Origem híbrida e padrões de fluxo gênico entre três espécies simpátricas de Dyckia (Bromeliaceae) endêmicas do Rio Grande do Sul : implicações e conservacionistas

Abstract

Bromeliaceae é uma das mais diversas famílias de plantas, distribuída quase que exclusivamente nos Neotrópicos, com somente uma espécie no oeste da África. A família sofreu uma radiação adaptativa recente, ocorrendo em diferentes habitats. Dyckia é o segundo maior gênero da subfamília Pitcairnioideae, abrigando aproximadamente 145 espécies. Dyckia hebdingii, D. choristaminea e D. julianae são espécies saxícolas e endêmicas de afloramentos rochosos do sul do Brasil, podendo ocorrer em simpatria. Quando espécies relacionadas e com isolamento reprodutivo incompleto ocorrem em simpatria, pode ocorrer hibridação e, a longo prazo, especiação. Uma vez que 25% das espécies de plantas são conhecidas por cruzarem com outras espécies e este número aumenta em grupos de radiação adaptativa recente, como em Bromeliaceae, o presente trabalho tem como objetivo geral investigar a ocorrência de hibridação entre essas três espécies do gênero Dyckia e a possível origem híbrida de D. julianae. O DNA genômico total foi extraído de duas populações simpátricas e três alopátricas e, usando sete marcadores microssatélite nucleares e seis plastidiais, foram acessados os padrões de diversidade genética e estruturação populacional das três espécies. Além disso, foram realizados cruzamentos artificiais entre as espécies para testar a compatibilidade e fertilidade das mesmas. Os principais resultados obtidos com nuSSR revelaram uma heterozigosidade esperada alta, com 0,444 para D. hebdingii, 0,649 para D. choristaminea e 0,708 para D. julianae/híbridos, com déficit de heterozigotos, quando comparado com a heterozigosidade observada (0,281, 0,456 e 0,585, respectivamente). A riqueza alélica média foi de 4,6 para D. hebdingii, 7,7 para D. choristaminea e 6,7 para D. julianae/hibrido. O coeficiente de endogamia (FIS) foi alto para D. hebdingii, D. choristaminea e D. julianae/híbridos (0,274, 0,276 e 0,134, respectivamente). Os seis cpSSR proporcionaram a identificação de 12 haplótipos e a diversidade haplotípica (h) variou de 0,0 (um haplótipo) a 0,736 (cinco haplótipos). Apenas seis cruzamentos produziram frutos e sementes, nenhum deles entre D. hebdingii e D. choristaminea. Os dados moleculares e os cruzamentos artificiais sugerem que D. hebdingii e D. choristaminea são geneticamente diferentes e não cruzam entre si atualmente. Dyckia julianae tem tanto morfologia quanto perfil molecular intermediário e parece ser capaz de cruzar com as outras duas espécies, indicando uma possível origem híbrida entre D. hebdingii e D. choristaminea.

Bromeliaceae is one of the most diversity families of plants, distributed almost exclusively in Neotropics, with one species in west of Africa. Bromeliaceae have recent adaptive radiation, occoring in different habitats. Dyckia is the second major genus of subfamily Pitcairnioideae, comprising approximately 145 species. Dyckia hebdingii, D. choristaminea and D. julianae are saxicolous species, endemics to rock outcrops Southern of Brazil and may occur in sympatry. Speciation can occur by different mechanisms, but when different species with incomplete reproductive isolation meet each other again, may occur hybrid speciation, since 25% of plant species are known to cross with other species and this number increases in rapid radiations groups, as Bromeliaceae, the present study has the general objective to investigate the occurrence of hybridization in these three species and the hybrid origin of D. julianae. We extracted total genomic DNA from two sympatric and three allopatric populations and using seven nuclear and six plastid microsatellite loci, we accessed patterns of genetic diversity and population structure. Furthermore, we performed manual crosses between species to test compatibility and fertility of the three species. The major results obtained with nuSSR, indicate high expected heterozygosities, with 0.444 for D. hebdingii, 0.649 for D. choristaminea and 0.708 for D. julianae and hybrids, with a deficit of heterozygotes, when compared with observed heterozygosities (0.281, 0.456 and 0.585, respectively). Allelic richness showed a mean of 4.6 for D. hebdingii, 7.7 for D. choristaminea and 6.7 D. julianae/ hybrids. Inbreeding coefficient (FIS) was high for D. hebdingii, D. choristaminea, D. julianae/hybrid (0.274, 0.276 and 0.134, respectively). Six cpSSR identified 12 haplotypes and haplotype diversity (h) ranged from 0.0 (one haplotypes) to 0.736 (five haplotypes). Only six crosses generated fruits and seeds and none of them were between D. hebdingii and D. choristaminea. Molecular data and artificial crosses together suggest that D. hebdingii and D. choristaminea are genetically different and do not cross each other currently. However, D. julianae appears to be able to cross with both species. Dyckia julianae has intermediate morphology, intermediate molecular profile and seems to be able to cross with the other two species, indicating a possible hybrid origin between D. hebdingii and D. choristaminea.