Diversidade genética e evolução de espécies de Herbertia Sweet (Tigridieae: Iridaceae)

Abstract

Iridaceae é uma das três famílias mais diversificadas de Asparagales, sendo bem representada em número de espécies na África do Sul e nas Américas. No sul do Brasil, já foram identificados dez gêneros de Iridaceae, representantes de três tribos de Iridoideae, Sisyrinchieae, Tigridieae e Trimezieae. A sistemática destas tribos é complexa em virtude da enorme variação morfológica exibida por suas espécies, principalmente relacionada à morfologia floral. Adicionalmente, o curto período de florescimento, a fragilidade e efemeridade das flores e a dificuldade de preservação das características morfológicas importantes para definição das espécies, são fatores que contribuem para o aumento da complexidade taxonômica desses grupos. Herbertia Sweet é um pequeno gênero de Tigridieae que apresenta seis (de sete) espécies distribuídas em áreas de campo do Rio Grande do Sul. Embora recentes reconstruções filogenéticas de Iridaceae tenham evidenciado a sua monofilia, a taxonomia infragenérica ainda não é bem compreendida. Isto ocorre principalmente devido à presença de variações da morfologia floral em algumas espécies, provavelmente um reflexo da adaptação a diferentes nichos e à disponibilidade de polinizadores. Utilizando regiões codificantes (genes matK e rps4) e não codificantes (intron do matK-trnK e espaçadores intergênicos rps4-trnS e trnQ-rps16) do DNA plastidial (cpDNA), foi realizada uma inferência filogenética do gênero (Capítulo II). Foram amostradas todas as sete espécies correntemente aceitas para Herbertia. As espécies de Herbertia foram reunidas em três agrupamentos, dois deles com bom a moderado suporte de bootstrap. O terceiro agrupamento inferido teve baixo suporte e reuniu H. crosae, H. lahue, H. tigridioides (a única espécie que não ocorre no Brasil) e H. zebrina. A região de campos do sul do Brasil é caracterizada pela presença de diversas áreas fitoecológicas, o que pode condicionar gradientes ambientais que estimulam a diversificação. Herbertia lahue é uma espécie que apresenta ampla distribuição geográfica (Rio Grande do Sul, Argentina, Uruguai e Chile), diferentes citótipos (de diploide a octaploide), e uma variabilidade morfológica marcante. Buscando compreender o relacionamento entre os citótipos hexaploide e octaploide de H. lahue, foi realizada uma análise combinada, que incluiu um conjunto de características quantitativas da flor, marcadores neutros (Inter-Simple Sequence Repeat, ISSR) e sistema reprodutivo (Capítulo Diversidade genética e evolução de espécies de Herbertia (Iridaceae) Tese de Doutorado – Eudes Maria Stiehl Alves | 9 III). Treze populações (três hexaploides e dez octaploides), totalizando 364 indivíduos, foram amostradas no Rio Grande do Sul. Baixa diversidade genética intrapopulacional e forte diferenciação entre populações foram estimadas, coerente ao esperado para espécies de autopolinização. Embora as análises inferidas a partir de dados morfológicos e moleculares tenham discriminado os citótipos como grupos distintos, esses não são suficientes para considerá-los como espécies distintas. Ao contrário da ampla área de distribuição de H. lahue, três outras espécies, H. darwinii, H. pulchella e H. quareimana apresentam padrão regional de distribuição geográfica. Um aspecto interessante neste grupo é a abundante presença de tricomas glandulares nas tépalas internas, sobretudo em H. darwinii e H. quareimana, o que poderia favorecer a visitação por abelhas coletoras de óleos florais. A diversidade genética e a biologia reprodutiva dessas três espécies foram analisadas através de marcadores moleculares ISSR (seis primers, 125 marcadores informativos), experimentos de polinização manual e observação dos visitantes florais (Capitulo IV). Abelhas são os principais visitantes florais e H. darwinii, H. pulchella e H. quareimana são autoincompatíveis. Marcadores ISSR foram eficientes em discriminar as três espécies, bem como em detectar alta diversidade genética. Embora forte diferenciação entre populações tenha sido evidenciada nas três espécies, isto não foi correlacionado com a distância geográfica. O presente estudo contribuiu com as primeiras informações sobre os fatores influentes na evolução de espécies de Herbertia. O conhecimento gerado pelas análises aqui apresentadas servirá de suporte para inferências que visem melhor compreensão do relacionamento entre grupos filogeneticamente próximos em Tigridieae.

Iridaceae is one of the three most diverse families of the Asparagales, and it is well represented in number of species in South Africa and Americas. In southern Brazil, ten genera of Iridaceae were already identified, representatives from three tribes of Iridoideae, Sisyrinchieae, Tigridieae and Trimezieae. The systematics of these species is complex due to the large morphological variation exhibited by their species, mainly related to flower. Herbertia is a small genus of Tigridieae with six species in grassland areas of the Rio Grande do Sul. Although recent phylogenetic reconstructions make evident the monophyly of the genus, the infrageneric taxonomy is not yet well understood. This occurs mainly due to the presence of variations in floral morphology in some species, probably a reflex of the adaptation to different niches and the availability of pollinators. Non-coding regions of the plastid DNA (cpDNA) (matK-trnK intron; and rps4-trnS and trnQ-rps16 intergenic spacers) and coding regions (matK and rps4 genes) were used toperform a phylogenetic inference of the genus Herbertia (Chapter II). Were sampled all seven species currently accepted for Herbertia. Were discriminated three groups, two with high and moderate support. The thirth group was inferred low support and reunited H. crosae, H. lahue, H. tigridioides (the only that does not occur in Brazil) and H. zebrina. The grassland areas in southern Brazil are characterized by the presence of several phytoecological areas, which can establish environmental gradients that encourage diversification. Herbertia lahue is a species which is widely geographically distributed (Rio Grande do Sul, Argentina, Uruguay and Chile), and present cytotypes (from diploid to the octoploid), and morphological variability. To understand the relationship among hexaploid and octoploid cytotypes of H. lahue, we performed a combined analysis that included a set of quantitative characteristics of the flower, neutral molecular markers (Inter-Simple Sequence Repeat, ISSR) and breeding system (Chapter III). The sampling consisted of thirteen populations collected in the Rio Grande do Sul, characterized as hexaploid (three populations) and octoploid (ten populations), totaling 364 individuals. Low genetic diversity within populations and strong differentiation among populations were estimated, consistent to that expected for selfing species. Although analyzes inferred from morphological and molecular data made possible the discrimination of cytotypes, these characters were not enough to consider them as separate species. The H. darwinii, H. pulchella and H. quareimana species present a restricted geographic distribution, unlike to the widely distributed H. lahue. An interesting feature in this group is the presence of glandular trichomes in the inner tepals, notably in the H. darwinii and H. quareimana, which could encourage visitation by the oil-bees. The genetic diversity and reproductive biology of these three species were analyzed by ISSR molecular markers (six primers, 125 informative markers), manual pollination experiments and observations of floral visitors (Chapter IV). Bees are the principal flower visitors and self incompatibility was demonstrated in H. darwinii, H. pulchella and H. quareimana. ISSR markers were effective in discriminating the three species as well as to detect high genetic diversity. Even though strong population differentiation was observed for the three species, it was not correlated with geographic distance. The present study contributed to the first information about the factors influencing the evolution of Herbertia species. The knowledge generated by analyzes presented here will provide support for inferences aiming better understanding the relationship between phylogenetically close groups in Tigridieae.