Skip to main content

Advertisement

SpringerLink
Log in

From Isozymes to Genomics: Population Genetics and Conservation of Agave in México

  • Published:
The Botanical Review Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Mexico is a megadiverse country, but less than 54 % of its original vegetation still remains. In particular Mexican deserts and arid and semiarid ecosystems harbor a large number of endemic taxa, and the genus Agave is an outstanding example. Agave is one of the largest genera of the Mexican flora, including a total estimated number of 200 species, 74 % of them endemic to the country. Agave is also one of the Mexican plant genera with more population genetic studies. We describe here studies in 22 Agave species using different genetic markers. For the genus we found on average a high level of genetic variation, H s  = 0.19, and a low genetic differentiation, F st  = 0.15. We identify some species that should be subject to special conservation genetic efforts, in particular the endangered A. victoriae-reginae and both wild populations and landraces of A. angustifolia, including the cultivated A. tequilana.

Resumen

Aunque México es un país megadiverso, actualmente permanece menos del 54 % de su vegetación original. Los desiertos y ecosistemas áridos y semiáridos del país contienen un número muy alto de taxa endémicos, y el género Agave es un ejemplo notable. Agave es uno de los géneros con más especies de la flora Mexicana, incluyendo un total estimado de 200, 74 % de ellas endémicas al país. También es uno de los géneros Mexicanos de plantas con mayor número de estudios de genética de poblaciones. En este artículo describimos estudios en 22 especies de Agave usando diferentes marcadores genéticos. El género en promedio tiene altos niveles de variación genética, H s  = 0.19, y una baja diferenciación, F st  = 0.15. Identificamos especies donde debe hacerse un esfuerzo especial en relación a su genética de la conservación, en particular A. victoriae-reginae, una especie amenazada y A. angustifolia tanto a sus poblaciones silvestres, como a sus variedades cultivadas incluyendo a A. tequilana.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1

Similar content being viewed by others

Literature Cited

  • Abraham-Juarez, M. J., A. Martinez-Hernandez, M. A. Leyva-Gonzalez, L. Herrera-Estrella & J. Simpson. 2010. Class I KNOX genes are associated with organogenesis during bulbil formation in Agave tequilana. Journal of Experimental Botany 61: 4055–4067.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Aguirre, X. 2004. Genética de poblaciones de dos especies mezcaleras: Agave cupreta y A. potatorum. Tesis de Licienciatura, Biología, Facultad de Ciencias, UNAM, México.

  • Alfaro-Rojas, G., J. P. Legaria-Solano & J. E. Rodríguez Pérez. 2006. Diversidad genética en poblaciones de agaves pulqueros (Agave spp.) del nororiente del Estado de México. Revista Fitotecnia Mexicana 30: 1–2.

    Google Scholar 

  • Barraza-Morales, A., F. L. Sánchez-Teyer, M. Robert, M. Esqueda & A. Gardea. 2006. Variabilidad genética en Agave angustifolia Haw. de la Sierra Sonorense, México, determinada con marcadores AFLP. Revista Fitotecnia Mexicana 29: 1–8.

    Google Scholar 

  • Bonin, A., D. Ehrich & S. Manel. 2007. Statistical analysis of amplified fragment length polymorphism data: A toolbox for molecular ecologists and evolutionists. Molecular Ecology 16: 3737–3758.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Callmander, M. W., G. E. Schatz & P. P. Lowry II. 2005. IUCN Red List assessment and the Global Strategy for Plant Conservation: Taxonomists must act now. Taxon 54: 1047–1050.

    Article  Google Scholar 

  • Challenger, A. & R. Dirzo. 2009. Factores de cambio y estado de la biodiversidad. Pp 37–73. In: R. Dirzo, R. González, & I. J. March (eds). Conocimiento actual desde la biodiversidad, Capital Natural de México, Vol. 2. CONABIO, México, D.F., México.

