Diversidade genética de Calydorea crocoides RAVENNA (IRIDACEAE) : aspectos moleculares e citogenéticos

Abstract

O gênero Calydorea pertence à família Iridaceae, com aproximadamente 16 espécies, ocorrendo exclusivamente na América do Sul. Dentre essas, Calydorea crocoides Ravenna destaca-se por ser uma espécie bulbosa, perene, com distribuição predominante no Sul do Brasil, na Região dos Campos de Cima da Serra no Rio Grande do Sul. Esta região contém um número elevado de plantas endêmicas, sendo particularmente importante para estudos relativos à conservação e a padrões de diversificação em um ambiente subtropical de transição. Os Campos de Cima da Serra correspondem a uma região bastante antropizada por práticas agrícola e extrativista, o que sem dúvida fornece um laboratório natural para o estudo da origem e conservação da biodiversidade. O presente estudo objetivou investigar a variabilidade genética e caracterizar com ferramentas citogenéticas a espécie Calydorea crocoides ocorrente na Região Sul do Brasil. Os resultados da análise da variabilidade genética utilizando sete marcadores Inter Sequências Simples Repetidas (ISSR) para 235 indivíduos pertencentes a oito populações de C. crocoides amostradas nos estados do RS e SC mostrou que a diversidade genética detectada ao nível populacional foi baixa, no entanto ao nível de espécie foi relativamente alta evidenciando uma moderada estruturação populacional. Espécies com faixa de distribuição geográfica limitada tendem a manter menores níveis de variação genética do que espécies com distribuição geográfica ampla. Diversidade genética alta é esperada ser encontrada em uma espécie que tem vida longa, uma alta frequência de fluxo gênico e dispersão de sementes. Espécies com baixo fluxo gênico, resultado observado em C. crocoides, tendem a apresentar maior diferenciação genética do que espécies com alto fluxo gênico refletindo um certo grau de isolamento espacial, embora não tenha havido correlação entre distância geográfica e distância genética. Provavelmente o nível atual de diversidade genética seja apenas um reflexo parcial de um polimorfismo ancestral de C. crocoides, uma vez que é sabido que o fluxo gênico atual é limitado entre as populações. A fragmentação da população pelas atividades humanas também pode aumentar artificialmente a diferenciação genética entre as populações ao longo do tempo. Resultados provenientes das análises citogenéticas mostraram que C. crocoides é uma espécie diploide (2n=14), número cromossômico básico x=7, com o cariótipo claramente assimétrico, sendo marcado pela bimodalidade. A avaliação da arquitetura cariotípica é de extrema relevância 5 para inferências acerca da evolução cromossômica na família Iridaceae uma vez que a grande diversidade de números e tamanhos cromossômicos encontrada resulta da ocorrência de eventos de rearranjos cromossômicos, disploidias e poliploidia. A assimetria cariotípica, provavelmente resultante de inversões e/ou translocações, sugere a evolução recente de C. crocoides, embora uma alta viabilidade polínica tenha sido observada. Mesmo que alterações cromossômicas resultassem em diminuição da fertilidade, provavelmente a presença de bulbos em C. crocoides permita a sobrevivência da espécie via reprodução assexuada. Os dados gerados por este trabalho são inéditos e ampliam o conhecimento acerca do gênero Calydorea, e principalmente da espécie C. crocoides. A associação de dados moleculares e citogenéticos, bem como de caracteres morfológicos permitirá uma melhor compreensão dos processos evolutivos que envolvem este grupo de espécies.

The genus Calydorea, which belongs to the family Iridaceae, comprises about 16 species and occurs exclusively in South America. Among these species, Calydorea crocoides Ravenna highlights for being a bulbous, perennial species which occurs predominantly in the Southern Brazil, in the Campos de Cima da Serra region in Rio Grande do Sul. This region contains numerous endemic plants and is considered particularly important in the conservation approaches and studies concerning the diversification patterns in a subtropical environment transition. The Campos de Cima da Serra region is very disturbed by agricultural and extractive practices, which undoubtedly provides a natural laboratory for studying the origin and biodiversity conservation. The present study aimed to investigate the genetic variability and characterize with cytogenetic tools Calydorea crocoides occurring in southern Brazil. The results of the analysis of genetic variability using seven Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) markers to 235 individuals from eight populations of C. crocoides sampled in the states of RS and SC showed that the genetic diversity detected at the population level was low, however the species level was relatively high indicating a moderate population structuring. Species with limited geographical distribution range tend to maintain lower levels of genetic variation than species with wide geographic distribution. High genetic diversity is expected to be found in a species that has long life, a high frequency of gene flow and seed dispersal. Species with low gene flow, a result observed in C. crocoides, tend to have higher genetic differentiation than species with high gene flow reflecting a degree of spatial isolation, although there was no correlation between geographic distance and genetic distance. Probably the current level of genetic diversity is only a partial reflection of an ancestral polymorphism of C. crocoides, since it is known that the current flow is restricted among populations. The fragmentation of populations by human activities can also artificially increase the genetic differentiation among populations over time. Results from the cytogenetic analyses showed that C. crocoides is a diploid species (2n = 14), basic chromosome number x = 7, with the karyotype clearly asymmetrical, being characterized by bimodality. The evaluation of karyotype architecture is very important for inferences about chromosomal evolution in the family Iridaceae since the great diversity of chromosomal numbers and sizes found, results from the occurrence of chromosomal 7 rearrangements, disploidy and polyploidy. The karyotype asymmetric, probably resulting from inversions and/or translocations, suggests a recent evolution of C. crocoides, although a high pollen viability has been observed. Even chromosomal changes resulted in decreased fertility, probably the presence of bulbs in C. crocoides allow the survival of the species through asexual reproduction. The data generated by this work extend the knowledge about the genus Calydorea and especially for the species C. crocoides. The association of molecular and cytogenetic data as well as morphological characters allowed better understand the evolutionary processes involving this group of species.