Padrões históricos e processo de hibridação entre duas espécies simpátricas de bromélias da Mata Atlântica : implicações evolutivas e conservacionistas

A família Bromeliaceae é uma das famílias de plantas com flores mais diversas morfologica e ecologicamente nativas do Novo Mundo, e é bem conhecida por ter sofrido radiação adaptativa recente, evoluindo para habitar inúmeros nichos e ocupando os mais diversos tipos de ambientes. Bromeliaceae surgiu no Escudo das Guianas cerca de 100 milhões de anos atrás (Ma), e linhagens modernas começaram a divergir cerca de 19 Ma, chegando na América tropical e subtropical há 15,4 Ma, aproximadamente. Devido a sua história evolutiva recente, limites genéricos frequentemente sofrem alterações na família Bromeliaceae, com espécies incipientes não completamente definidas. A Floresta Atlântica Brasileira (BAF) é um dos centros de diversidade das bromélias, sendo também um dos centros de diversidade do gênero Vriesea. Vriesea carinata e V. incurvata podem ser consideradas modelos interessantes para o estudo dos padrões históricos da BAF e também para o estudo dos processos de coesão de espécies e barreiras reprodutivas, por serem espécies endêmicas da BAF, com ampla distribuição ao longo dessa ecorregião, sendo encontradas em simpatria e compartilham polinizadores. Assim, este trabalho foi dividido em três manuscritos, buscando uma melhor compreensão da história evolutiva da família Bromeliaceae, bem como da Floresta Atlântica Brasileira. No Capítulo II, é apresentado um artigo de revisão, compilando os estudos sobre a família Bromeliaceae, no qual foram abordados aspectos como: diversidade genética, adaptações evolutivas, sistemas de cruzamento e suas consequências sobre a estruturação populacional e conservação in situ. Os dados do artigo de revisão demonstraram que Bromeliaceae tem três centros de diversidade, 58 gêneros e cerca de 3.170 espécies. As bromélias são preferencialmente polinizadas por vertebrados e apresentam uma marcante variação nos sistemas de cruzamento, de endogamia predominante à polinização cruzada obrigatória, e uma constância no número de cromossomos (x = 25). Bromélias com sistema de cruzamento autógamo ou misto têm um alto coeficiente de endogamia (FIS), enquanto que as espécies de fecundação cruzada apresentam FIS baixos. O grau de diferenciação entre as populações (FST) variou de 0,043 a 0,961, e pode ser influenciado pela dispersão do pólen e sementes, crescimento clonal, taxas de fluxo gênico e conectividade entre as populações. Bromeliaceae apresenta algumas adaptações morfológicas e fisiológicas, incluindo o metabolismo ácido das crassuláceas de fotossintese (CAM), formação de rosetas que acumulam água, tricomas absortivos nas folhas e hábito epífito, que podem ter sido cruciais para a radiação adaptativa desta família. Além disso, muitas espécies são endêmicas com distribuição restrita e/ou são encontradas em ecorregiões ameaçadas de extinção, como a BAF. A preservação deste tipo de ecorregião é vital para a conservação da família Bromeliaceae e das espécies associadas. No Capítulo III, nós estudamos os padrões filogeográficos de Vriesea carinata e V. incurvata com o objetivo de fornecer informações sobre os processos históricos que influenciaram na diversificação da BAF. Nós testamos a hipótese de que V. carinata e V. incurvata apresentariam o mesmo padrão filogeográfico, uma vez que podem ter sido submetidas às mesmas alterações climáticas no passado, pois apresentam distribuição geográfica semelhante. Foram amostradas 16 populações de V. carinata e 11 de V. incurvata, as quais utilizamos para descrever os padrões de variações genéticas do DNA plastidial (cpDNA) e nuclear (microssatélites). Vriesea carinata e V. incurvata apresentaram padrões filogeográficos semelhantes, com uma forte descontinuidade genética norte/sul entre as populações, sem compartilhamento haplotípico entre essas regiões. A presença de dois grupos genéticos distintos suporta a hipótese de que V. carinata e V. incurvata sobreviveram em mais de um refúgio durante as oscilações climáticas do Pleistoceno. Um putativo refúgio seria na porção litoranea sul-sudeste (latitude 25°S - PR/SP) e outro no sudeste do Brasil (latitude 20°S - RJ/ES). Os resultados são consistentes com registros encontrados na literatura para a BAF. No entanto, mais estudos são necessários para entender