    Google Scholar 

  • Colín, R. 2006. Análisis de la diversidad genética y estructura poblacional de Agave xylonacantha (Agavaceae) utilizando “Inter Simple Sequence Repets” (ISSR) como marcador molecular. Tesis de Licenciatura, Biología. Facultad de Ciencias, UNAM, D.F., México.

  • Colunga-García Marín, P., J. Coello-Coello, L. Eguiarte & D. Piñero. 1999. Isoenzymatic variation and phylogenetic relations between henequén Agave furcroydes Lem. and its wild ancestor A.angustifolia Haw. American Journal of Botany 86: 115–123.

    Article  Google Scholar 

  • Crawford, D. J. 1983. Phylogenetic and systematic inferences from electrophoretic studies. Pp 237–287. In: S. D. Tanksley & T. J. Orton (eds). Isozymes in plant genetics and breeding, part A. Elsevier, Amsterdam.

    Google Scholar 

  • Eckert, A. J., J. van Heerwaarden, J. L. Wegrzyn, C. D. Nelson, J. Ross-Ibarra, S. C. González-Martínez & D. B. Neale. 2010. Patterns of population structure and environmental associations to aridity across the range of Loblolly Pine (Pinus taeda L., Pinaceae). Genetics 185: 969–982.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Eguiarte, L. E., J. Larson-Guerra, J. Nuñez-Farfán, A. Martínez-Palacios, K. Santos del Prado & H. T. Arita. 1999. Diversidad filogenética y conservación: ejemplos a diferentes escalas y una propuesta a nivel poblacional para Agave victoria-reginae en el desierto de Chihuahaua, México. Revista Chilena de Historia Natural 72: 475–492.

    Google Scholar 

  • ———, V. Souza & A. Silva-Montellano. 2000. Evolución de la familia Agavaceae: Filogenia, biología reproductiva y genética de poblaciones. Boletín de la Sociedad Botánica de México 66: 131–150.

    Google Scholar 

  • ——— & ———. 2007. Historia natural del Agave y sus parientes: Evolución y Ecología. Pp 3–21. In: P. Colunga-García Marín, A. Larqué Saavedra, L. E. Eguiarte, & D. Zizumbo-Villareal (eds). En lo ancestral hay futuro: del tequila, los mezcales y otros agaves. Cicy, Mérida, Yucatán, México.

    Google Scholar 

  • ———, E. Scheinvar, M. Rocha, A. González, K. Arzate, A. Trujillo & L. Trejo. 2008. Ecología, genética y biología de la conservación de las poblaciones del género Agave de la Reserva de la Biosfera de la Barranca de Metztitlán, Hidalgo. Informe técnico final. Proyecto Semarnat-Conacyt C01-0246. México, D.F., México.

  • Espinosa-Organista, D., S. Ocegueda-Cruz, C. Aguilar-Zúñiga, O. Flores-Villela & J. Llorente-Bousquets. 2008. El conocimiento biogeográfico de las especies y su regionalización natural. Pp 33–65. In: J. Soberón, G. Halffer, & J. Llorente-Bousquets (eds). Compiladores, Conocimiento actual desde la biodiversidad, Capital Natural de México, Vol. 1. CONABIO, Méx, D.F., México.

    Google Scholar 

  • Figueredo, C. J. & J. M. Nassar. 2011. Population genetics of Agave cocui: evidence for low genetic diversity at the southern geographic limit of genus Agave. Journal of Heredity 102: 306–314.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • Flores-Abreu, N. I. 2007. Filogenia y coevolución entre las Agavaceae y sus polinizadores. Tesis de Maestría en Ciencias Biológicas, Instituto de Ecología, UNAM, Méx, D.F., México.

  • Galván, R. & L. Hernández-Sandoval. 2002. Agave garciae-mendozae, a new species from central Mexico. Cactus and Succulent Journal 74: 188–191.

    Google Scholar 

  • García-Mendoza, A.J. 2001. Revisión del género Furcraea (Agavaceae). Tesis de Doctorado en Ciencias (Biología), Facultad de Ciencias, UNAM, Méx, D.F., México.

