Filogeografia, diversidade genética e estruturação populacional de Petunia altiplana (Solanaceae)

Abstract

Mudanças climáticas associadas com os ciclos glaciais e interglaciais durante o Pleistoceno influenciaram fortemente o processo evolutivo no planeta. Na América do Sul, apesar de não ter ocorrido a formação de grandes placas de gelo na superfície, as variações climáticas impactaram a estrutura populacional, a demografia e levaram a especiação e diversificação de várias espécies. Os Campos de Cima da Serra no sul da América do Sul constituem um tipo distinto de vegetação, com grande diversidade e elevado número de espécies endêmicas. A região sofreu uma grande influência dos ciclos climáticos do Pleistoceno onde, atualmente, vê-se um mosaico entre espécies de campo e da Floresta de Araucárias. A alternância de ciclos glaciais, com clima seco e frio, e interglaciais, quando as temperaturas foram mais amenas e a umidade maior, permitiram, respectivamente, a expansão dos campos do sul para o norte e a expansão das florestas sobre estes campos, levando as espécies adaptadas a áreas abertas para refúgios em elevações superiores, com condições mais favoráveis, onde diversificaram em alopatria. O gênero Petunia (Solanaceae) com suas 14 espécies herbáceas e adaptadas às áreas abertas teve origem nas terras baixas (<500 m acima do nível do mar) e migrou de forma secundária para os campos de maior elevação. No presente trabalho, nós avaliamos a diversidade genética, estruturação populacional e história demográfica de uma espécie de Petunia que habita os Campos de Cima da Serra e tem sua distribuição fragmentada pelo Rio Pelotas, P. altiplana, através da análise de marcadores plastidiais e nucleares e utilizando uma abordagem filogeográfica e modelagens evolutivas. Foram sequenciadas três regiões do DNA de cloroplasto e analisados dez loci de microssatélites nucleares. Os índices de diversidade genética básicos para cada tipo de marcador foram estimados. Além disso, nós empregamos estimativas de estruturação populacional, fluxo gênico histórico e atual e testamos cenários evolutivos alternativos com populações coletadas em ambas as margens do Rio Pelotas e cobrindo a totalidade da distribuição geográfica da espécie. Nós identificamos uma rápida expansão populacional e os dados plastidiais revelaram que o Rio Pelotas agiu como uma barreira geográfica efetiva formando dois grupos populacionais de acordo com as margens do rio. Também observamos um compartilhamento de polimorfismo ancestral, principalmente baseado em marcadores nucleares. Observamos migração e fluxo genético entre populações próximas e o melhor modelo evolutivo indica que a espécie se originou na margem sul e posteriormente migrou para a margem norte sob influência do Pleistoceno. Assim, sugerimos que o Rio Pelotas possa ter atuado também como um corredor de dispersão e colonização para essa espécie.

Climatic changes associated with glacial and interglacial cycles during the Pleistocene strongly influenced the evolutionary process worldwide. In South America, despite it did not suffer with extensive ice sheets covering lands, climatic variations impacted the population structure, drove speciation and diversification, and influenced the historical demography of several species. The Subtropical Highland Grasslands in the southern South America are a distinct type of vegetation with high diversity and numerous endemic species, which undergo great influence from the Pleistocene climatic cycles. Currently, the region is a mosaic between open field species and Araucaria Forest. The alternation of glacial cycles, with dry and cold climate, and interglacial cycles, when temperatures were warmer and humidity was higher, allowed, respectively, the field expansion from south to north and the forest expansion over these fields, taking species adapted to open areas for refugia at higher elevations, where more favorable conditions were found and such species diversified in allopatry. The genus Petunia (Solanaceae) with its 14 herbaceous species adapted to open areas has originated in the lowlands (<500 m above sea level) and secondarily migrated to the higher elevations. We sequenced three plastid regions and genotyped ten nuclear microsatellite loci. The basic genetic diversity indices for each marker type were estimated. In addition, we employed population structure estimates, historical and current gene flow, and tested alternative evolutionary scenarios with populations collected on both Pelotas River riverbanks and covering the entire species geographic distribution. We identified a rapid population expansion and plastid data revealed that the Pelotas River acted as an effective geographical barrier, forming two population groups according to the riverbanks. We also observed an ancestral polymorphism sharing, mainly based on nuclear markers. We observed migration and gene flow between nearby populations and the best evolutionary model stated that species has originated in southern riverbank and later migrated to northern riverside under the Pleistocene influence. We suggest that the Pelotas River may have acted also as a dispersal and colonising corridor for this species.