a complexa história da BAF, uma vez que este padrão foi provavelmente moldado ao longo do Pleistoceno, mas eventos anteriores, como soerguimento da costa leste brasileira durante o Terciário, também podem ter influenciado a distribuição e a diversificação dos taxa. No Capítulo IV, nós investigamos a ocorrência de hibridação natural entre V. carinata e V. incurvata em quatro populações onde elas são encontradas em simpatria. Estas espécies são bem delimitadas taxonomicamente, apresentam morfologia floral similar e compartilham polinizador (beija-flor), apresentando floração sequencial com um curto período de sobreposição do florescimento. O grau de isolamento reprodutivo entre espécies relacionadas é um fator importante que influência a integridade genética das espécies e a formação de híbridos. Foram amostradas e analisadas quatro populações simpátricas, utilizando duas regiões plastidiais e 14 locos de microssatélites, e híbridos foram encontrados em todas elas, com um total de 19 indivíduos, indicando que ocorre fluxo gênico interespecífico entre V. carinata e V. incurvata. Análises Bayesianas identificaram híbridos F2 e retrocruzamentos com V. incurvata e a rede de haplótipos do cpDNA identificou introgressão bidirecional entre estas duas espécies. Nas populações simpátricas com distribuição mais ao norte foi encontrado um maior número de híbridos, provavelmente por causa de um gradiente latitudinal, que pode influenciar nas estações do ano, temperatura, precipitação e também o período de floração das espécies. A taxa de fluxo gênico interespecífico (Nem ˂ 0,5) foi considerada alta, contribuindo para a formação de 10% de híbridos nas populações estudadas, porém a ausência de híbridos F1 indica que a barreira reprodutiva está sendo eficaz. A diferença temporal de floração das duas espécies tem atuado como uma barreira reprodutiva prezigótica forte, sendo a principal força responsável pela coesão das espécies. O conhecimento da hibridação e dos padrões de fluxo gênico interespecífico é importante para a compreensão dos processos de especiação, do movimento de genes entre espécies relacionadas e da manutenção da coesão das espécies. Em suma, os resultados obtidos no presente estudo, utilizando V. carinata e V. incurvata como modelos, permitiram aumentar a compreensão dos padrões históricos da BAF, dos processos biológicos e ecológicos envolvidos na evolução do isolamento reprodutivo responsável pela manutenção da coesão das espécies de plantas.Bromeliaceae family is one of the morphologically and ecologically most diverse flowering plant families native to the New World and is well known for its recent adaptive radiation, evolving to live in numerous niches and occupying the most diverse types of environments. Bromeliaceae arose in the Guayana Shield roughly 100 million years ago (Ma), and modern lineages began to diverge from each other roughly 19 Ma, arriving in tropical and subtropical America from near 15.4 Ma. Due to its recent evolutionary history, generic boundaries often suffer changes in the Bromeliaceae family, with incipient species not completely defined. Brazilian Atlantic Forest (BAF) is one of the centers of bromeliads diversity, being also one of the diversity centers of Vriesea genus. Vriesea carinata and V. incurvata may be interesting models for the study of BAF historical patterns and also for studying species cohesion processes and reproductive barriers, to be endemic species of BAF, with wide distribution throughout this ecoregion, being found in sympatry and share pollinators. Thus, this thesis was divided in three manuscripts, which seeking a better understanding of the evolutionary history of the Bromeliaceae family, as well as BAF ecoregion. In the Chapter II, a review manuscript were presented, compiling the studies on Bromeliaceae family using approaches as: genetic diversity, evolutionary adaptations, mating systems and their consequences on the population structure and in situ conservation. The review’s results revealed that Bromeliaceae has three diversity centers, 58 genera, and about 3,170 species. Bromeliads are preferentially pollinated by vertebrates and show marked variation in breeding systems, from predominant inbreeding to obligatory outcrossing, as well as constancy in chromosome number (x = 25). Autogamous or mixed mating system bromeliads have a high inbreeding