  • García-Mendoza, A. J. 2002. Distribution of Agave (Agavaceae) in Mexico. Cactus and Succulent Journal 74: 177–186.

    Google Scholar 

  • ——— 2004. Agavaceae. Pp 159–170. In: A. J. García Mendoza, M. J. Ordoñez, & M. Briones Salas (eds). Biodiversidad de Oaxaca. Instituto de Biología, UNAM, Fondo Oaxaqueño para la conservación de la Naturaleza, World Wildlife Fund, México.

    Google Scholar 

  • Gentry, H. S. 1982. Agaves of continental North America. The University of Arizona Press, Tucson, USA.

    Google Scholar 

  • Gil-Vega, K., M. Gonzalez-Chavira, O. Martínez de la Vega, J. Simpson & G. Vandemark. 2001. Analysis of genetic diversity in Agave tequilana var. Azul using RAPD markers. Euphytica 119: 335–341.

    Article  Google Scholar 

  • ———, C. Diaz, A. Nava-Cedillo & J. Simpson. 2006. AFLP analysis of Agave tequilana varieties. Plant Science 170: 904–909.

    Article  CAS  Google Scholar 

  • González, A. 2004. Biología reproductiva y genética de poblaciones de Agave garciae-mendozae. Tesis de licienciatura. Facultad de Ciencias, UNAM, México, D.F., México.

    Google Scholar 

  • ——— & X. Aguirre. 2007. Inter Simple Sequence Repeats (ISSRs). Pp 567–572. In: L. E. Eguiarte, V. Souza, & X. Aguirre (eds). Ecología Molecular. INE, SEMARNAT, CONABIO, UNAM, México, D.F., México.

    Google Scholar 

  • González-Elizondo, M. S., M. González-Elizondo, I. López-Enríquez, L. Reséndiz-Rojas, J. A. Tena-Flores & F. I. Retana-Rentería. 2011. El complejo Agave victoriae-reginae (Agavaceae). Acta Botánica Mexicana 95: 65–94.

    Google Scholar 

  • Good-Avila, S. V., V. Souza, B. S. Gaut & L. E. Eguiarte. 2006. Timing and rate of speciation in Agave (Agavaceae). Proceedings of the National Academy of Sciences 103: 9124–9129.

    Article  CAS  Google Scholar 

  • Henderson, A. 2002. Evolution and ecology of palms. The New York Botanical Gerden Press, Bronx, NY, USA.

    Google Scholar 

  • Llorente-Bousquets, J. & S. Ocegueda. 2008. Estado del Conocimiento de la Biota. Pp 283–322. In: J. Soberón, G. Halffer, & J. Llorente-Bousquets (eds). Compiladores, Conocimiento actual desde la biodiversidad, Capital Natural de México, Vol. 1. CONABIO, Méx, D.F., México.

    Google Scholar 

  • Martinez-Palacios, A., L. E. Eguiarte & G. R. Furnier. 1999. Genetic diversity of the endangered endemic Agave victoriae-reginae (Agavaceae) in the Chihuahuan Desert. American Journal of Botany 86: 1093–1098.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Mittermeier, R. A., C. Goettsch-Mittermeier & P. Robles Gil. 1997. Megadiversidad: los países biológicamente más ricos del mundo. Cemex- Agrupación Sierra Madre, México.

    Google Scholar 

  • Navarro-Quezada, A. R., F. M.-F. Gonzalez-Chauvet & L. E. Eguiarte. 2003. Genetic differentiation in the Agave deserti (Agavaceae) complex of the Sonoran desert. Heredity 90: 220–227.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Nybom, H. 2004. Comparison of different nuclear DNA markers for estimating intraspecific genetic diversity in plants. Molecular Ecology 13: 1143–1155.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • ——— & I. Bartish. 2000. Effects of life history traits and sampling strategies on genetic diversity estimates obtained with RAPD markers in plants. Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics 3: 93–114.

