História evolutiva de uma espécie de passiflora da Mata Atlântica

A Mata Atlântica está entre um dos ecossistemas mais ricos em biodiversidade do mundo. Os processos históricos e evolutivos que levaram a esta enorme diversidade permanecem pouco entendidos até os dias de hoje, o que suscita muitos estudos sobre a fauna e flora da região na busca de hipóteses que expliquem tamanha riqueza. Nesse contexto, utilizando uma espécie de Passiflora endêmica da Mata Atlântica, cuja distribuição está restrita às bordas de mata em áreas ao nível do mar, o presente estudo teve como objetivo caracterizar os padrões de variabilidade genética da espécie, bem como testar duas hipóteses que buscam explicar as possíveis causas da diversidade encontrada na Mata Atlântica, a Teoria dos Refúgios e a Hipótese de Rios como barreiras. Foram realizadas análises filogeográficas, utilizando marcadores moleculares dos genomas plastidial e nuclear, com amostras coletadas ao longo de toda a distribuição geográfica da espécie. Os resultados obtidos demonstraram que as populações da espécie encontram-se bastante estruturadas em virtude de baixo fluxo gênico, sem sinal de expansão populacional recente e com indícios de isolamento por distância. As análises realizadas com o marcador nuclear obtiveram resultados mais informativos em relação ao marcador plastidial, tendo sido observado um padrão Norte- Sul de distribuição geográfica na espécie. Foram encontrados três filogrupos e sua separação coincidiu com a posição dos rios Jequitinhonha e Doce, corroborando a hipótese de rios como barreiras contra o fluxo gênico para esta espécie. Os maiores índices de diversidade genética foram encontrados na região central da Bahia, região esta já reportada como possível área de refugio durante as oscilações climáticas do Quaternário, e embora nossos resultados apontem para uma diversificação mais antiga da espécie, ocorrida no Terciário, às áreas de refugio podem ter sido importantes na manutenção e preservação da diversidade já existente durante as alterações climáticas mais recentes. Como estratégia de conservação da espécie que habita um ecossistema já bastante fragmentado, sugerimos que as áreas prioritárias sejam as que possuem a maior diversidade genética, considerando-se também a existência de três grupos de diversidade genética distintos, representados pelos filogrupos encontrados. Este trabalho ainda fez uma importante contribuição para o entendimento da classificação taxonômica da espécie, reabilitando sua divisão em duas entidades taxonômicas distintas.The Atlantic Rainforest is one of the most species-rich ecoregions in the world. The factors concerning the historical origin and evolutionary processes that gave rise to such diversification and that promoted speciation in this ecosystem remains poorly understood. Many studies of fauna and flora have been conducted in this region with the aim of explaining such richness. In this context, this study aimed to characterize the patterns of genetic variability in a species of the Passiflora genus endemic to the Atlantic Rainforest and distributed exclusively at the sea level, in forest edges, and test two hypotheses that attempt to explain the possible causes of the diversity found in the Atlantic Rainforest: the refuge theory and riverine barrier hypothesis. The phylogeographic analyzes were performed using molecular markers of nuclear and plastid genomes, with samples collected throughout the geographic distribution of the species. The results showed that populations were structured possibly due to the low gene flow. There is also evidence of demographic stability without recent population expansion and evidence for isolation by distance. The nuclear marker dataset was more informative than the plastidial marker dataset, and showed the existence of a clear phylogeographical structure and the presence of three phylogeographic groups. It was observed that the separation of the three groups coincides to the location of the Jequitinhonha and Doce Rivers, corroborating the riverine barriers acting as barriers against gene flow in this species. The highest levels of genetic diversity were found in central Bahia, a region reported as a possible refugial area for other species during the climatic changes in the Quaternary, and although the results obtained in this study showed that the origin and diversification of this species was older, occurring during the Tertiary, the refugial area should have been very important for the maintenance of an already existing diversity throughout the climatic changes. As a conservation strategy for this species, which inhabits a extremely endangered ecosystem, we suggest that the locations presenting high genetic diversity levels and belonging to each one of the three phylogroups must be given high priority for conservation. In this work we have done an important contribution for the taxonomic classification of this species, recovering the two taxa condition to this geographic area