coefficient (FIS), while outcrossing species show low FIS. The degree of differentiation among populations (FST) of species ranges from 0.043 to 0.961, and can be influenced by pollen and seed dispersal effects, clonal growth, gene flow rates, and connectivity among populations. Bromeliaceae showed some morphological and physiological adaptations, including crassulacean acid metabolism (CAM) photosynthesis, formation of rosettes that accumulate water, leaf absorptive scales and epiphytic habit, which might have been crucial to the adaptive radiation of this family. Also, many species are endemic with restricted distribution and/or are found in endangered ecoregion, as BAF. The preservation of this type of ecoregion is vital for the conservation of Bromeliaceae and associated species. In the Chapter III, we studied the phylogeographic patterns of Vriesea carinata and V. incurvata aiming to provide insights into the historical processes that underlined diversification in BAF. We evaluated the hypothesis that V. carinata and V. incurvata would present the same phylogeographic pattern, since they could be subjected to the same climatic changes in the past because they present similar geographic distribution. We sampled 16 populations of V. carinata and 11 of V. incurvata, which we use to describe the patterns of genetic variation in plastid (cpDNA) and nuclear DNA (microsatellites). Vriesea carinata and V. incurvata showed similar phylogeographic patterns, with strong genetic discontinuity among north/south populations and without haplotypic sharing among these regions. The presence of two genetic distinct groups would seem to support the hypothesis that V. carinata and V. incurvata survived in more than one fragmented refugia during Pleistocene climatic oscillations. One putative refugium was on coastal south-southeastern (latitude 25°S - PR/SP) and another in southeastern Brazil (latitude 20°S - RJ/ES). The results are consistent with records encountered in the literature for the BAF. However, more studies are required for understanding the BAF complex history, since this pattern was probably shaped throughout the Pleistocene, but earlier events, as uplift of Brazilian east coast during Tertiary, may be also influenced the distribution and diversification of taxa. In the Chapter IV, we investigated natural hybridization between V. carinata and V. incurvata in four populations where they are found in sympatry. These species are well defined taxonomically, show similar floral morphology and share pollinator (hummingbird), presenting sequential flowering and short time of blooming overlap. The degree of reproductive isolation among related species is an important factor influencing species genetic integrity and hybrids formation. We sampled and analyzed four sympatric populations, using two plastid regions and 14 microsatellite loci, and hybrids were found in all of them, with a total of 19 individuals, indicating that interspecif gene flow occurs between V. carinata and V. incurvata. Bayesian assignment analysis identified F2 hybrids and backcrosses towards V. incurvata and cpDNA haplotypic network identified bidirectional introgression between these two species. In sympatric populations with lower latitude we found a greater number of hybrids, probably because of a latitudinal gradient, which may influence the seasons of the year, temperature, precipitation, and also in flowering period of the species. The rate of interspecific gene flow (Nem ˂ 0.5) was considered high, contributing to the formation of 10% hybrids in the studied populations, however the absence of F1 hybrids indicates the reproductive barrier being effective. The temporal difference in the flowering period of the two species has acted as a strong prezygotic reproductive barrier, being the main force responsible for species cohesion. The knowledge of hybridization and patterns of interspecific gene flow are important for understanding the process of speciation, the movement of genes across species boundaries and the maintaining of species cohesion. Finally, the results obtained in this study, using V. carinata and V. incurvata as a models, allow us to increase the understanding of BAF historical patterns, and of biological and ecological processes involved in the development of reproductive isolation responsible for maintaining the cohesion of plant