    Article  Google Scholar 

  • Parker, K. C., J. L. Hamrick, W. C. Hodgson, D. W. Trapnel, A. J. Parker & R. K. Kuzoff. 2007. Genetic consequences of pre-Columbian cultivation for Agave murpheyi and A. delamateri (Agavaceae). American Journal of Botany 94: 1479–1490.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • ———, D. W. Trapnell, J. L. Hamrick, W. C. Hodgson & A. J. Parker. 2010. Inferring ancient Agave cultivation practices from contemporary genetic patterns. Molecular Ecology 19: 1622–1637.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • Piñero, D. 2008. La diversidad genética como instrumento para la conservación y el aprovechamiento de la biodversidad: estudio en especies Mexicanas. Pp 437–494. In: J. Soberón, G. Halffer, & J. Llorente-Bousquets (eds). Conocimiento actual desde la biodiversidad, Capital Natural de México, Vol. 1. CONABIO, México, D.F., México.

    Google Scholar 

  • Pritchard, J. K., M. Stephens & P. Donnelly. 2000. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155: 945–959.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Rives, R. C. 2009. Diversidad clonal y estructura genética espacial en escala fina de Agave striata Zucc. Tesis de licenciatura. Facultad de Ciencias, UNAM, México, D.F., México.

  • Rocha, M. 2006. Ecología evolutiva comparada en cinco especies de Agave. Tesis de doctorado. Posgrado de Ciencias Biológicas, UNAM, México, D.F., México.

  • ———, A. Valera & L. E. Eguiarte. 2005. Reproductive ecology of five sympatric Agave Littaea (Agavaceae) species in central Mexico. American Journal of Botany 92: 1330–1341.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • ———, S. V. Good-Avila, F. Molina-Freaner, H. Arita, A. Castillo, A. García-Mendoza, A. Silva-Montellano, B. S. Gaut, V. Souza & L. E. Eguiarte. 2006. Pollination biology and adaptive radiation of Agavaceae, with special emphasis in the genus Agave. Aliso 22: 327–342.

    Google Scholar 

  • Rzedowski, J. 1993. Diversity and origins of the phanerogamic flora of México. Pp 109–144. In: T. P. Ramamoorthy, R. Bye, A. Lot, & J. Fa (eds). Biological diversity of Mexico: Origins and distribution. Oxford University Press, New York, USA.

    Google Scholar 

  • Sánchez-Teyer, F., S. Moreno-Salazar, M. Esqueda, A. Barraza & M. L. Robert. 2009. Genetic variability of wild Agave angustifolia populations based on AFLP: A basic study for conservation. Journal of Arid Environments 73: 611–616.

    Article  Google Scholar 

  • Scheinvar, G. E. 2008. Genética de poblaciones y biología reproductiva en especies mezcaleras. Tesis de Maestría en Ciencias Biológicas, Instituto de Ecología, UNAM. Mexico. D.F., México.

  • Silva-Montellano, A. 2001. Ecología reproductiva y genética de poblaciones de Agave lechuguilla (Torr.) en un gradiente latitudinal. Tesis de Doctorado, Instituto de Ecología, UNAM, Mexico. D.F., México.

  • ——— & L. E. Eguiarte. 2003a. Geographic patterns in the reproductive ecology of Agave lechuguilla (Agavaceae) in the Chihuahuan desert. I. Floral characteristics, visitors, and fecundity. American Journal of Botany 90: 377–387.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • ——— & ———. 2003b. Geographic patterns in the reproductive ecology of Agave lechuguilla (Agavaceae) in the Chihuahuan Desert. II. Genetic variation, differentiation, and inbreeding estimates. American Journal of Botany 90: 700–706.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • Simpson, J., A. Martínez Hernádez, M. J. Abraham Juárez, S. Delgado Sandoval, A. Sánchez Villarreal & C. Cortes- Romero. 2011. Genomic resources and transcriptome mining in Agave tequilana GCB. Bioenergy 3: 25–36.

