História evolutiva de espécies do grupo flavopilosa de Drosophila (DIPTERA, DROSOPHILIDAE) : uma abordagem filogenética, filogeográfica e taxonômica

Abstract

Drosophilidae apresenta uma série de organismos-modelo para diferentes áreas da Ciência, incluindo a Ecologia e a Genética. Os drosofilídeos estão mundialmente distribuídos e utilizam diversos tipos de recursos ou hospedeiros. O grupo flavopilosa de Drosophila, em especial, possui alta especialização ecológica à flores do gênero Cestrum, utilizando esse hospedeiro como único sítio de alimentação e reprodução. No entanto, o hospedeiro possui um padrão descontínuo de floração ao longo do ano, o que torna o grupo flavopilosa um ótimo modelo para o entendimento de adaptações populacionais em face aos hábitos ecológicos de uma espécie. Nesta Dissertação, estudou-se a história evolutiva do grupo flavopilosa através de enfoques filogenéticos, filogeográficos e taxonômicos. Assim, no Capítulo II, as relações filogenéticas entre espécies brasileiras do grupo (D. cestri, D. cordeiroi, D. flavopilosa, D. incompta e D. mariaehelenae) foram inferidas através de análises filogenéticas por Inferência Bayesiana, utilizando três genes – Citocromo oxidase subunidade I (COI), alfametildopa (Amd) e dopa descarboxilase (Ddc). A aplicação da técnica de DNA barcode para o grupo foi revisada mediante inclusão de novas espécies e espécimes. Além de comprovar a eficiência do DNA barcode na identificação das espécies avaliadas, este estudo também permitiu recuperar a subdivisão do grupo, alocando D. cestri e D. cordeiroi junto à D. flavopilosa no subgrupo flavopilosa e D. incompta e D. mariaehelenae no subgrupo nesiota. Além disso, uma análise cronofilogenética datou a origem do grupo para cerca de 10 milhões de anos atrás, demonstrando que esta ocorreu antes da formação do istmo do Panamá. No Capítulo III, as dinâmicas populacionais associadas a ecologia restrita destas espécies foram avaliadas através de um enfoque filogeográfico comparativo. Para tanto, os genes COI e Ebony (E) foram amplificados para di Para tanto, os genes COI e Ebony (E) foram amplificados para diferentes populações de D. cestri e D. incompta provenientes de Estados das regiões Sul e Sudeste do Brasil. Os resultados obtidos para ambas espécies e genes são concordantes e revelaram alta diversidade haplotípica ou alélica, com baixa diversidade nucleotídica e testes de neutralidade negativos, sugerindo expansões populacionais recentes. As redes de haplótipos de COI e as árvores filogenéticas dos genes concatenados, junto com testes de FST, Mantel e BAPS sugerem, ainda, uma estruturação populacional superficial. A história demográfica inferida por skyline plots, no entanto, indicou que a expansão populacional de D. incompta provavelmente teria começado muito tempo antes (há cerca de 1,5 milhão de anos) da expansão de D. cestri (há cerca de 300 mil anos). Este resultado sugere que similaridades encontradas podem ser uma consequência dos padrões ecológicos compartilhados por ambas espécies e as estratégias de sobrevivência das mesmas em face da efemeridade das flores de Cestrum. Neste caso, as espécies do grupo flavopilosa parecem estar organizadas em metapopulações, as quais são constituídas por subpopulações com altos níveis de migração.

Drosophilidae presents several model organisms for different fields in Science, including Ecology and Genetics. In fact, drosophilids are worldwide distributed and use several kinds of resources or hosts to live. The flavopilosa group of the Drosophila genus, particularly, presents high ecological specialization to the flowers of Cestrum and uses this host as a unique site for both feeding and breeding. Nevertheless, these host plants display a disjunct pattern on the flourishing seasons, which make the flavopilosa group an excellent model for understanding population adaptations in face to ecological specializations. In this Thesis, the evolutionary history of species belonging to the flavopilosa group was evaluated with a phylogenetic, phylogeographic and taxonomic approaches. Therefore, in Chapther II, the phylogenetic relationships among Brazilian species of the group (D. cestri, D. cordeiroi, D. flavopilosa, D. incompta and D. mariaehelenae) were inferred through Bayesian inference using three genes – Cytochrome oxidase subunit I (COI), alphametyldopa (Amd) and dopa decarboxylase (Ddc). The effectiveness of DNA barcode technique for the group was re-evaluated through inclusion of new species and specimens. Besides proving the efficiency of DNA barcode in the identification of the evaluated species, this study also allowed to recover the subdivision of the group, placing D. cestri and D. cordeiroi with D. flavopilosa in the subgroup flavopilosa and D. incompta and D. mariaehelenae in the subgroup nesiota. Furthermore, a cronophylogenetic analysis dated the origin of the group for about 10 Mya, showing that this occurred before the closure of the Isthmus of Panama. In Chapter III, the population dynamics associated with the restricted ecology of these species was evaluated through a comparative phylogeographic approach. For this, the genes COI and Ebony (E) were amplified for different populations of D. cestri and D. incompta from States of the Southern and Southeast of Brazil. The results obtained for both species and genes are congruent and revealed high haplotype or allelic diversity, with low nucleotide diversity and negative results for the neutrality tests, suggesting recent population expansions. The haplotype networks for COI and the phylogenetic trees for the concatenated genes, together with the FST, Mantel and BAPS tests, further suggest a shallow population structure. The demographic history inferred by skyline plots, however, indicated that the population expansion for D. incompta probably started a long time before (about 1.5 Mya) than that of D. cestri (about 300 kya). This result suggests that the similarities encountered can be a consequence of ecological patterns shared by both species and their survival strategies in face of Cestrum ephemerity. In this case, the species belonging to the flavopilosa group are apparently organized into metapopulations, which are constituted by subpopulations with high levels of migration.