Estudo do sucesso reprodutivo, dos padrões de cruzamento e do fluxo de pólen em Aechmea winkleri, uma espécie endêmica do sul do Brasil

Abstract

Os padrões de fertilidade e biologia reprodutiva e suas conseqüências no sistema de cruzamento de plantas ainda são pouco compreendidos em espécies não modelo. Todos estes fatores têm aplicação direta para o estudo de conservação das espécies. Aechmea winkleri é uma espécie preferencialmente saxícola, endêmica de uma região muito pequena no sul do Brasil. É conhecida apenas uma população desta espécie, a qual sofre com a fragmentação de habitat resultante da conversão de mata atlântica em áreas urbanas e de produção agrícola. Esta fragmentação ameaça a sobrevivência e evolução da espécie. Neste trabalho, foram explorados os fatores genéticos e ecológicos que influenciam o sucesso reprodutivo e a persistência desta espécie na natureza. No Capítulo II é apresentado um estudo sobre a proporção de investimento em reprodução clonal e sexual, e foram avaliados componentes de fitness e sucesso reprodutivo. Também foi realizado um experimento de polinização controlada para verificar a ocorrência de limitação de pólen. Os resultados mostraram uma média de 16 ramets por genet e menos de 10% da população com estruturas reprodutivas. Em média, 80,96% (SE ± 2,74) das plantas frutificaram e observou-se uma taxa de partenocarpia de 33,18% (SE ± 2,43). Os experimentos de suplementação de pólen não mostraram diferenças entre polinização cruzada manual e polinização aberta, sugerindo que não há limitação de pólen nesta espécie. No Capítulo III, é apresentado um estudo onde foi caracterizada a biologia reprodutiva da espécie e testado o impacto de subestrutura de população nos padrões de sistema de cruzamento e fluxo de pólen. O principal polinizador observado nesta espécie foi a mamangava, Bombus morio, e os experimentos de polinização manual mostraram que a espécie A.winleri é autoincompatível. Para a análise molecular (microssatélites) do sistema de cruzamento foram coletadas 59 plantas mãe e em média 14 sementes para cada uma, totalizando 893 indivíduos coletados nas áreas de maior densidade populacional. Baseado em uma análise Bayesiana a posterior, foram identificadas duas subpopulações para esta espécie (Aw1 e Aw2). As estimativas de taxas de fecundação cruzada não diferiram de 100%. Foi observada estruturação de pólen entre as plantas maternas (ΦFT = 0,25), correspondendo a dois doadores efetivos de pólen (Nep ≈ 2). A distância média de dispersão foi baixa nas duas subpopulações, porém foi mais reduzida na subpopulação Aw2 (δ = 21.8 m). Os resultados mostraram que a reprodução clonal parece não afetar negativamente o fitness, mantendo o tamanho da população suficientemente elevado. As distâncias curtas de polinização, no entanto, podem ser em consequência da fragmentação do habitat e do comportamento do polinizador. Assim, nós sugerimos que as estratégias de conservação devem se concentrar na área de ocorrência da espécie e em plantas adultas. Nossos resultados também sustentam o uso de espécies não arbóreas como um modelo adequado para estudos de fluxo de pólen.

Fertility and reproductive biology patterns and its consequences for mating systems are still poorly understood in non-model species. These aspects have direct application in the study of species evolution and conservation. Aechmea winkleri is a mainly saxicolous species, endemic to a very small region in southern Brazil. There is only one known population of this species, which suffers from habitat fragmentation resulting from the conversion of forest in urban and agricultural areas. Fragmentation is a major threat to species survival and evolution. In this study, we explored the genetic and ecological factors that influence the reproductive success and persistence of this species in nature. In Chapter II we studied the proportion of investment in sexual and clonal reproduction, and we measured fitness components and reproductive success. We also verified the occurrence of pollen limitation with a controlled pollination experiment. Results showed an average of 16 ramets by genet and less than 10% of the population presented reproductive structures. Fruit set was on average 80.96% (SE ± 2.74) and the parthenocarpy rate was 33.18% (SE ± 2.43). Pollen supplementation experiments showed no differences between manual cross-pollination and open pollination, suggesting that there is no pollen limitation in this species. In Chapter III, we characterized the reproductive biology and tested the impact of population substructure in mating system and pollen flow patterns. The main pollinator observed in this species was the bumblebee, Bombus morio, and hand pollination experiments showed a selfincompatibility system. For the mating system analysis using microsatellites, we sampled 59 mother plants and an average of 14 seeds for each, totaling 893 individuals collected in the high density areas. Based on a Bayesian assignment, two subpopulations were identified for this species (Aw1 and Aw2). Estimates of outcrossing rates did not differ from 100%. Pollen pool structure was observed between maternal plants (ΦFT = 0.25), corresponding to two effective pollen donors (Nep ≈ 2). The average dispersal distance was low in both subpopulations, but lower in the subpopulation Aw2 (δ = 21.8 m). Our results showed that clonal reproduction does not seem to negatively affect fitness, keeping population size large enough. The short pollination distances, however, are in consequence of habitat fragmentation and pollinator behavior. Thus, we suggest that conservation strategies should focus on the species’ occurrence area and in adult plants. Our results also support the use of nonarboreal species as a suitable model for pollen flow studies.