Genetic diversity and population structure of Vriesea reitzii (Bromeliaceae), a species from the Southern Brazilian Highlands

The Southern Brazilian Highlands are composed by a mosaic of Mixed Ombrophilous Forest (MOF) and grassland formations, an interesting landscape for the study of population structure. We analyzed the genetic diversity within and among populations of the MOF-endemic bromeliad Vriesea reitzii by genotyping seven nuclear microsatellite loci in 187 individuals from six populations. We characterized levels of genetic diversity and assessed the genetic structure among populations. Vriesea reitzii populations showed high levels of genetic variation (number of alleles 28 - 43, allelic richness 3.589 - 5.531) and moderate levels of genetic differentiation (FST = 0.123, RST = 0.096). The high levels of genetic diversity may be explained by species life-history traits, such as habit and mating system. The moderate structure may be a product of the combination of ancient and contemporary gene flow, resulting from the expansion of the forest in the Holocene, and/or due to facilitated dispersal mediated by the MOF’s mosaic landscape. The genetic results indicated no imminent threat to this bromeliad. However, the species is highly associated with the MOF, putting landscape conservation at the center of conservation efforts for the species’ maintenance

Transportadores de ácidos orgânicos na tolerância ao alumínio tóxico em trigo

Aluminum (Al) toxicity in plants is seen in about 15% of the soils worldwide, restraining yields in arable land. In Brazil, acidic soils limit production of wheat (Triticum aestivum L.) and other cereals. Al is toxic for most winter cereals when its concentration increases and soil pH is below 5. One of the main concerns with acidic soil is the increase in the mobility of Al3+ions. Al binds to cell walls in roots, preventing meristematic elongation in sensitive species, causing damage to the root system and results in lower yields. Al3+ forms highly stable complexes with phosphorus (P), limiting its availability to plants, as well as reducing cell division and elongation. To deal with Al toxicity, plants have developed strategies such as organic acid (OA) exudation by roots; this mechanism of detoxification has been well-characterized. OAs, in turn, chelate ions Al3, forming non-toxic compounds that do not penetrate the root system. Some genes responsible for Al tolerance in wheat have been identified, particularly TaALMT1 and TaMATE1B that transport malate and citrate OAs, respectively. In this review, we discussed the mechanisms by which Al damages roots those by which plants are protected, primarily through two genes. We also described the interaction of the ALMT1 gene with P and iron (Fe).A toxicidade do alumínio (Al) às plantas é observada em cerca de 15% dos solos no planeta, sendo um fator restritivo à produtividade em terras cultiváveis. No Brasil, os solos ácidos são limitantes à produção de trigo (Triticum aestivum L.) e outros cereais. O Al é tóxico para a maioria dos cereais de inverno, quando a sua concentração aumenta e o pH do solo atinge valores inferiores a 5. Uma das principais preocupações sobre o solo ácido é o aumento da mobilidade dos íons Al3+. O Al pode se ligar as paredes celulares das raízes e, como consequência, impedir o alongamento meristemático em espécies sensíveis, provocando danos ao sistema radicular, que resulta em menor desempenho agronômico das plantas. O Al3+ é também capaz de formar complexos altamente estáveis com fósforo (P), limitando sua disponibilidade para as plantas, e também reduzindo a divisão e o alongamento celular. Para lidar com a toxicidade ao Al, as plantas desenvolveram algumas estratégias como a exsudação de ácido orgânicos (AOs) pelas raízes, sendo este mecanismo de destoxificação bem caracterizado. Os AOs, por sua vez, quelam ions Al3+ formando compostos não tóxicos que não penetram no sistema radicular. Alguns genes responsáveis pela tolerância ao Al em trigo foram identificados, com ênfase para TaALMT1 e TaMATE1B, que exsudam os AOs malato e citrato, respectivamente. Nesta revisão, discutimos os mecanismos pelos quais Al danifica raízes, bem como plantas protegem-se, através de dois genes principalmente. Também apresentamos a interação do gene ALMT1 com P e ferro (Fe)

Development, characterization, and transferability of SSR markers for Vriesea carinata (Bromeliaceae) based on RNA sequencing

Premise of the Study: Expressed sequence tag–simple sequence repeat (EST-SSR) markers were isolated for Vriesea carinata, an endemic bromeliad from the Brazilian Atlantic Forest. These SSR loci may be used to investigate the genetic diversity and population structure of this species and related bromeliads. Methods and Results: Based on the transcriptome data of V. carinata, 30 primer pairs were designed and selected for initial validation. Of these primer pairs, 16 generated suitable SSR loci in 69 individuals. The number of alleles per locus ranged from one to 13; the levels of observed and expected heterozygosity per locus ranged from 0.000 to 1.000 and from 0.000 to 0.935, respectively. All loci produced heterologous amplification. Transferability of the loci was tested in 15 species belonging to three Bromeliaceae subfamilies. Conclusions: The developed EST-SSR markers revealed polymorphism in the four studied populations and could be useful to investigate the genetic diversity of V. carinata and related species. The markers may also be suitable for novel gene annotation and discovery

ATLANTIC EPIPHYTES: a data set of vascular and non-vascular epiphyte plants and lichens from the Atlantic Forest

Epiphytes are hyper-diverse and one of the frequently undervalued life forms in plant surveys and biodiversity inventories. Epiphytes of the Atlantic Forest, one of the most endangered ecosystems in the world, have high endemism and radiated recently in the Pliocene. We aimed to (1) compile an extensive Atlantic Forest data set on vascular, non-vascular plants (including hemiepiphytes), and lichen epiphyte species occurrence and abundance; (2) describe the epiphyte distribution in the Atlantic Forest, in order to indicate future sampling efforts. Our work presents the first epiphyte data set with information on abundance and occurrence of epiphyte phorophyte species. All data compiled here come from three main sources provided by the authors: published sources (comprising peer-reviewed articles, books, and theses), unpublished data, and herbarium data. We compiled a data set composed of 2,095 species, from 89,270 holo/hemiepiphyte records, in the Atlantic Forest of Brazil, Argentina, Paraguay, and Uruguay, recorded from 1824 to early 2018. Most of the records were from qualitative data (occurrence only, 88%), well distributed throughout the Atlantic Forest. For quantitative records, the most common sampling method was individual trees (71%), followed by plot sampling (19%), and transect sampling (10%). Angiosperms (81%) were the most frequently registered group, and Bromeliaceae and Orchidaceae were the families with the greatest number of records (27,272 and 21,945, respectively). Ferns and Lycophytes presented fewer records than Angiosperms, and Polypodiaceae were the most recorded family, and more concentrated in the Southern and Southeastern regions. Data on non-vascular plants and lichens were scarce, with a few disjunct records concentrated in the Northeastern region of the Atlantic Forest. For all non-vascular plant records, Lejeuneaceae, a family of liverworts, was the most recorded family. We hope that our effort to organize scattered epiphyte data help advance the knowledge of epiphyte ecology, as well as our understanding of macroecological and biogeographical patterns in the Atlantic Forest. No copyright restrictions are associated with the data set. Please cite this Ecology Data Paper if the data are used in publication and teaching events. © 2019 The Authors. Ecology © 2019 The Ecological Society of Americ