    CAS  Google Scholar 

  • Tambutti, M. 2002. Patrones de diversidad del género Agave en México: una síntesis para su conservación. Tesis de Licenciatura, Facultad de Ciencias, UNAM, México, D.F., México.

  • Tomlinson, P. B. & P. K. Soderholm. 1975. The flowering and fruiting of Corypha elata in South Florida. Principes 19: 83–99.

    Google Scholar 

  • Trejo, L. 2006. Genética de poblaciones de Agave striata Zucc. Maestría en Ciencias Biológicas, UNAM, D.F., México.

  • Turner, T. L., E. C. Bourne, E. J. Von Wettberg, T. T. Hu & S. V. Nuzhdin. 2010. Population resequencing reveals local adaptation of Arabidopsis lyrata to serpentine soils. Nature Genetics 42: 260–263.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  • van Heerwaarden, J., J. Ross-Ibarra, J. Doebley, J. C. Glaubitz, J. J. Sánchez-González, B. Gaut & L. E. Eguiarte. 2010. Fine scale genetic structure in the wild ancestor of maize (Zea mays spp. parviglumis). Molecular Ecology 19: 1162–1173.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • ———, J. Doebley, W. H. Briggs, J. C. Glaubitz, M. M. Goodman, J. J. Sanchez Gonzalez & J. Ross-Ibarra. 2011. Genetic signals of origin, spread, and introgression in a large sample of maize landraces. Proceedings of the National Academy of Sciences 108: 1088–1092.

    Article  Google Scholar 

  • Vargas-Ponce, O., D. Zizumbo-Villarreal, J. Martínez-Castillo, J. Coello-Coello & M. P. Colunga-García. 2009. Diversity and structure of landraces of Agave grown for spirits under traditional agriculture: a comparison with wild populations of A. angustifolia (Agavaceae) and commercial plantations of A. tequilana. American Journal of Botany 96: 448–457.

    Article  PubMed  Google Scholar 

  • Villaseñor, J. L. 2004. Los géneros de plantas vasculares de la flora de México. Boletín de la Sociedad Botánica de México 75: 105–135.

    Google Scholar 

  • Zietkiewicz, E., A. Rafalski & D. Labuda. 1994. Genome fingerprinting by simple sequence repeat (ISSR)-anchored polymerase chain reaction amplification. Genomics 20: 176–183.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

Download references

Acknowledgments

The work was supported by Papiit UNAM grant IN224309-3 to LEE. CONACYT SEP-2004-C01-46475-Q, SEMARNAT- CONACYT 2002 C01- 0246 and CONABIO CS016 grants to LEE funded some of the studies described in the paper. The paper was written during a sabbatical leave of LEE and VS at the University of California Irvine (UCI), with support of UC-MEXUS, CONACYT and DGAPA, UNAM. We would like to thank Aldo Valera and Rodrigo González Chauvet, Laura Espinosa-Asuar and Manuel Rosas for field and/or laboratory support during this study.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México, C.U., Apartado Postal 70–275, México, D.F., 04510, Mexico

    Luis E. Eguiarte, Erika Aguirre-Planter, Xitlali Aguirre, Ricardo Colín, Andrea González, Martha Rocha, Enrique Scheinvar, Laura Trejo & Valeria Souza

Authors
  1. Luis E. Eguiarte
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Erika Aguirre-Planter
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Xitlali Aguirre
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Ricardo Colín
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. Andrea González
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  6. Martha Rocha
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  7. Enrique Scheinvar
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  8. Laura Trejo
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  9. Valeria Souza
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Luis E. Eguiarte.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Eguiarte, L.E., Aguirre-Planter, E., Aguirre, X. et al. From Isozymes to Genomics: Population Genetics and Conservation of Agave in México. Bot. Rev. 79, 483–506 (2013). https://doi.org/10.1007/s12229-013-9123-x

Download citation

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s12229-013-9123-x

Keywords

Search

Navigation