Genética de paisagens de espécies da planície costeira do Atlântico Sul

Abstract

O entendimento da contribuição diferencial de processos neutros e adaptativos envolvidos na diferenciação genética entre populações, assim como sua relação com varáveis físicas e ambientais da área de distribuição das espécies, é fundamental para melhorar o conhecimento da história evolutiva, mas também para fazer um manejo e conservação mais adequados da diversidade genética das espécies. O surgimento da Planície Costeira do Atlântico Sul foi um processo relativamente recente, que conduziu a processos de colonização e expansão dos organismos para um ambiente costeiro. Os padrões de estrutura genética gerados em processos de colonização e expansão podem ser difíceis de interpretar devido ao fato de que podem apresentar sinais sobrepostos de efeito fundador em série, isolamento por distância e isolamento por ambiente quando envolvem gradientes ecológicos na área de estudo. No presente trabalho foram conduzidas caracterizações da diversidade e estrutura genética de dois taxa predominantemente costeiros co-distribuídos, Calibrachoa heterophylla e Petunia integrifolia ssp. depauperata, em toda a amplitude da distribuição. Também foram inferidas as dinâmicas de fluxo gênico entre populações e sua relação com variáveis topográficas e climáticas reconstruídas pelo meio de um levantamento exaustivo e modelamento para a área de estudo. Processos de diferenciação genética promovidos pelo regime diferencial de chuvas nos extremos da distribuição foram inferidos para as duas espécies. Também foram identificadas populações das duas espécies apresentando alto nível de mistura de identidade genética nas localidades ao redor da Lagoa dos Patos. Isso foi associado a alta instabilidade na história geomorfológica recente desta região e dinâmicas atuais do vento que favorecem a dispersão secundária de sementes a maiores distâncias. Adicionalmente foram identificados processos espécie-específicos que se relacionaram principalmente a fatores históricos de cada táxon. Em P. depauperata o efeito fundador relacionado a um processo único de colonização do ambiente costeiro determinou o nível superior de estrutura genética, enquanto que em C. heterophylla foi a história filogeográfica da espécie na qual a diferenciação intraespecífica é anterior à colonização da região costeira atual o fator preponderante. As diferenças de duração do ciclo de vida entre as espécies também influenciaram as dinâmicas contrastantes de fluxo gênico dos dois taxa, sugerindo que a colonização e adaptação local de C. heterophylla nas bordas da distribuição poderia ser condizente com um processo de monopolização. Em vista dos resultados obtidos neste trabalho, propõem-se o desenvolvimento de experimentos de transplante recíproco para confirmar o processo de adaptação local nas duas espécies e abordagens genômicas para identificar regiões do genoma responsáveis pelos processos de adaptação ao ambiente costeiro e de adaptação local nas margens da distribuição.

The understanding of differential contribution of neutral and adaptive processes to the genetic differentiation among populations, as well as its relationship to physical and environmental variables of species’ distribution area, is essential to improve the knowledge of species evolutionary history, but also to direct appropriate management and conservation policies for the genetic diversity. The emergence of the South Atlantic Coastal Plain was a relatively recent event that led to colonization and expansion processes to the coastal environment. Genetic structure patterns generated in colonization and expansion processes can be difficult to interpret because the overlapping signals, which can present the founder effect in series, isolation by distance, and isolation by environment in the presence of ecological gradients in the study area. In this work characterization diversity and genetic structure were conducted to two co-distributed and predominantly coastal taxa, Calibrachoa heterophylla and Petunia integrifolia ssp. depauperata alongside their complete geographical range. Moreover, we also inferred dynamic of gene flow among populations and investigated the relation between topographical and climatic variables reconstructed by means of an exhaustive survey and modeling for the study area and the gene flow. Shared genetic differentiation processes promoted by differential rainfall conditions at the distribution edges were inferred. In addition, we identified populations from both species with high level of mixed genetic membership in locations around the Patos Lagoon. This was associated with a high instability in recent geomorphological history of coastal region and current wind dynamics that favor the secondary seed dispersal over longer distances. Additionally, specific species processes were identified mainly related to historical factors of each taxon. In P. depauperata founder effects associated with unique colonization process to coastal environment determined the upper level of genetic structure, while in C. heterophylla the upper level of genetic structure was related to the phylogeographical history wherein the intra-specific differentiation preceded colonization to the current coastal region. The differences of the life span length of the species were also related to contrasting gene flow dynamics indicating that the colonization and local adaptation of C. heterophylla at the edges of the distribution could lead to monopolization process. In view of the results we propose the development of reciprocal transplant experiments to confirm the local adaptation process in both species and genomic approaches to identify regions of the genome responsible for the processes of adaptation to the coastal environment and local adaptation in distribution margins.