Desvendando os processos bioquímicos e moleculares envolvidos com as diferentes síndromes de polinização nas espécies Calibrachoa parviflora e Calibrachoa pygmaea

Mesmo espécies proximamente relacionadas podem apresentar enormes diferenças em caracteres florais, como cor da flor, emissão de essência floral e produção de néctar. Essas diferenças são frequentemente relacionadas a polinização por grupos específicos, conhecidos como síndrome de polinização. Adaptação para um especifico tipo de polinizador, pode levar a mudanças em síndrome de polinização, através de complexos processos, que envolvem alterações em diferentes características. Portanto uma maneira de entender como esses processos ocorrem se dá através de analises moleculares de caracteres individuais dentro das síndromes de polinização. Por consequência, características florais presentes em duas espécies proximamente relacionadas no gênero Calibrachoa, C. parviflora e C. pygmaea, as quais apresentam diferentes síndromes de polinização foram analisadas no intuito de entender os mecanismos e bases moleculares responsáveis pelas diferenças em síndrome de polinização nessas duas espécies e que podem ser relacionadas a processos de diversificação do gênero dirigida por interações planta- polinizador. C. parviflora apresenta flores na cor rosa, e possui características adaptadas a polinização por abelhas, enquanto que C. pygmaea possui flores brancas, emitem aroma floral e é adaptada para polinização via mariposas. O gênero Calibrachoa é relacionado com o gênero Petunia, e espécies de ambos os gêneros compartilham as mesmas síndromes de polinização, em Petunia muitos dos genes relacionados a cor das flores e emissão de compostos essência já foram identificados e caracterizados. Por exemplo o gene AN2 responsável pela diferença de cor das flores entre as espécies Petunia integrifolia e P. axillaris. Porém, análises desse gene em espécies de Calibrachoa demonstraram que nas espécies de C. parviflora e C. pygmaea esse gene não é o responsável pela diferença na cor das flores como se observa entre as espécies de Petunia. Alem disso, os pigmentos que compõem a cor das flores dessas duas espécies foram identificados como pertencentes as duas classes de pigmentos as antocianinas e os carotenoides, sendo a composição majoritária de antocianinas, da classe das delfinidinas. A composição dos pigmentos das duas classes, mostrou ser bastante espécie-especifica em que C. pygmaea produz maiores quantidades de carotenos do tipo β-caroteno e antocianidinas do tipo petunidina. Enquanto que, C. parviflora sintetiza maiores quantidade de carotenos do tipo luteína e antocianidinas do tipo petunidina e malvidina. As duas espécies são capazes de sintetizar antocianinas, embora apresentem diferenças na quantidade de produto originado, C. parviflora produz maiores quantidades de antocianinas do que C. pygmaea, portanto apresenta flores com maior pigmentação, já C. pygmaea produz baixa quantidade de antocianinas e então apresenta flores com baixa pigmentação. Através de obtenção de dados de transcriptoma para as duas espécies e via análises dos níveis de expressão gênica dos genes da via de biossíntese das antocianinas e flavonoides, observou-se que os genes responsáveis pela formação das antocianinas, e consequentemente pela cor das flores são expressos em maiores níveis em C. parviflora comparados com C. pygmaea. Portanto a diferença na cor das flores entre essas duas espécies pode ser atribuída a diferença de expressão dos genes responsáveis pela síntese de antocianinas. Com destaque a expressão do gene responsável pelo transporte das antocianinas para o vacúolo (AN9) e dos genes responsáveis pela acidificação do lúmen vacuolar (genes do PH) em C. pygmaea. Além disso, fatores regulatórios do tipo trans parecem estar atuando na regulação destes genes em C. pygmaea. Ademais, observações das flores de C. pygmaea mostraram que essa espécie possui um interessante fenômeno de mudança de cor das flores durante o dia, o qual mostrou ser influenciado pela presença de luz, induzindo pigmentação e mudando a cor das flores de brancas para amarelo claras no lado adaxial da corola e púrpura/ amarronzada no lado abaxial da corola, retornando a cor das flores para brancas ao crepúsculo e permanecendo brancas durante toda a noite. Esse fenômeno se relaciona com a síndrome de polinização da espécie. Uma outra característica floral importante na relação planta x polinizador é a emissão de aroma floral. Sabe se que espécies adaptadas para serem polinizadas por mariposas frequentemente liberam essência floral. Então, os compostos orgânicos voláteis de aroma emitidos pelas flores de C. pygmaea foram identificados e caracterizados neste trabalho. As análises revelaram que a maioria dos compostos de essência emitidos por C. pygmaea fazem parte dos benzenoides/ fenilpropanoides e mostram um ritmo controlado de emissão noturna, também associados a síndrome de polinização. Portanto, as características florais que estão conectadas com a síndrome de polinização foram analisadas pela primeira vez em espécies silvestres do gênero Calibrachoa pygmaea e C. parviflora. Os resultados aqui obtidos contribuem para um melhor entendimento de como se dá os processos