Disentangling landscape effects on population genetic structure of a Neotropical savanna tree

ABSTRACTGeographical patterns of genetic variation and population structure and their relationship with habitat loss and fragmentation have been investigated at distinct scales and extents using spatially explicit statistics. Here, we analyzed population genetic structure of Dipteryx alata (Fabaceae; the “baru” tree), an economically important tree widely distributed in Central Brazil that is endemic to the “Cerrado” (savanna) biome, relating population genetic divergence with broad-scale landscape patterns. Genetic divergence among 25 populations, estimated based on eight microsatellite loci for a total of 644 individuals, was correlated with landscape features using several forms of Mantel tests (standard Mantel correlations, Mantel correlograms, partial correlations, and multiple regression). Patterns of genetic divergence are significantly correlated with human-driven landscape features of habitat loss and fragmentation, after taking into account isolation-by-distance and historical effects of range expansion after the last glacial maximum. Our findings present important implications for the conservation of this species, because interruption of gene flow by habitat loss and fragmentation jeopardize the persistence of population in the medium- and long term due to disruption of demographic patterns, increased endogamy, and recruitment problems.© 2014 Associação Brasileira de Ciência Ecológica e Conservação. Published by Elsevier Editora Ltd

Variabilidade genética em bandos de queixada (Tayassu pecari) do Parque Nacional das Emas utilizando marcadores RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA)

Nowadays, the analysis of genetic variability has a highlighted roll in the definition of conservation strategies and natural populations management. In this context, the goal of this study was to evaluate the pattern of genetic variability on Tayassu pecari groups from Emas National Park, using RAPD markers. DNA from 182 individuals, distributed among eight groups, were extracted and used to amplify 10 primers previously selected through PCR. The obtained data were used to estimate the magnitude and distribution of variability within and among the groups using AMOVA. In order to analyze, in an explicit way, the patterns of spatial variation patterns, Pearson correlation coefficient (r) was estimated between the matrix of genetic distances and geographic among the groups, considering their central area of life, estimated from telemetry data. From the ten primers, 129 loci were obtained, which 88% (114) were polymorphic, ranging between 37% and 78% in the groups. The value of ?sT obtained from AMOVA was equal to 0.11 (P < 0.0001 - 10000 permutations); a high value considering the only local population distributed in regional scale. Distances among pares of groups (?sT) ranged between 4% and 29%, illustrating the heterogeneity of variability on spatial scale. Key words: Tayassu pecari, RAPD, genetic variability.O estudo das espécies presentes nos fragmentos remanescentes e/ou preservadas nos parques e reservas ainda existentes ajuda a definir estratégias de manejo, de conservação e de uso sustentado dos recursos naturais dos diferentes biomas. A análise da variabilidade genética possui hoje um papel de destaque na definição dessas estratégias. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar os padrões de variabilidade genética em bandos de queixada (Tayassu pecari) do Parque Nacional das Emas (PNE), utilizando marcadores do tipo RAPD. O DNA de 182 indivíduos, distribuídos em oito bandos, foi extraído e utilizado para a amplificação via PCR (reação em cadeia da polimerase) de dez primers previamente selecionados. Os dados foram utilizados para estimar a magnitude e a distribuição da variabilidade entre bandos e dentro dos bandos por meio da Análise de Variância Molecular (AMOVA). Com base nos dez primers, foram obtidos 129 locos, dos quais 88% (114) foram polimórficos, variando entre 37% e 78% nos bandos. O valor das distâncias dos pares de bandos ?sT obtido pela AMOVA foi igual a 0,11 (P < 0,0001 - 10.000 permutações), que pode ser considerado elevado, já que se trata, de uma única grande população local distribuída em uma escala regional (PNE). As distâncias entre os pares de bandos (?sT) variaram entre 4% e 29%, ilustrando a heterogeneidade da variabilidade nessa escala espacial. Com base no cálculo indireto do fluxo gênico, podese perceber que o número médio de indivíduos migrantes, por geração, entre os bandos de queixada, foi igual a dois, valor suficiente para suprimir a maior parte dos efeitos da deriva genética sob a diferenciação entre os bandos. Palavras-chave: Tayassu pecari, RAPD, variabilidade genética

Quantitative genetics of extreme insular dwarfing: The case of red deer on Jersey

[Aim]: The Island Rule—that is, the tendency for body size to decrease in large mammals and increase in small mammals on islands has been commonly evaluated through mac-roecological or macroevolutionary, pattern-orientated approaches, which generally fail to model the microevolutionary processes driving either dwarfing or gigantism. Here, we seek to identify which microevolutionary process could have driven extreme insular dwarfism in the extinct dwarf red deer population on the island of Jersey.[Location]: Jersey, UK (Channel Islands).[Taxon]: Red deer (Cervus elaphus).[Methods]: We applied an individual-based quantitative genetics model parameterized with red deer life-history data to study the evolution of dwarfism in Jersey's deer, con-sidering variations in island area and isolation through time due to sea level changes.[Results]: The body size of red deer on Jersey decreased fast early on, due to pheno-typic plasticity, then kept decreasing almost linearly over time down to the actual body size of the Jersey deer (36kg on average). Only 1% of 10,000 replicates failed to reach that size in our simulations. The distribution of time to adaptation in these simulations was right skewed, with a median of 395 generations (equivalent to roughly 4kyr), with complete dwarfism effectively occurring in less than 6kyr 84.6% of times. About 72% of the variation in the time to adaptation between simulations was col-lectively explained by higher mutational variance, the number of immigrants from the continent after isolation, available genetic variance, heritability, and phenotypic plasticity.[Main Conclusions]: The extreme dwarfing of red deer on Jersey is an expected out-come of high mutational variance, high immigration rate, a wide adaptive landscape, low levels of inbreeding, and high phenotypic plasticity (in the early phase of dwarfing), all occurring within a time window of around 6kyr. Our model reveals how extreme dwarfism is a plausible outcome of common, well-known evolutionary processes.This study is a contribution of the INCT in Ecology, Evolution and Biodiversity Conservation founded by MCTIC/CNPq/FAPEG (grant 465610/2014-5), arising from the workshop “Fast Evolution on Islands”, organized by AMCS and JAFD-F. Authors EB, FN, WS, KSS, RSS, and ZASV are supported by CAPES MsC or Doctoral fellowships. JAFD-F, RT, TFR, and RD are supported by CNPq Productivity Fellowships and grants, and LJ and EB received CNPq/DTI-A Fellowships from INCT. JH was supported by the project ‘Predicting diversity variations across scales through process-based models linking community ecology and biogeography’ (CNPq PVE 314523/2014-6), and AMCS by a Spanish MICIU Juan de la Cierva-Incorporación (IJCI-2014-19502) fellowship.Peer reviewe

