História evolutiva de Cnesterodon Garman, 1895 : padrões de diversificação em ambientes campestres do bioma pampa e da floresta atlântica revelados por estudos filogenéticos e filogeográficos

Abstract

Cnesterodon Garman, 1895 (Poeciliidae) é um gênero sul-americano de peixes de água doce composto por onze espécies reconhecidas, sendo dez delas já descritas formalmente. A maioria dessas espécies ocorre no sul do Brasil nos Biomas Floresta Atlântica e Pampa. Acredita-se que o gênero possua um elevado grau de endemismo, com oito espécies associadas a regiões específicas de distribuição muito restrita. As espécies do gênero habitam ambientes de água doce com baixa correnteza e estão tipicamente associadas à vegetação campestre. Este trabalho teve como objetivo principal estudar e entender os padrões de diversificação em Cnesterodon através da utilização de ferramentas moleculares, e os resultados foram divididos em três manuscritos. No primeiro, foram utilizadas sequências de DNA dos genomas mitocondrial e nuclear para avaliar a estrutura genética e geográfica de C. decemmaculatus, uma espécie amplamente difundida no Bioma Pampa. Os resultados demonstraram que C. decemmaculatus possui uma estrutura genética associada aos amplos sistemas de drenagem do Sul da América do Sul. Esta espécie possui uma história evolutiva recente, com estimativas de divergência entre grupos genéticos entre 0.8 e 0.02 milhões de anos. Reconstruções filogeográficas apontam para um ancestral de C. decemmaculatus originado na Bacia do Uruguai, com posterior colonização para a Bacia do Rio Negro e bacias costeiras do Uruguai, com evidências de eventos de captura de cabeceiras ao longo de sua diversificação no Bioma Pampa. No segundo estudo, o objetivo foi estabelecer o número de linhagens genéticas relacionadas aos táxons Cnesterodon sp. nov. B e C. brevirostratus através de sequenciamento de nova geração pela técnica de RAD-seq. Essas espécies, simpátricas, endêmicas do Planalto Sul- Brasileiro (PSB), e restritas a altitudes acima de 750 metros podem ser distinguidas pela morfologia do órgão copulador masculino (gonopódio). Porém, a distinção baseada em outras estruturas morfológicas em fêmeas e machos jovens é extremamente difícil e até o momento não existem limites morfológicos claros entre esses táxons. Os resultados permitiram concluir que Cnesterodon sp. nov. B e C. brevirostratus constituem um complexo de espécies crípticas formado por quatro linhagens genéticas distintas, associadas ao tamanho do gonopódio e aos sistemas de drenagem Tramandaí-Mampituba, Laguna dos Patos e Rio Uruguai . A origem, diversificação e manutenção destes grupos genéticos estão provavelmente associadas a eventos de especiação alopátrica e seleção sexual. Finalmente, no terceiro estudo, dados de sequência de DNA (mitocondrial e nuclear) foram usados para propor uma hipótese filogenética, incluindo as novas linhagens identificadas no trabalho anterior. As filogenias moleculares se mostraram discordantes das resultantes a partir de dados morfológicos, e sugeriram que as espécies do Bioma Pampa e do complexo de espécies crípticas do PSB são grupos irmãos. A idade do ancestral comum mais recente do gênero foi estimada em 8 milhões de anos, sugerindo que o início da diversificação das espécies atuais do gênero teria ocorrido no Mioceno. As partes elevadas da bacia do Paraná podem ter sido o centro de origem de Cnesterodon, com posterior colonização, através de eventos vicariantes, para drenagens ao Norte e ao Sul. Os resultados obtidos neste trabalho revelaram que o conhecimento sobre a diversidade de Cnesterodon era subestimada, e que o grupo possui uma história evolutiva complexa, cuja diversidade genética e distribuição geográfica foram moldadas por processos geológicos e biológicos.

Cnesterodon Garman, 1895 (Poeciliidae) is a South American genus of freshwater fishes composed of eleven recognized species, with ten of them formally described. Most species occur in Southern Brazil, in the Atlantic Forest and Pampa biomes. It is believed that this genus has high endemism, with eight species associated to specific regions and a narrow distribution. This genus inhabits freshwater environments with low streamflow, and is typically associated to grassland vegetation. This work had as its main goal to study and understand the diversification patterns of Cnesterodon using molecular tools, and the results were divided in three manuscripts. In the first study, DNA sequences from mitochondrial and nuclear genomes were used to evaluate the genetic and geographic structure of C. decemmaculatus, a species widely distributed in the Pampa Biome. The results showed that C. decemmaculatus has a genetic structure associated to the broad drainage systems in Southern South America. This species has a recent evolutionary history, with divergence time estimates among genetic groups between 0.8 and 0.02 million years. Phylogeographic reconstructions suggest a C. decemmaculatus ancestor originated in the Uruguay basin with subsequent colonization of Rio Negro and Coastal basins of Uruguay, showing evidence for headwater capture events along its diversification in the Pampa Biome. In the second study, the goal was to establish the number of genetic lineages related to the taxa Cnesterodon sp. nov. B and C. brevirostratus using nextgeneration sequencing (RAD-seq). These sympatric species, endemic to the Southern Brazilian Highlands (SBH) and restricted to elevations above 750m can be distinguished by the morphology of the male copulatory organ (gonopodium). However, the distinction based on other morphological structures in females and young males is extremely difficult, and so far there are no clear morphological limits between these taxa. The results allowed us to conclude that Cnesterodon sp. nov. B and C. brevirostratus constitute a complex of cryptic species formed by four distinct genetic lineages, associated to gonopodium morphology and to hydrological basins. The origin, diversification and maintenance of these genetic groups are probably associated to events of allopatric speciation and sexual selection. Finally, in the third study, DNA sequence data (mitochondrial and nuclear) were used to propose a phylogenetic hypothesis including the new lineages identified in the previous study. Molecular phylogenies were discordant from those based on morphological data, and suggested that the species from the Pampa Biome and those from SBH represent sister groups. The time to the most common ancestor of the genus was estimated around 8 million years, suggesting that the initial diversification of the current species in the genus occurred in the Miocene. High elevation areas in the Paraná basin could have been Cnesterodon center of origin, with the subsequent colonization, based on vicariant events, to Northern and Southern drainages. The results from this work revealed that knowledge about Cnesterodon diversity was underestimated, and that this group has a complex evolutionary history, in which genetic diversity and geographic distribution have been shaped by geological and biological processes.