de transição entre síndromes florais no gênero Calibrachoa, e que podem ser associados aos processos de diversificação no gênero. Através da identificação dos tipos de pigmentos produzidos pelas flores, bem como a identificação dos primeiros genes candidatos envolvidos na diferença de cor das flores entre estas duas espécies, e os tipos de compostos de essência floral emitidos por C. pygmaea.Closely related plant species can display very different floral traits, as flower colour, scent floral emission and production of nectar as a reward, known as pollination syndromes, which are often correlated with specific groups of pollinators. Adaption to a specific type of pollinator can result in change in the pollination syndrome through a complex process involving alteration in different traits. Therefore, one way to understand how these processes evolve is through molecular analysis and characterization of single traits within pollination syndromes. Thus, the floral traits in two close species of Calibrachoa genus, Calibrachoa parviflora and C. pygmaea, which display different polination syndromes, the former species has pink flowers and are adapted to bee-polinated, while C. pygmaea has white flowers, emit scent and are adapted to moth-pollination were analysed in order to understand the mechanisms and molecular bases responsible for the differences in pollination syndrome that can leads to species diversification driven by plant-pollinator interactions. The Calibrachoa genus is related with Petunia genus, in which species from both genera sharing the same pollination syndromes. In petunia species many of the genes involves with the differences in flower colour and floral scent release were identified. For instance, the AN2 gene, that is responsible for the flower colour differences between Petunia integrifolia and P. axillaris. Therefore, analysis of this gene in Calibrachoa species showed that for C. pygmaea and C. parviflora this gene does not play the same role as in Petunia species. The pigments that composes the flower colour in C. parviflora and C. pygmaea were identified as belonging to the two class of pigments the anthocyanins and carotenoids, yet constituted mainly of anthocyanins from the class of the delphinidins. The composition of the pigments from both class showed to be specie-specific in which C. pygmaea produces more β-carotene from the carotenoids and petunidin as anthocyanidins, whereas C. parviflora synthesize more lutein carotenoid type and petunidin and malvidin as anthocyanidins in the corolla limb. These two species are able to synthesize anthocyanins, despite the differences in the amount of production, C. parviflora makes more anthocyanins thus shows strong flower pigmentation and C. pygmaea produces low amonts of anthocyanins, therefore has flowers with low pigmentation. By construction a transcriptomic data between these two species, and then, the analysis of expression levels of the genes from the flavonoid/anthocyanins biosynthetic pathway it was observed that the genes which are responsible for the flower colour are higher expressed in C. parviflora than in C. pygmaea. Thus, the differences in flower colour between these two species can be attribute to the differences in the expression levels of all the genes involved in anthocyanin synthesis. Highlighting, the very low expression of the gene responsible for transport the anthocyanins to the vacuole (AN9) and the genes involved in the acidification of the vacuole (PH genes) in C. pygmaea. Moreover, a trans regulatory factor is likely to be responsible for the regulation of these genes in C. pygmaea. Furthermore, observations of Calibrachoa pygmaea flowers showed that this species displays an interesting phenomenon of flower colour change during the day. That showed to be under the influence of light, inducing pigmentation and change the flower colour from white to pale yellow in the adaxial side of corolla and purplish/ brownish at the abaxial side, and then turning back the flower colour to white at dusk, and remain the white colour of the flowers overnight. This phenomen showed to be associated with the pollination syndrome in this species. Floral scent emission is another important trait in the relationship plant x pollinator, and is known that species adapted to be pollinated by moths often releases floral aroma. Thus, the floral volatiles compounds were identified and characterized in C. pygmaea. The analysis revealed that the majority of the scent compounds are part of the benzenoid/ phenilpropanoid class and shows a controlled nocturnal rhythm of emission, which is also related with the pollinator syndrome. Thus, the floral traits that are connected with pollination syndrome were analysed for the first time in Calibrachoa pygmaea and C. parviflora species, these findings contribute to a better understand of the process of pollination syndrome transition in Calibrachoa genus. Through the identification of of the class of pigments synthesized by the flowers in both species and the identification of the first candidate genes involved in the flower colour difference between these two species, as well as the identification of the scent compounds emitted by C. pygmaea flowers

