Fluxo gênico e biologia reprodutiva de Petunia secreta Stehmann & Semir

Abstract

Petunia secreta é uma espécie rara e endêmica da região chamada Pedra do Segredo, localizada em Caçapava do Sul, Rio Grande do Sul, Brasil. Filogeneticamente forma um clado dentro do gênero Petunia com outras duas espécies, P. axillaris e P. exserta, e juntas contam uma história de diversificação mediada pela polinização. Enquanto 12 espécies do gênero, incluindo P. secreta, são polinizadas por abelhas, P. axillaris é polinizada por mariposas e P. exserta por beija-flores. Muitos estudos foram realizados para entender a biologia reprodutiva e polinização envolvendo P. axillaris e P. exserta, mas pouco se sabe a respeito de P. secreta. O objetivo do presente trabalho foi gerar dados ecológicos e moleculares para a espécie P. secreta, através da investigação da polinização, biologia reprodutiva e fluxo gênico, contribuindo assim para a compreensão da história evolutiva dentro do clado “tubo longo”. A investigação consistiu de observações na natureza, registro do polinizador, coleta de sementes, experimentos em casa de vegetação e caracterização genética, que foram avaliados com métodos de análise populacional e fluxo gênico. Os resultados obtidos revelaram que o polinizador efetivo de P. secreta é uma espécie de abelha do gênero Pseudagapostemon, que coleta exclusivamente pólen. Análise morfológica mostrou que P. secreta possui corola que reflete luz ultravioleta, característica essa que provavelmente selecionou a abelha como polinizador. Os experimentos em casa de vegetação comprovaram que P. secreta não possui autopolinização espontânea, confirmando a dependência de seu polinizador para sua reprodução. Esses experimentos também mostraram que P. secreta é autocompatível e a viabilidade das sementes independe do modo de fecundação. Os resultados de diversidade genética mostraram que P. secreta tem baixo índice de heterozigosidade e as análises de paternidade da progênie demonstraram que P. secreta, apesar de possuir um sistema misto de cruzamento, reproduz-se essencialmente por autofecundação, que sugerimos ser promovida pelo comportamento de coleta do polinizador. A morfologia da flor, a posição de depósito do pólen após a coleta e o comportamento da abelha para coletar todo o conteúdo polínico disponível, associados a um provável mecanismo de descarregar o pólen no ninho a cada visita floral, favorecem a autofertilização, contribuindo muito pouco para a polinização cruzada. As análises também mostraram que os cruzamentos foram endogâmicos, possivelmente devidos às curtas distâncias percorridas pelas abelhas e pela composição das populações de P. secreta, uma vez que o sistema de dispersão das sementes é por autocoria o que favorece que indivíduos aparentados permaneçam próximos à planta mãe. As análises de paternidade também demostraram que o fluxo gênico entre as populações é nulo. Esses resultados sugerem a hipótese de que a formação de um banco de sementes possa manter a variabilidade genética ao longo do tempo, misturando indivíduos de diferentes gerações em uma mesma estação, e explicar os resultados encontrados que mostram P. secreta como uma espécie com alta variabilidade apesar de sua raridade.

Petunia secreta is a rare and endemic species from a region called Pedra do Segredo, in Caçapava do Sul, Rio Grande do Sul, Brazil. Phylogenetically it belongs to a clade in the Petunia genus as sister of two other species, P. axillaris and P. exserta, and together they tell a history on diversification mediated by pollinator-adaptation. Whereas 12 Petunia species, including P. secreta, are bee-pollinated, P. axillaris presents moth-pollination and P exserta is pollinated by hummingbirds. Many studies have been carried out to understand the reproductive biology and pollination involving P. axillaris and P. exserta, but little is known about P. secreta. The objective of the present work was to generate ecological and molecular data to P. secreta, through the investigation of pollination, reproductive biology, and gene flow, thus contributing to the knowledge of the evolutionary history within the “long tube” clade. The research consisted of observations in nature, pollinator record, seed collection, greenhouse experiments, and genetic characterization that were evaluated with methodologies from population analysis and gene flow. The results obtained showed that the effective P. secreta pollinator is a bee species of the genus Pseudagapostemon, which exclusively collects pollen. Morphological analysis demonstrated that P. secreta has a corolla that reflects ultraviolet light, a characteristic that probably selected the bee as a pollinator. The experiments in the greenhouse proved that P. secreta does not have spontaneous selfpollination, confirming the dependence on this pollinator for its maintenance. These experiments also showed that P. secreta is self-compatible and the viability of the seeds is independent from the mode of fertilization. The results of genetic diversity showed that P. secreta have a low index of heterozygosity. The paternity analysis of the progeny showed that P. secreta despite having a mixed crossing system is essentially self-pollinated, which we suggest to be promoted by pollinator collection behavior, since it was observed that the bee probably discharges the pollen into the nest at each floral visit, thus contributing very little to cross-pollination. The analyses also showed that the crosses were performed by endogamy, possibly because the system of seed dispersal that is by autochory. The paternity analyses also showed that there is no gene flow among the populations. These results suggest the hypothesis that the seed bank could preserve the genetic variability over time and may explain recently finds that show P. secreta is a species with high genetic variability despite its rarity.