PID2022-141530NB-C22 - Las perturbaciones como motor de cambios

Sabemos mucho sobre el efecto de las perturbaciones en la demografía de las plantas, incluida la resiliencia conferida por la capacidad de rebrote y los bancos de semillas. Sin embargo, se sabe poco sobre la huella dejada por la perturbación en las poblaciones
sobrevivientes o reclutadas en términos de variación fenotípica y su partición en diferentes escalas de organización que van desde poblaciones hasta módulos subindividuales. Aquí planteamos la hipótesis de que la perturbación aumenta la variación fenotípica a través de sus efectos sobre la composición epigenética de los individuos y las poblaciones, y que tal ampliación del espacio fenotípico tiene consecuencias en la aptitud biológica (fitness) que pueden, al menos en parte, transferirse a la descendencia. Es decir, proponemos que la perturbación es una fuerza creativa que genera novedad genómica y fenotípica en las poblaciones de plantas. Para probar nuestra hipótesis seleccionamos tres especies con historias de vida contrastadas, y proponemos evaluar los cambios
fenotípicos, genéticos y epigenéticos después de una intensa perturbación. Las especies seleccionadas son: Pinus halepensis (pino no rebrotador con conos serotinos), Anthyllis cytisoides (arbusto rebrotador) y Erodium cicutarium (anual). Estudiaremos dos tipos de
perturbaciones, incendios para las especies leñosas y sequía extrema para la anual. Para los pinos (Tarea 1), nuestro objetivo es estudiar en qué medida las diferencias en la precocidad (edad en la primera reproducción) observadas bajo diferentes regímenes de incendios (mayor con mayor actividad de incendios) están controladas por modificaciones epigenéticas. Debido a que los pinos mueren después del fuego y reclutan nuevos individuos, también esperamos cambios genéticos posfuego, por lo que compararemos las modificaciones genéticas y epigenéticas para los mismos individuos. Para A. cytisoides (Tarea 2), nuestro objetivo es estudiar los cambios fenotípicos (hojas, flores, etc) y epigenéticos después de quema experimental (sobreviven y rebrotan después de la quema), considerando la variabilidad individual y subindividual (diferentes módulos, es decir, rebrotes). Para E. cicutarium (Tarea 3), nuestro objetivo es estudiar los cambios fenotípicos y epigenéticos después de una severa sequía experimental (en los individuos sobrevivientes). Para A. cytisoides y E. cicutarium también evaluaremos los efectos transgeneracionales recolectando semillas de los individuos y módulos estudiados, cultivándolas en un invernadero y estudiando sus características fenotípicas. La principal contribución esperable de este proyecto corresponde al ámbito del conocimiento científico básico que promueve la conexión entre dos campos, ecología de la perturbación y epigenética vegetal, cuyas relaciones conceptuales y empíricas permanecen en gran parte inexploradas. Los resultados también tendrán implicaciones en la gestión de los sistemas naturales. Estamos considerando dos tipos de perturbaciones muy importantes (incendios y sequías intensas), con una planta común en nuestros paisajes y que a menudo se usa para la restauración post-incendio (P. halepensis), y una futura especie modelo para análisis epigenéticos (E. cicutarium). De este modo, el proyecto abrirá nuevas oportunidades de investigación, con implicaciones para nuestra comprensión fundamental de la adaptación de las plantas y la elaboración de conceptos novedosos útiles para el desarrollo de acciones de conservación // We know quite a lot on the effect of disturbances on plant demography, including on the resilience conferred by resprouting ability and
seed banks. However, little is known about the fingerprint left by the disturbance on the surviving or recruited populations in terms of phenotypic variation and its partition across different scales of organization ranging from populations to subindividual modules. Here we hypothesize that disturbance enhances phenotypic variation through its effects on the epigenetic make-up of individuals and populations, and that such broadening of the phenotypic space has fitness consequences that can, at least in part, be transferred to the offspring. That is, we propose that disturbance is a creative force that generates genomic and phenotypic novelty in plant populations. To test our hypothesis, we selected three species with contrasted life histories, and we propose to evaluate the phenotypic, genetic and epigenetic changes after intense disturbance. The species selected are: Pinus halepensis (a non-resprouter conifer tree with serotinous cones), Anthyllis cytisoides (a resprouting shrub) and Erodium cicutarium (a fast growing annual). We will study two types of disturbances, fires for the woody species and extreme drought for the annual species, as those disturbances seems a priori the most relevant for each life form. For pines (Task 1), we aim to study to what extent the differences in precocity (i.e., earlier age at first reproduction) observed under different fire regimes (higher precocity in areas with higher fire activity) is controlled by epigenetic modifications. Because pines die after fire and recruit new individuals, we also expect genetic changes in populations following fire, so we will quantify and compare both epigenetic and genetic modifications for the same individuals. For A. cytisoides (Task 2), we aim to study the phenotypic (leaves, flowers, pollinators, fruits) and epigenetic changes after experimental burning (all individuals survive and resprout after burning), considering individual and subindividual variability (different modules, i.e., resprouts). For E. cicutarium (Task 3), we aim to study the phenotypic and epigenetic changes after a severe
experimental drought (in the surviving individuals). For A. cytisoides and E. cicutarium we will also evaluate transgenerational effects by collecting seeds of the studied individuals and modules, growing them in a greenhouse, and studying their phenotypic traits (Task 2.2 and 3.2). The main contribution of this project is in the realm of basic scientific knowledge promoting the connection between two fields, the ecology of disturbance and plant epigenetics, whose conceptual and empirical relationships remains largely unexplored. However, the results have also implications on land management. We are dealing with two highly important kinds of disturbance (intense fires, intense droughts), with a plant that is an important part of our landscapes and often used for postfire restoration (Pinus halepensis), and a future model species for epigenetic analyses (Erodium cicutarium). Thus the project will open new opportunities of research, with implications for our fundamental understanding of the adaptation of plants and elaboration of novel concepts useful for development of conservation actions