Diversidade genética e análise dos processos de especiação em espécies raras de altitude de Petunia (Solanaceae)

Abstract

Espécies são consideradas raras quando ocorrem em distribuição restrita, com pequeno número de populações ou em poucos indivíduos por população, em oposição às espécies que têm ampla distribuição geográfica, mais comumente encontradas ou que possuem grandes populações. Por muito tempo, acreditou-se que espécies raras possuíam baixa diversidade genética em comparação a espécies de ampla distribuição a elas relacionadas. Entretanto, nem todas as espécies raras têm baixos níveis de variabilidade genética, uma vez que histórias de vida como sistema de cruzamento e mecanismos de dispersão de pólen e sementes, podem manter altos os níveis de diversidade, apesar do pequeno número de indivíduos. A presente tese teve como objetivo geral contribuir para o entendimento dos processos especiação do gênero Petunia. Os objetivos específicos contemplados nos capítulos que a compuseram foram: (a) avaliar a diversidade genética e estrutura populacional das espécies endêmicas dos campos de altitude no sul da América do Sul (P. bonjardinensis, P. reitzii e P. saxicola) através da análise de marcadores moleculares microssatélites; (b) identificar o estado de conservação e o risco de extinção dessas espécies; (c) contribuir para o entendimento dos sistemas reprodutivos destas espécies e seu papel na estruturação da diversidade genética; (d) avaliar a diversidade genética e estrutura populacional das espécies P. scheideana e P. guarapuavensis através da análise de marcadores genéticos nucleares; (e) testar barreiras ao fluxo gênico entre estas espécies; (g) testar modelos evolutivos e demográficos para a origem destas espécies; (h) contribuir para a taxonomia do gênero identificando os limites destas espécies. Para alcançar os objetivos, foram empregadas abordagens filogeográficas e de genética de populações a partir da amplificação e análise de loci de microssatélites nucleares, modelagem de nicho usando os registros de distribuição e estimativa do estado de conservação das espécies de acordo com os critérios da IUCN (União Internacional para Conservação da Natureza). Divididos em cada um dos dois capítulos, os resultados revelaram que a raridade das espécies P. bonjardinensis, P. reitzii e P. saxicola é provavelmente histórica, uma vez que não foram encontradas evidências genéticas de gargalos genéticos recentes. Mais uma vez, ficou evidente o papel da migração histórica, efeito fundador e ciclos climáticos do Pleistoceno explicando a diversidade genética em espécies de Petunia. A estrutura populacional destas três espécies também foi influenciada por sua biologia reprodutiva e pela perda recente de habitat decorrente das mudanças na paisagem. Em relação às espécies P. scheideana e P. guarapuavensis, foi encontrada variabilidade genética de moderada a baixa e diferenciação genética entre elas indicando que são entidades taxonômicas independentes. As análises do estado de conservação apontaram para uma ameaça de extinção para essas espécies devido à perda de habitat e fragmentação da paisagem, fato comum entre as espécies dos campos de altitude no sul do Brasil.

Species are considered rare when they are narrowly distributed, have a small number of populations, or just a few individuals per population, as opposed to species that have a wide geographic distribution, are more commonly found, or have large populations. For a long time, rare species were supposed to have low genetic diversity compared to widely distributed congeners. However, not all rare species have low genetic variability, as life histories such as mating systems and pollen and seed dispersal mechanisms can maintain high levels of diversity despite the small number of individuals. The present thesis aimed to contribute to understanding speciation processes in the genus Petunia. The specific objectives included in its chapters were: (a) to evaluate the genetic diversity and population structure of endemic species from highland grasslands in southern South America (P. bonjardinensis, P. reitzii and P. saxicola) through the analysis of microsatellite molecular markers; (b) identify the conservation status and risk of extinction of these species; (c) contribute to the understanding of the reproductive systems of these species and their role in structuring genetic diversity; (d) to evaluate the genetic diversity and population structure of the species P. scheideana and P. guarapuavensis through the analysis of nuclear genetic markers; (e) test barriers to gene flow between these species; (g) test evolutionary and demographic models for the origin of these species; (h) contribute to the taxonomy of the genus by identifying the limits of these species. To achieve the objectives, phylogeographic and population genetic approaches were employed, based on the amplification and analysis of nuclear microsatellite loci, niche modeling using the distribution records, and estimation of the conservation status of the species according to the IUCN criteria (International Union for Conservation of Nature). Divided into each of the two chapters, the results revealed that the rarity of the species P. bonjardinensis, P. reitzii and P. saxicola is probably historical, as no genetic evidence of recent genetic bottlenecks was found. Once again, the role of historical migration, founder effect and Pleistocene climate cycles in explaining genetic diversity in Petunia species was evident. The population structure of these three species was also influenced by their reproductive biology and recent habitat loss due to changes in the landscape. Regarding the species, P. scheideana and P. guarapuavensis, moderate to low genetic variability was found, and genetic differentiation between them indicated that they are independent taxonomic entities. The conservation status analyzes pointed to a threat of extinction for these species due to habitat loss and landscape fragmentation, a common fact among species from highland grasslands in southern Brazil.