Boletín diario del Instituto Central Meteorológico: Año XVI Número 53 - 1908 Febrero 22

As bromélias são plantas típicas do Novo Mundo e vêm sendo amplamente utilizadas para diversos fins, como ornamentação, fibras, forragem, alimentação, medicinal entre outros. Bromelia antiacantha Bertoloni pode ser encontrada em solos úmidos de floresta, restinga e na vegetação secundária, com distribuição do Espírito Santo até o Uruguai. É uma espécie poliplóide, parcialmente auto-incompatível, polinizada por beija-flores e com alta taxa de reprodução clonal. Os frutos são bagas, com propriedades fitoterápicas e utilizados na medicina popular na confecção de xarope para problemas respiratórios. Com o objetivo de estudar a diversidade genética em B. antiacantha, marcadores de microssatélites foram desenvolvidos (Capítulo 3). Os “primers” foram testados em 51 indivíduos de duas populações e pelo padrão de amplificação dos alelos podemos concluir que B. antiacantha é uma espécie autopoliplóide. Padrões de diversidade genética e estruturação populacional foram estudados utilizando cinco loci de microssatélites ao longo da planície costeira do Rio Grande do Sul e uma população de Santa Catarina, totalizando 167 indivíduos, amostrados em sete populações (Capítulo 4). Os resultados indicaram uma heterozigosidade esperada relativamente alta (HE = 0,705), porém há um déficit de heterozigotos em comparação com os valores de heterozigosidade obtidos (HO = 0,337). A riqueza alélica foi de 1,83 e o número médio de indivíduos com quatro alelos distintos foi de 6,4. As populações de B. antiacantha apresentaram uma forte estruturação populacional (GST = 0,219) e um alto coeficiente de endocruzamento (FIS = 0,539), com baixo fluxo gênico entre elas. Bromelia antiacantha tem um baixo recrutamento de sementes, alta taxa de reprodução clonal, que podem estar influenciando nos índices de diversidade e aumentando as diferenças genéticas entre as populações, embora ocorra preferencialmente fecundação cruzada. As populações de B. antiacantha apresentaram grande diversidade fenotípica considerando os caracteres avaliados (Capítulo 5), entretanto não há uma clara identidade considerando cada população. As folhas e brácteas apresentaram diferenças na produção de flavonóides e antocianinas nas quatro populações estudadas. O levantamento etnobotânico demonstrou que algumas comunidades rurais utilizam a planta, sendo que a porção mais utilizada, segundo os entrevistados, é o fruto para o preparo de xarope para doenças respiratórias. Bromelia antiacantha é uma espécie com forte potencial para exploração de seus recursos fitoterápicos, é uma planta de fácil cultivo, com alta viabilidade das sementes e reprodução clonal. As populações estudadas apresentaram diferenças genéticas intra e inter-populacionais. Desta forma, é extremamente importante que haja a conservação das mesmas, visando não só a conservação do próprio germoplasma, mas também a seleção de genótipos superiores para cultivo e / ou melhoramento genético.The bromeliads are plants typical of the New World and have been widely used for various purposes, like ornaments, fiber, fodder, food, therapeutic and others. Bromelia antiacantha Bertoloni is found in moist soils of forest, restinga and secondary vegetation. It ranges from Espiríto Santo state, Brazil, to Uruguay. It is a polyploid species, partially self-incompatible, pollinated by hummingbirds, with high clonal reproduction. The fruits are edibles berries with phytotherapic properties which have been commonly used in folk medicine in the preparation of syrup for breathing problems. In order to start studying genetic diversity in B. antiacantha, two microsatellites loci were development (Chapter 3). The primers were tested in 51 individuals from two populations and according to the allele’s amplification pattern we can conclude that B. antiacantha is an autopolyploid species. Patterns of genetic diversity and population structure were studied using five microsatellite loci along the coastal lowland of Rio Grande do Sul and one population of Santa Catarina State, totalizing 167 individuals sampled in seven populations (Chapter 4). The main results indicated a relatively high expected heterozygosity (HE = 0.705), with a deficit of heterozygotes, when compared with observed heterozygosity values (HO = 0.337). The averaged allelic richness was 1.83 and the number of individuals with four different alleles was 6.4. Bromelia antiacantha showed strong population structure (GST = 0.219) and high coefficient of inbreeding (FIS = 0.539), with low gene flow among populations. Bromelia antiacantha has low seed recruitment, high clonal reproduction rate, which may be influencing the diversity index and the high genetic differences among populations, although cross-fertilization occurs preferentially. Populations of Bromelia antiacantha displayed great phenotypic diversity for those characters evaluated (Chapter 5), however there is no clear identity considering each population. Leaves and bracts exhibited differences deviation in the production of flavonoids and anthocyanins in the four populations studied. Ethnobotanical survey proved that people use the plant and the most used portion, according to interviewee, it is the fruit for preparing syrup for respiratory diseases. Bromelia antiacantha is a species with great potential to explore its phytotherapic resources easy cultivation, with high seed viability and clonal reproduction. In addition, the genetic diversity showed within and among populations, is a important factor which must be considered concerning the species conservation and the selection of superior genotypes for cultivation and / or improvement