Nuclear and plastid markers reveal the persistence of genetic identity: A new perspective on the evolutionary history of Petunia exserta

Recently divergent species that can hybridize are ideal models for investigating the genetic exchanges that can occur while preserving the species boundaries. Petunia exserta is an endemic species from a very limited and specific area that grows exclusively in rocky shelters. These shaded spots are an inhospitable habitat for all other Petunia species, including the closely related and widely distributed species P. axillaris. Individuals with intermediate morphologic characteristics have been found near the rocky shelters and were believed to be putative hybrids between P. exserta and P. axillaris, suggesting a situation where Petunia exserta is losing its genetic identity. In the current study, we analyzed the plastid intergenic spacers trnS/trnG and trnH/psbA and six nuclear CAPS markers in a large sampling design of both species to understand the evolutionary process occurring in this biological system. Bayesian clustering methods, cpDNA haplotype networks, genetic diversity statistics, and coalescence-based analyses support a scenario where hybridization occurs while two genetic clusters corresponding to two species are maintained. Our results reinforce the importance of coupling differentially inherited markers with an extensive geographic sample to assess the evolutionary dynamics of recently diverged species that can hybridize. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved

Optimal use of SSR markers for varietal identification of upland cotton

Abstract: The objective of this work was to identify polymorphic simple sequence repeat (SSR) markers for varietal identification of cotton and evaluation of the genetic distance among the varieties. Initially, 92 SSR markers were genotyped in 20 Brazilian cotton cultivars. Of this total, 38 loci were polymorphic, two of which were amplified by one primer pair; the mean number of alleles per locus was 2.2. The values of polymorphic information content (PIC) and discrimination power (DP) were, on average, 0.374 and 0.433, respectively. The mean genetic distance was 0.397 (minimum of 0.092 and maximum of 0.641). A panel of 96 varieties originating from different regions of the world was assessed by 21 polymorphic loci derived from 17 selected primer pairs. Among these varieties, the mean genetic distance was 0.387 (minimum of 0 and maximum of 0.786). The dendrograms generated by the unweighted pair group method with arithmetic average (UPGMA) did not reflect the regions of Brazil (20 genotypes) or around the world (96 genotypes), where the varieties or lines were selected. Bootstrap resampling shows that genotype identification is viable with 19 loci. The polymorphic markers evaluated are useful to perform varietal identification in a large panel of cotton varieties and may be applied in studies of the species diversity