Caracterização citogenética e molecular de três espécies de Gelasine (Iridaceae) ocorrentes no sul do Brasil : Gelasine elongata, G. coerulea e G. uruguaiensis

Abstract

Gelasine Herb. (Tigridieae: Iridaceae) é composto por sete espécies nativas da América do Sul, sendo três delas encontradas no Rio Grande do Sul (Brasil): G. coerulea (Vell.) Ravenna, G. elongata (Graham) Ravenna e G. uruguaiensis Ravenna. São plantas bulbosas de folhas plicadas, flores perfeitas azuis ou roxas e compostas por dois conjuntos de tépalas desiguais. Gelasine elongata e G. coerulea encontram-se na lista de espécies ameaçadas para o RS, sendo a primeira delas ameaçada e a segunda criticamente ameaçada. Apesar de seu atual estado de vulnerabilidade, Gelasine é um gênero ainda pouco estudado, não havendo nenhuma informação quanto à variabilidade e diversidade genética. Os dados citogenéticos são também ainda escassos. Assim, a presente dissertação tem por objetivo caracterizar as três espécies de Gelasine ocorrentes no sul do Brasil quanto a aspectos moleculares, citogenéticos, além de compreender suas relações. Para a caracterização da diversidade genética foram usadas duas populações de G. coerulea e duas de G. elongata; não foi possível a utilização de G. uruguaiensis em função do número restrito de indivíduos. As amostras de DNA foram obtidas a partir de folhas das espécies mencionadas e empregada a técnica de ISSR (Inter Simple Sequence Repeat). Foram testados 44 primers para ISSR, destes, 12 apresentaram um bom padrão de amplificação que em conjunto geraram 91 loci. A quantidade de bandas por primer variou em média de 7,5. Este trabalho resultou em dados inéditos para o gênero Gelasine quanto à variabilidade genética inter e intra-populacional. Os resultados indicam que a variação genética intrapopulacional é muito baixa e que a maior diversidade encontrada para estas espécies ocorreu entre as populações. Não foi verificada correlação significativa com a distância geográfica entre as populações. Tais resultados indicam que o sistema reprodutivo, o método de dispersão de sementes e a presença de descendência clonal oriunda da divisão dos bulbos subterrâneos são fatores de grande influência na diversidade. Para caracterização citogenética das espécies foi empregada coloração convencional e bandeamento CMA/DAPI, e realizadas medidas cromossômicas. Foi também estimado o tamanho do genoma por citometria de fluxo a partir de folhas frescas das três espécies. As análises citogenéticas se mostraram bastante eficientes para a diferenciação das três espécies de Gelasine investigadas. Gelasine coerulea e G. uruguaiensis apresentam o mesmo número cromossômico básico e somático (2n = 2x = 14), não sendo encontrados citótipos poliploides. Ambas têm cariótipos relativamente simétricos, porém se mostram bastante distintas quanto ao tamanho dos cromossomos e seu padrão de bandeamento, com uma grande variação na ocorrência e distribuição de sequências de DNA repetitivo (bandas CMA/DAPI). O conteúdo de DNA também permite a clara diferenciação dessas espécies, tendo G. coerulea 2C = 11,30 pg e G. uruguaiensis 2C = 16,88 pg. Gelasine elongata possui número cromossômico básico diferente das anteriores (2n = 2x = 12) e cariótipo claramente bimodal. Os cromossomos têm menor tamanho, o que, consequentemente reflete no menor tamanho de genoma (2C = 3,45 pg). Além disso, o padrão de bandas CMA/DAPI é notadamente mais simples que das outras duas espécies, onde o maior par de cromossomos (par I) exibe as únicas bandas CMA+ presentes na região da constrição secundária. Os dados obtidos para G. elongata apontam para uma maior semelhança dessa espécie com outras duas do gênero Eleuthenine (2n = 2x = 12), o que reforça os dados filogenéticos existentes, onde G. elongata está separada de G. coerulea e agrupada no mesmo ramo de Eleutherine. Não foi observado heteromorfismo cromossômico para Gelasine elongata e nem para as outras duas espécies investigadas, embora tal situação tenha sido reportada para aquela espécie. Os dados obtidos para Gelasine com o uso dos fluorocromos CMA e DAPI, bem como os demais parâmetros citogenéticos investigados permitiram a clara diferenciação entre as espécies. Associados a uma abordagem filogenética, tais resultados auxiliam a compreensão das relações entre essas espécies e sua evolução.