MACROECOLOGIA, BIOGEOGRAFIA E ÁREAS PRIORITÁRIAS PARA CONSERVAÇÃO NO CERRADO

revista vol 13 nº 3.indd Há consenso entre os cientistas de que a há atualmente uma “crise da biodiversidade”, resultado da constante e intensa perda de habitat natural causada pela expansão da ocupação. Como a biologia da conservação tem sido muitas vezes reconhecida como uma ciência da crise, ela deve fornecer informações capazes de mediar, de forma mais científica possível, as tomadas de decisão que são necessárias. Dentre estas, uma das mais importantes é indicar regiões prioritárias para a conservação, já que por motivos óbvios não é possível preservar todos os ecossistemas por inteiro. Nesse contexto, recentemente sugeriu-se que a aplicação de princípios, teorias e análises provenientes da biogeografia e da macroecologia seriam importantes na Biologia da Conservação, formalizando uma abordagem que tem sido denominada “Biogeografia da Conservação”. Assim, o objetivo deste artigo é discutir e revisar esses componentes da biogeografia da conservação, utilizando uma abordagem macroecológica para desenvolver e aplicar métodos de planejamento sistemático em conservação, utilizando o bioma Cerrado como um modelo de estudo. Foram discutidos inicialmente os padrões de riqueza e diversidade beta e, em um segundo momento, como esses padrões podem ser correlacionados à ocupação humana do Bioma. Essa relação é fundamental para subsidiar a aplicação de modelos de planejamento sistemático de conservação em escala regional (análises de insubstituibilidade, complementaridade e de lacunas). É preciso considerar também que há sérias falhas de conhecimento sobre os padrões de biodiversidade na região e que a escolha de grupos indicadores pode ser importante para minimizar problemas gerados pela falta de conhecimento. Assim, essa abordagem é interessante em um cenário de grandes incertezas (ausência de dados detalhados) e de rápida transformação da paisagem, possibilitando a otimização de estudos em grandes escalas e depois transferir os resultados para escalas espaciais mais locais e realmente relevantes para a conservação. Nessas regiões, podem ser realizados, em um segundo momento, estudos mais detalhados a fim de avaliar padrões de viabilidade populacional, fragmentação de habitat e regiões potenciais de manutenção da diversidade genética

A review of techniques for spatial modeling in geographical, conservation and landscape genetics

Most evolutionary processes occur in a spatial context and several spatial analysis techniques have been employed in an exploratory context. However, the existence of autocorrelation can also perturb significance tests when data is analyzed using standard correlation and regression techniques on modeling genetic data as a function of explanatory variables. In this case, more complex models incorporating the effects of autocorrelation must be used. Here we review those models and compared their relative performances in a simple simulation, in which spatial patterns in allele frequencies were generated by a balance between random variation within populations and spatially-structured gene flow. Notwithstanding the somewhat idiosyncratic behavior of the techniques evaluated, it is clear that spatial autocorrelation affects Type I errors and that standard linear regression does not provide minimum variance estimators. Due to its flexibility, we stress that principal coordinate of neighbor matrices (PCNM) and related eigenvector mapping techniques seem to be the best approaches to spatial regression. In general, we hope that our review of commonly used spatial regression techniques in biology and ecology may aid population geneticists towards providing better explanations for population structures dealing with more complex regression problems throughout geographic space

Distribuição espacial da variabilidade genética intrapopulacional de Dipteryx alata

O objetivo deste trabalho foi avaliar o padrão espacial da variabilidade genética entre plantas, dentro de três populações naturais de barueiro (Dipteryx alata Vogel), pela genotipagem por RAPD e técnicas de autocorrelação espacial. Os cinco iniciadores RAPD permitiram a codificação de 45 locos, utilizados nas análises de diversidade, estrutura e distribuição espacial da variabilidade genética entre populações. As populações apresentaram diversidade genética (Hs) com valor médio 0,314. Verificou-se que 12% da variação total se encontra entre as populações, o que indica que estas mantêm um considerável nível de variabilidade genética. Foi observada tendência de autocorrelação espacial positiva nas primeiras classes de distâncias, nas três populações, o que indica a formação de grupos de vizinhança com estruturação familiar, dentro das populações de barueiro. Entretanto, o tamanho desses grupos de vizinhança varia entre as populações; isso mostra que outros processos ecológicos influenciaram a distribuição espacial da variabilidade genética. As populações naturais de barueiro apresentam consideráveis níveis de diversidade genética, com base nos 45 locos RAPD avaliados