Instituto Politécnico Nacional Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional Unidad Sinaloa DEPARTAMENTO DE ACUACULTURA Caracterización y Filogenia de la Región Control del Genoma Mitocondrial de Especies del Género Ictalurus (Pisces: Ictaluridae) en el Noroeste de México TESIS PARA OBTENER EL GRADO DE: MAESTRIA EN RECURSOS NATURALES Y MEDIO AMBIENTE PRESENTA: Sarahí Vega Heredia Guasave, Sinaloa, Diciembre del 2007 Contenido Resumen xiii Introducción 1 Antecedentes 4 Caracteristicas de la familia Ictaluridae 4 Caracteristicas y problemática del género Ictalurus 6 Hibridación y diversidad génetica 9 Caracteristicas del genoma mitocondrial 11 Región control o del asa de desplazamiento 13 Replicación del mtDNA 14 Replicación y transcripción del mtDNA de mamíferos 15 Genes mitocondriales más utilizados en la filogenia de peces 16 La filogenia 18 Filogenia del género Ictalurus 20 Hipótesis 23 Objetivo general 23 Objetivos especificos 23 Materiales y métodos 24 Muestreos de campo e identificación de las especies 24 Extracción y análisis del DNA 24 Diseño de oligonucleótidos 26 Amplificación por PCR y PCR gradiente 27 Purificación y secuenciación 28 Analisis de secuencias y filogenia 28 Resultados 30 Análisis del DNA total y las secuencias de la región control 30 Secuenciación y composición de bases nucleotídicas de la región control 30 Estructura de la región control 31 Inferencia filogenética 40 Discusión 44 ii Longitud y composición de bases nucleotidicas de la region control de 44 Ictalurus Estrutura de la región control 45 Inferencia filogenética 48 Conclusiones 50 Literatura citada 51 iii Lista de tablas Tabla Página I Clasificación taxonómica del género Ictalurus de acuerdo a 5 Lundberg (1992) II Lista de localidades de recolecta de los bágres nativos y 25 exóticos utilizados en este estudio III Características de los oligonucleótidos diseñados para la 27 amplificación por PCR de la región control IV Composición de nucleótidos en la región control del género 31 Ictalurus y su comparación con otros Siluriformes seleccionados V Longitud y composición de los dominios derecho, central e 37 izquierdo de la región control de las especies estudiadas iv Lista de figuras Figura Página 1 Fotografía del bagre Yaqui, Ictalurus pricei (foto A. Varela 7 Romero). 2 Mapa del genoma mitocondrial de vertebrados modificado de 13 Waldbieser et al., (2003). 3 Relaciones filogenéticas de los bagres del género Ictalurus, 20 modificado de Lundberg (1992). 4 Relaciones filogenéticas del género Ictalurus por medio del gen cyt- 22 b del mtDNA de acuerdo a los método de máxima parsimonia y máxima verosimilitud (Varela-Romero, 2007). 5 Localización de los oligonucleótidos utilizados en este estudio. 26 6 Amplicónes de la región control de I. pricei 43 y 45, I. cf. pricei 30 (Batopilas), I. cf. pricei (Tutuaca) e I. furcatus. 7 Alineamiento de las secuencias de la región control de I. pricei 43 y 33 45, I. cf. pricei (Tutuaca), I. cf. pricei (Batopilas) e I. furcatus 8 Alineamiento de las secuencias asociadas a la terminación (TAS) de 34 la síntesis de la cadena pesada en el dominio izquierdo de la región control de las especies estudiadas. 9 Alineamiento de las secuencias conservadas en el dominio central de 38 la región control de las especies estudiadas. 10 Alineamiento de los bloques de secuencias conservadas (CSB) en la 39 región control de las especies estudiadas. v 11 Topología del árbol de la región control de Ictalurus obtenida de 41 acuerdo al criterio Neighbor-Joining. 12 Topología del árbol de la región control de Ictalurus obtenida de 42 acuerdo al análisis de máxima parsimonia. 13 Topología del árbol de la región control de Ictalurus obtenida de 43 acuerdo al análisis de máxima verosimilitud. vi DEDICATORIA A mis padres Margarita Heredia Q. y Sergio Vega C. por creer en mí y darme su apoyo incondicional. Los amo. A mis hermanos Sergio, Paúl, Tania y Tania por apoyarme en mis decisiones por muy descabelladas que sean. A mi tía Martha Heredia Q. que ha sido una segunda mamá para mí. A mi perrita la Pulga, que me llena de felicidad. A mis mejores amigos Carmen, Carlos de cariño Yiyo y Yetzabel gracias por los bellos momentos que me han hecho y hacen pasar a su lado. Por siempre amigos. A la Dra. Gloria Yepiz Plascencia, Perduraran siempre en mi todas sus enseñanzas, logro transmitirme el amor que siente por la ciencia, es por eso que ningún obstáculo logro vencerme. La quiero mucho mucho!, mi más grande admiración para usted. vii AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS Al laboratorio de Biología molecular de Organismos Acuáticos (LBMOA) por dejarme tener el inmenso orgullo de haber pertenecido a su grupo de investigación. A mi asesor Dr. Alejandro Varela por su asesoria, cariño, paciencia, por formarme no solo profesionalmente si no también mi parte humana, ya que eres un excelente ser humano a quien yo aprecio y admiro profundamente. Siempre estare agradecida con la vida por haberte