Gelasine Herb. (Tigridieae: Iridaceae) comprises seven native species from South America, three of them are found in Rio Grande do Sul (Brasil): G. coerulea (Vell.) Ravenna, G. elongata (Graham) Ravenna and G. uruguaiensis Ravenna. These species are bulbous plants with plicate leaves and blue or violet perfect flowers which are composed of two unequal groups of tepals. Gelasine elongata and G. coerulea are included in the list of endangered species from RS, the first one is considered endangered and the latter, critically endangered. Notwithstanding its current vulnerability status, Gelasine is still a poorly studied genus and genetic variability and diversity information concerning its species are lacking. Cytogenetic data are also scarce. Thus the present dissertation aims to characterize the three Gelasine species occurring in Southern Brazil regarding its molecular and cytogenetic aspects in addition to understand their relationships. To characterize their genetic diversity, two populations of G. coerulea and two of G. elongata were used; it was not possible to investigate G. uruguaiensis due to its restricted number of individuals. DNA samples were obtained from leaves of the aforementioned species and ISSR (Inter Simple Sequence Repeat) technique was employed. Fourty-four ISSR primers were tested, 12 of these presented good amplification pattern which generated a total of 97 loci. The number of bands per primer had an average of 7.5. The present study resulted in novelty data for Gelasine concerning its inter and intrapopulation genetic variability. The results indicate a very low intrapopulation genetic variation and most of the diversity found in these species occurred among their populations. No significant correlation was verified between geographical distances of populations. Such results indicate that reproductive system, seed dispersal mechanisms and presence of clonal descendants generated from divisions of subterranean bulbs are factors that greatly influence in diversity. For cytogenetic characterization of the species, conventional staining and CMA/DAPI banding were employed and chromosome measurements were made. Also, genome size was estimated through flow cytometry using fresh leaves from the three species. Cytogenetic analyses were very efficient to differentiate all investigated species of Gelasine. Gelasine coerulea and G. uruguaiensis have the same basic and somatic chromosome number (2n = 2x = 14); polyploid cytotypes were not found. Both species display fairly symmetric karyotypes, however they are very distinct with respect to chromosome sizes and banding patterns, with a great variation in the occurrence and distribution of repetitive DNA sequences (CMA/DAPI bands). DNA content also allows clear differentiation of these species; G. coerulea has 2C = 11,30 pg and G. uruguaiensis has 2C = 16,88 pg. Gelasine elongata has a different base chromosome number than both former species (2n = 2x = 12) and a clearly bimodal karyotype. Its chromosomes are smaller which, consequently, reflects on the smaller genome size (2C = 3,45 pg). Furthermore, its CMA/DAPI band pattern is markedly simpler than the ones from the other two species, where the largest chromosome pair (pair I) contains the only CMA+ bands present in the secondary constriction region. Data obtained from G. elongata points out a larger resemblance between this species and two others belonging to Eleuthenine (2n = 2x = 12), which supports the phylogenetic data where G. elongata is separate from G. coerulea and groups with Eleutherine. Chromosome heteromorphism was not observed in Gelasine elongata nor in the two other investigated species, even though it had been reported for the first one. Data obtained from Gelasine with the use of CMA and DAPI fluorochromes, along with the other cytogenetic parameters investigated, allowed clear differentiation between species. Allied to a phylogenetic approach, these results can bring better understanding to the relations between these species and their evolution.