Padrões históricos e processo de hibridação entre duas espécies simpátricas de bromélias da Mata Atlântica : implicações evolutivas e conservacionistas

A família Bromeliaceae é uma das famílias de plantas com flores mais diversas morfologica e ecologicamente nativas do Novo Mundo, e é bem conhecida por ter sofrido radiação adaptativa recente, evoluindo para habitar inúmeros nichos e ocupando os mais diversos tipos de ambientes. Bromeliaceae surgiu no Escudo das Guianas cerca de 100 milhões de anos atrás (Ma), e linhagens modernas começaram a divergir cerca de 19 Ma, chegando na América tropical e subtropical há 15,4 Ma, aproximadamente. Devido a sua história evolutiva recente, limites genéricos frequentemente sofrem alterações na família Bromeliaceae, com espécies incipientes não completamente definidas. A Floresta Atlântica Brasileira (BAF) é um dos centros de diversidade das bromélias, sendo também um dos centros de diversidade do gênero Vriesea. Vriesea carinata e V. incurvata podem ser consideradas modelos interessantes para o estudo dos padrões históricos da BAF e também para o estudo dos processos de coesão de espécies e barreiras reprodutivas, por serem espécies endêmicas da BAF, com ampla distribuição ao longo dessa ecorregião, sendo encontradas em simpatria e compartilham polinizadores. Assim, este trabalho foi dividido em três manuscritos, buscando uma melhor compreensão da história evolutiva da família Bromeliaceae, bem como da Floresta Atlântica Brasileira. No Capítulo II, é apresentado um artigo de revisão, compilando os estudos sobre a família Bromeliaceae, no qual foram abordados aspectos como: diversidade genética, adaptações evolutivas, sistemas de cruzamento e suas consequências sobre a estruturação populacional e conservação in situ. Os dados do artigo de revisão demonstraram que Bromeliaceae tem três centros de diversidade, 58 gêneros e cerca de 3.170 espécies. As bromélias são preferencialmente polinizadas por vertebrados e apresentam uma marcante variação nos sistemas de cruzamento, de endogamia predominante à polinização cruzada obrigatória, e uma constância no número de cromossomos (x = 25). Bromélias com sistema de cruzamento autógamo ou misto têm um alto coeficiente de endogamia (FIS), enquanto que as espécies de fecundação cruzada apresentam FIS baixos. O grau de diferenciação entre as populações (FST) variou de 0,043 a 0,961, e pode ser influenciado pela dispersão do pólen e sementes, crescimento clonal, taxas de fluxo gênico e conectividade entre as populações. Bromeliaceae apresenta algumas adaptações morfológicas e fisiológicas, incluindo o metabolismo ácido das crassuláceas de fotossintese (CAM), formação de rosetas que acumulam água, tricomas absortivos nas folhas e hábito epífito, que podem ter sido cruciais para a radiação adaptativa desta família. Além disso, muitas espécies são endêmicas com distribuição restrita e/ou são encontradas em ecorregiões ameaçadas de extinção, como a BAF. A preservação deste tipo de ecorregião é vital para a conservação da família Bromeliaceae e das espécies associadas. No Capítulo III, nós estudamos os padrões filogeográficos de Vriesea carinata e V. incurvata com o objetivo de fornecer informações sobre os processos históricos que influenciaram na diversificação da BAF. Nós testamos a hipótese de que V. carinata e V. incurvata apresentariam o mesmo padrão filogeográfico, uma vez que podem ter sido submetidas às mesmas alterações climáticas no passado, pois apresentam distribuição geográfica semelhante. Foram amostradas 16 populações de V. carinata e 11 de V. incurvata, as quais utilizamos para descrever os padrões de variações genéticas do DNA plastidial (cpDNA) e nuclear (microssatélites). Vriesea carinata e V. incurvata apresentaram padrões filogeográficos semelhantes, com uma forte descontinuidade genética norte/sul entre as populações, sem compartilhamento haplotípico entre essas regiões. A presença de dois grupos genéticos distintos suporta a hipótese de que V. carinata e V. incurvata sobreviveram em mais de um refúgio durante as oscilações climáticas do Pleistoceno. Um putativo refúgio seria na porção litoranea sul-sudeste (latitude 25°S - PR/SP) e outro no sudeste do Brasil (latitude 20°S - RJ/ES). Os resultados são consistentes com registros encontrados na literatura para a BAF. No entanto, mais estudos são necessários para entender a complexa história da BAF, uma vez que este padrão foi provavelmente moldado ao longo do Pleistoceno, mas