Hibridação e especiação em Petunia e grupos relacionados : uma abordagem filogenômica

Abstract

With advancements in DNA sequencing technologies, evolutionary biologists realized that gene flow between different evolutionary lineages is far more frequent than previously imagined, playing a crucial role in the diversification of species. The effects of hybridization encompass a wide spectrum of consequences: it can lead species to extinction due to genetic disruption, or lead to speciation and adaptive alleles introgression, allowing the colonization of new environments. In this thesis, we aimed to investigate the role of hybridization in the evolutionary history of Petunia and its related genera, Calibrachoa and Fabiana. Petunia serves as a model system for phylogeography and speciation studies in South America due to its wide geographic distribution and remarkable species diversity. To achieve our objectives, we employed single nucleotide polymorphisms (SNP) data acquired through genotyping-by-sequencing (GBS) and transcriptomes from multiple species. Each chapter addressed the hybridization topic from distinct perspectives: in chapter 1, we explored gene flow in two species of the short corolla tube clade in a transitional zone between biomes; in chapter 2, we analyzed the hybridization between two subspecies of P. axillaris and the implications for the taxa conservation in the context of climate change; in chapter 3, we investigated the potential hybrid origin of a population exhibiting corolla color variation and discussed the speciation process in a Petunia hotspot; in Chapter 4, we examined the effects of sampling admixed individuals on species delimitation; and in chapter 5, we employed transcriptomic data from species of Petunia, Calibrachoa, and Fabiana to understand the reasons underlying the phylogenetic tree discordance in this clade. Our results indicated that interspecific gene flow was common and recurrent within the group, but these signals can be challenging to discern due to the high degree of incomplete lineage sorting (ILS) resulting from the rapid diversification. This thesis has shed light on the process of diversification and speciation within a charismatic group of South American plants, underscoring how hybridization is an essential mechanism that must be considered when seeking to understand the evolutionary history of plants.

Com os avanços nas tecnologias de sequenciamento de DNA, pudemos perceber que o fluxo gênico entre linhagens evolutivas distintas é muito mais frequente do que imaginávamos, desempenhando um papel fundamental na diversificação das espécies. Os efeitos da hibridação abrangem um espectro amplo de consequências, podendo tanto levar espécies à extinção devido à ruptura genética, quanto introduzir alelos adaptativos, permitindo a colonização de novos ambientes. Nesta tese, nosso objetivo foi investigar o papel da hibridação na história evolutiva do gênero Petunia e seus gêneros relacionados, Calibrachoa e Fabiana. Petunia é um sistema modelo para estudos em filogeografia e especiação na América do Sul devido à ampla distribuição e grande diversidade de espécies. Para atingir nossos objetivos, utilizamos dados de polimorfismos de nucleotídeos únicos (SNP; single nucleotide polymorphisms) obtidos por meio do genotyping-by-sequencing (GBS) e transcriptomas de diversas espécies. Cada capítulo abordou o tema sob diferentes perspectivas: no capítulo 1, investigamos a hibridação em duas espécies do clado de tubo curto da corola em uma área de transição entre biomas; no capítulo 2, analisamos a hibridação entre duas subespécies de P. axillaris e as consequências para sua conservação em um cenário de mudanças climáticas; no capítulo 3, investigamos a possível origem híbrida de uma população com variação na coloração da corola e discutimos o processo de especiação em um hotspot de Petunia; no capítulo 4, examinamos os efeitos da amostragem de híbridos na delimitação de espécies; e no capítulo 5, utilizamos dados transcriptômicos de espécies de Petunia, Calibrachoa e Fabiana para compreender as razões por trás da discordância nas árvores filogenéticas desse clado. Nossos resultados indicaram que o fluxo gênico interespecífico foi comum e constante no grupo, mas muitas vezes esses sinais podem ser difíceis de detectar devido ao alto nível de segregação incompleta de linhagens (ILS; incomplete lineage sorting) causado pelo rápido processo de diversificação dessas espécies. Esta tese elucidou o processo de diversificação e especiação de um grupo carismático de plantas da América do Sul, destacando como a hibridação é um mecanismo essencial a ser considerado para entender a história evolutiva das plantas.