cruzado en mi camino, me siento muy orgullosa de haber sido tu alumna Jefe. A mi asesor Dr. Juan Carlos Sainz ya que creyó en mi en uno de los momentos más dificiles de mi vida, ayudándome a realizar el trabajo de investigación que yo quería en el laboratorio de LBMOA del CIAD. Gracias por la energía positiva que siempre me transmitiste para que no decayera mi ánimo. A CIAD Hermosillo, porque siempre me recibe con los brazos abiertos y por contribuir en mi formación profesional. Al Departamento de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de la Universidad de Sonora (DICTUS) por darme tanta paz y apoyo cuando trabaje en sus instalaciones. Al Instituto Politécnico Nacional por la beca que me otorgó. Al CIIDIR Sinaloa por mostrarme que yo puedo vencer cualquier obstáculo que se me presente en la vida. Sin viento el papalote no puede volar. A mis amigos del LBMOA Oliviert Martínez, Carmen Contreras, Antonio García, José Gpe. Soñanez, Mariana Rodríguez, Aldo Arvízu, Martín Bustillos, Emmanuel Aispuro y Alejandro Varela, todo fue más fácil teniendolos a mi lado, sus palabras de apoyo fueron claves para que yo culminara esta meta. viii A la Dra. Adriana Muhlia por sus acertados consejos en todo momento. A la M. C. Alma B. Peregrino que fue quien me enseño las bases para trabajar y ser eficiente en el laboratorio. A los miembros de mi comité de tesis, Dra. Gloria Yepiz Plascencia, Dr. Antonio Luna González, Dr. Héctor Abelardo González Ocampo por su apoyo y su contribución a este trabajo. Al Departamento de Acuacultura del CIIDIR por aceptarme como su alumna. A la Dirección de Tecnologías de Alimentos de Origen Animal (DTAOA) del CIAD. A mis amigos de generación de la maestría Manuel, Xochitl y Malú Omar por creer en mi a un en los malos momentos. Al M. C. Santiago Jaime Reyes Herrera por su apoyo y su sabiduria en la toma de decisiónes en momentos dificiles. A Don Roberto Urías, Dorin Ortíz, Celestino Várgas, Ricardo Baez, Dra. Teresa L. Espinosa, M. C. Diana Escobedo, Dr. Miguel A. Apodaca todos ellos son muy valiosos para el desarrollo del CIIDIR-Sinaloa. Y a Doña Ofe por su bondad. A Ana Victoria Moran Bustamante quien se atrevio a rentar con migo en este año que vivi aqui en Hermosillo, por tolerarme, quererme, preocuparse por mi porque no avisaba cuando llegaba tarde o no llegaba a casa ups!!!!!, por compartir conmigo su forma tan positiva de ver la vida. A la familia Mena Caro en especial a María del Carmen Caro Villaseñor y Omar Mena Caro quienes me permitieron formar parte de su familia. A la familia Spinola Quezada en especial a mi tía querida Josefina Quezada Luque. ix Y por su puesto a ti mi músico querido Juan Carrillo, que no te das por vencido ante los obstáculos que te a puesto la vida. A todas aquellas personas que me han apoyado y porque no también, a aquellas personas que han puesto obstáculos en mi camino y en mi superación. Agradezco también a mi perseverancia ya que en un largo viaje lo realmente interesante está en las experiencias del trayecto. x Este trabajo de Maestría fue realizado en el laboratorio de Biología Molecular de Organismos Acuáticos dentro de la Dirección de Tecnologías de Alimentos de Origen Animal en el Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD, AC) y en el Departamento de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de la Universidad de Sonora (DICTUS) xi Resumen El género Ictalurus es el único miembro de la familia Ictaluridae registrado en México, cuenta con especies muy utilizadas en la acuacultura, pesca deportiva y comercial (I. furcatus e I. punctatus) y con especies enlistadas dentro la Norma Oficial Mexicana (NOM-059-SEMARNAT-2001). El bagre Yaqui (I. pricei) se encuentra en la categoría de protección especial debido al impacto de las actividades productivas de la región. La introducción de bagres exóticos como I. punctatus e I. furcatus a las cuencas hidrólogicas donde el bagre Yaqui habita, ha ocasionado la reducción de su abundancia y distribución, ademas de promover su hibridación. La región control es la más variable del genoma mitocondrial, ya que presenta secuencias muy conservadas entre los vertebrados como las secuencias asociadas a la terminación de su replicación (TAS) y bloques de secuencias conservadas (CSB), además de secuencias hipervariables, que están involucradas en la replicación y transcripción mitocondrial. Debido a la heterogeneidad de sus secuencias, esta región ha sido utilizada para estudiar problemas filogenéticos diferenciando genéticamente a grupos estrechamente relacionados a nivel de especie e individuos. El objetivo de esta investigación es caracterizar la estructura de la región control y utilizarla para evaluar las relaciones filogenéticas de los bagres Ictalurus pricei, I. cf. pricei (río Batopilas), I. cf. pricei (río Tutuaca) e I. furcatus. El DNA fue obtenido de tejido de la aleta pélvica y para la amplificación de la región control se diseñaron oligonucleotidos de regiones que la flanquean.