eventos anteriores, como soerguimento da costa leste brasileira durante o Terciário, também podem ter influenciado a distribuição e a diversificação dos taxa. No Capítulo IV, nós investigamos a ocorrência de hibridação natural entre V. carinata e V. incurvata em quatro populações onde elas são encontradas em simpatria. Estas espécies são bem delimitadas taxonomicamente, apresentam morfologia floral similar e compartilham polinizador (beija-flor), apresentando floração sequencial com um curto período de sobreposição do florescimento. O grau de isolamento reprodutivo entre espécies relacionadas é um fator importante que influência a integridade genética das espécies e a formação de híbridos. Foram amostradas e analisadas quatro populações simpátricas, utilizando duas regiões plastidiais e 14 locos de microssatélites, e híbridos foram encontrados em todas elas, com um total de 19 indivíduos, indicando que ocorre fluxo gênico interespecífico entre V. carinata e V. incurvata. Análises Bayesianas identificaram híbridos F2 e retrocruzamentos com V. incurvata e a rede de haplótipos do cpDNA identificou introgressão bidirecional entre estas duas espécies. Nas populações simpátricas com distribuição mais ao norte foi encontrado um maior número de híbridos, provavelmente por causa de um gradiente latitudinal, que pode influenciar nas estações do ano, temperatura, precipitação e também o período de floração das espécies. A taxa de fluxo gênico interespecífico (Nem ˂ 0,5) foi considerada alta, contribuindo para a formação de 10% de híbridos nas populações estudadas, porém a ausência de híbridos F1 indica que a barreira reprodutiva está sendo eficaz. A diferença temporal de floração das duas espécies tem atuado como uma barreira reprodutiva prezigótica forte, sendo a principal força responsável pela coesão das espécies. O conhecimento da hibridação e dos padrões de fluxo gênico interespecífico é importante para a compreensão dos processos de especiação, do movimento de genes entre espécies relacionadas e da manutenção da coesão das espécies. Em suma, os resultados obtidos no presente estudo, utilizando V. carinata e V. incurvata como modelos, permitiram aumentar a compreensão dos padrões históricos da BAF, dos processos biológicos e ecológicos envolvidos na evolução do isolamento reprodutivo responsável pela manutenção da coesão das espécies de plantas.Bromeliaceae family is one of the morphologically and ecologically most diverse flowering plant families native to the New World and is well known for its recent adaptive radiation, evolving to live in numerous niches and occupying the most diverse types of environments. Bromeliaceae arose in the Guayana Shield roughly 100 million years ago (Ma), and modern lineages began to diverge from each other roughly 19 Ma, arriving in tropical and subtropical America from near 15.4 Ma. Due to its recent evolutionary history, generic boundaries often suffer changes in the Bromeliaceae family, with incipient species not completely defined. Brazilian Atlantic Forest (BAF) is one of the centers of bromeliads diversity, being also one of the diversity centers of Vriesea genus. Vriesea carinata and V. incurvata may be interesting models for the study of BAF historical patterns and also for studying species cohesion processes and reproductive barriers, to be endemic species of BAF, with wide distribution throughout this ecoregion, being found in sympatry and share pollinators. Thus, this thesis was divided in three manuscripts, which seeking a better understanding of the evolutionary history of the Bromeliaceae family, as well as BAF ecoregion. In the Chapter II, a review manuscript were presented, compiling the studies on Bromeliaceae family using approaches as: genetic diversity, evolutionary adaptations, mating systems and their consequences on the population structure and in situ conservation. The review’s results revealed that Bromeliaceae has three diversity centers, 58 genera, and about 3,170 species. Bromeliads are preferentially pollinated by vertebrates and show marked variation in breeding systems, from predominant inbreeding to obligatory outcrossing, as well as constancy in chromosome number (x = 25). Autogamous or mixed mating system bromeliads have a high inbreeding coefficient (FIS), while outcrossing species show low FIS. The degree of differentiation among populations (FST) of species ranges from 0.043 to 0.961, and can be influenced by pollen and seed dispersal effects, clonal