la producción agrícola se estima en 43 mil millones de pesos anuales (Ashworth et al. 2009; Quesada et al. 2011). Sin embargo, a pesar de ser un proceso fundamental en la producción agrícola, la eficiencia de la polinización en la reproducción de cultivos caracterizada por especie de polinizador ha sido escasamente evaluada. La historia evolutiva compartida entre las plantas nativas y sus polinizadores nativos, ha resultado en un sistema de polinización más especializado, por tanto, se espera que esta interacción sea altamente eficiente (Ashworth et al. 2009; Gibbs et al. 2016; Frier et al. 2016). Un ejemplo importante para México es el de la interacción especializada de las abejas nativas de las calabazas del género Peponapis/Xenoglossa que son los polinizadores más efectivos en la producción de frutos de calabazas (Cucurbita spp.) ( López-Uribe et al. 2016, Delgado-Carrillo et al. 2018). Sin embargo, se conoce poco de la historia natural y la ecología evolutiva de las calabazas y sus polinizadores, a pesar de ser uno de los cultivos endémicos más importantes de Mesoamérica y un elemento importante del sistema de la milpa desde tiempos precolombinos hasta la fecha. En esta interacción planta-polinizador, se espera que la adecuación de Peponapis/Xenoglossa dependa de las flores de Cucurbita ya que utilizan el polen y néctar para la alimentación de las larvas y adultos (Hurd et al. 1971, Delgado-Carrillo et al. 2017); a su vez, la adecuación de Cucurbita podría depender de la polinización de estas abejas. Consecuentemente, la polinización eficiente de estas abejas produce frutos y semillas, vía reproducción sexual, y los polinizadores obtienen recursos florales (néctar, polen, aceites florales etc.) como recompensa y quizá también podrían utilizar sus propiedades antibióticas. El néctar es considerado la recompensa floral más importante para los polinizadores (Canto and Herrera 2012, Aizenberg-Gershtein et al. 2013), debido a que es una solución de alto contenido energético y nutricional. El néctar provee alimento a los polinizadores y a la vez constituye un nicho especial para una microbiota que puede mediar la interacción entre las flores y sus polinizadores (p. ej. levaduras y bacterias) (Carter et al. 2007, Álvarez-Pérez et al. 2019). La composición de la microbiota del néctar dependerá en gran medida del tipo de polinizador que visita las plantas hospederas (Belisle et al. 2012, De Vega and Herrera 2013, Mittelbach et al. 2015, Canto et al. 2017). Esta microbiota puede alterar la composición química de su hábitat consumiendo los nutrientes disponibles y/o liberando subproductos metabólicos (Herrera et al. 2008, Vannette and Fukami 2018), los cuales, a su vez, pueden afectar el comportamiento de los polinizadores y tener un impacto en el éxito reproductivo de las plantas (Klaps et al. 2020). Sin embargo, aún no existen estudios que evalúen la capacidad del néctar floral de albergar comunidades de microorganismos y sus posibles efectos sobre la composición química del néctar de este género de plantas. Tampoco se conoce el efecto que podría tener la microbiota sobre la interacción planta-polinizador y sus consecuencias en la eficiencia reproductiva y el flujo génico vía polen de plantas. Este será uno de los primeros estudios que evaluará el microbioma del néctar floral mediante análisis metagenómicos con la finalidad de analizar la riqueza total de especies de microorganismos presentes en el néctar floral. Proponemos desarrollar en el Laboratorio Nacional de Análisis y Síntesis Ecológica (LANASE) una plataforma de secuenciación de nueva generación para desarrollar una nueva área especializada en materia de metagenómica y meta-barcoding. Las técnicas de metagenómica y metabarcoding han abierto la posibilidad de realizar estudios sobre biodiversidad, interacciones bióticas y comunidades de microorganismos en su entorno natural, evitando la necesidad de aislar y cultivar cada una de las especies que componen estas comunidades de microorganismos.