Identificação molecular em membros da tribo Myrteae dc. (Myrtaceae) através da técnica de DNA Barcoding

Abstract

DNA barcoding é uma técnica que visa discriminar indivíduos e delimitar espécies a partir do uso de sequências nucleotídicas curtas, variáveis e universais. Sua aplicação pode ser muito oportuna para a análise de materiais biológicos degradados ou imaturos e espécies crípticas, cujos caracteres morfológicos normalmente não são informativos. Assim, o presente trabalho objetivou testar a performance de marcadores moleculares com propriedades de barcode na tribo Myrteae DC. (Myrtaceae), um grupo rico, taxonomicamente complexo e constituído por membros que apresentam importância econômica, ecológica e cultural. Um total de 312 amostras pertencentes a 32 espécies foram selecionadas para a construção de uma biblioteca de referência contendo sequências dos espaçadores internos transcritos do DNA ribossomal (ITS) e de dois marcadores plastidiais (psbA-trnH e matK). Esses dados foram produzidos principalmente por estudos de filogenia molecular, tendo sido recuperados da plataforma do GenBank. A eficiência discriminatória individual das regiões foi acessada por meio de métodos baseados em distâncias genéticas, incluindo a caracterização da variabilidade a nível intra e interespecífico, a verificação de barcoding gaps e a implementação de três testes de similaridade entre as sequências nucleotídicas no programa TAXONDNA. Três metodologias de reconstrução filogenética também foram utilizadas para avaliar a capacidade dos marcadores em formar agrupamentos espécie-específicos, sendo elas o neighbor-joining, a máxima verossimilhança e a inferência Bayesiana. Os ITS produziram os melhores resultados, com mais de 50% das espécies apresentando barcoding gaps ou sendo reunidas em clados exclusivos. Além disso, de 58% a 81% dos indivíduos foram identificados corretamente com o uso desses espaçadores nos testes de similaridade e nas filogenias, dependendo da estratégia adotada. O marcador psbA-trnH foi a segunda região mais polimórfica, mas teve o pior desempenho, possivelmente devido à proporção considerável de divergências interespecíficas nulas. Já o matK exibiu taxas de discriminação modestas nas análises executadas com o TAXONDNA, porém insuficientes nos testes de barcoding gap e nas reconstruções filogenéticas, onde foi capaz de identificar no máximo 40% das espécies. O desfecho desse trabalho sugere que barcodes com origens plastidiais e nucleares diferem quanto à sua performance em Myrteae, sendo que a aplicação da técnica nessa tribo pode ser comprometida por uma série de fatores característicos de linhagens botânicas complexas, ainda que estudos com maior abrangência amostral devam ser realizados. O potencial dos candidatos nucleares, entretanto, pode ser aproveitado como ponto de partida para investigações mais profundas e integrativas dentro desse grupo.

DNA barcoding is a technique that aims to discriminate individuals and delimit species using short, variable and universal nucleotide sequences. Its application can be very opportune for the analysis of degraded or immature biological materials and cryptic species, whose morphological characters are normally uninformative. The present work aimed to test the performance of molecular markers with barcode properties in the tribe Myrteae DC. (Myrtaceae), a rich and taxonomically complex group with economic, ecological and cultural importance. A total of 312 samples belonging to 32 species were selected for the construction of a reference library containing sequences of the nuclear ribosomal internal transcribed spacers (ITS) and two plastid markers (psbA-trnH and matK). These data were mainly produced by molecular phylogeny studies and retrieved from the GenBank platform. The individual discriminatory efficiency of the regions was accessed by methods based on genetic distances, including the characterization of variability at intra and interspecific levels, verification of barcoding gaps and implementation of three similarity tests between nucleotide sequences in TAXONDNA program. Three phylogenetic reconstruction methodologies were also used to evaluate the ability of markers to form species-specific clusters, namely neighbor-joining, maximum likelihood and Bayesian inference. ITS produced the best results, with more than 50% of the species showing barcoding gaps or being grouped into exclusive clades. In addition, 58% to 81% of individuals were correctly identified using these spacers in similarity tests and phylogenies, depending on the strategy adopted. The psbA-trnH marker was the second most polymorphic region but had the worst performance, possibly due to the considerable proportion of null interspecific divergences. On the other hand, matK showed modest discrimination rates in the analyses executed with TAXONDNA but insufficient in the barcoding gap tests and phylogenetic reconstructions, where it was able to identify at most 40% of the species. The outcome of this work suggests that barcodes with plastid and nuclear origins differ in terms of performance in Myrteae, and the application of DNA barcoding in this tribe can be compromised by a series of factors typical of complex botanical lineages, although studies with greater sample scope should be carried out. However, the potential of the nuclear candidates can be used as a starting point for deeper and integrative investigations within this group.