growth, gene flow rates, and connectivity among populations. Bromeliaceae showed some morphological and physiological adaptations, including crassulacean acid metabolism (CAM) photosynthesis, formation of rosettes that accumulate water, leaf absorptive scales and epiphytic habit, which might have been crucial to the adaptive radiation of this family. Also, many species are endemic with restricted distribution and/or are found in endangered ecoregion, as BAF. The preservation of this type of ecoregion is vital for the conservation of Bromeliaceae and associated species. In the Chapter III, we studied the phylogeographic patterns of Vriesea carinata and V. incurvata aiming to provide insights into the historical processes that underlined diversification in BAF. We evaluated the hypothesis that V. carinata and V. incurvata would present the same phylogeographic pattern, since they could be subjected to the same climatic changes in the past because they present similar geographic distribution. We sampled 16 populations of V. carinata and 11 of V. incurvata, which we use to describe the patterns of genetic variation in plastid (cpDNA) and nuclear DNA (microsatellites). Vriesea carinata and V. incurvata showed similar phylogeographic patterns, with strong genetic discontinuity among north/south populations and without haplotypic sharing among these regions. The presence of two genetic distinct groups would seem to support the hypothesis that V. carinata and V. incurvata survived in more than one fragmented refugia during Pleistocene climatic oscillations. One putative refugium was on coastal south-southeastern (latitude 25°S - PR/SP) and another in southeastern Brazil (latitude 20°S - RJ/ES). The results are consistent with records encountered in the literature for the BAF. However, more studies are required for understanding the BAF complex history, since this pattern was probably shaped throughout the Pleistocene, but earlier events, as uplift of Brazilian east coast during Tertiary, may be also influenced the distribution and diversification of taxa. In the Chapter IV, we investigated natural hybridization between V. carinata and V. incurvata in four populations where they are found in sympatry. These species are well defined taxonomically, show similar floral morphology and share pollinator (hummingbird), presenting sequential flowering and short time of blooming overlap. The degree of reproductive isolation among related species is an important factor influencing species genetic integrity and hybrids formation. We sampled and analyzed four sympatric populations, using two plastid regions and 14 microsatellite loci, and hybrids were found in all of them, with a total of 19 individuals, indicating that interspecif gene flow occurs between V. carinata and V. incurvata. Bayesian assignment analysis identified F2 hybrids and backcrosses towards V. incurvata and cpDNA haplotypic network identified bidirectional introgression between these two species. In sympatric populations with lower latitude we found a greater number of hybrids, probably because of a latitudinal gradient, which may influence the seasons of the year, temperature, precipitation, and also in flowering period of the species. The rate of interspecific gene flow (Nem ˂ 0.5) was considered high, contributing to the formation of 10% hybrids in the studied populations, however the absence of F1 hybrids indicates the reproductive barrier being effective. The temporal difference in the flowering period of the two species has acted as a strong prezygotic reproductive barrier, being the main force responsible for species cohesion. The knowledge of hybridization and patterns of interspecific gene flow are important for understanding the process of speciation, the movement of genes across species boundaries and the maintaining of species cohesion. Finally, the results obtained in this study, using V. carinata and V. incurvata as a models, allow us to increase the understanding of BAF historical patterns, and of biological and ecological processes involved in the development of reproductive isolation responsible for maintaining the cohesion of plant

Variabilidade genética em populações de Bromelia antiacantha Bertol (Bromeliaceae) do Parque Estadual de Itapuã

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Análise do dimorfismo polínico e do potencial androgenético em variedades crioulas de milho

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