Análise comparativa do genoma plastidial de linhagens neotropicais de Bulbophyllum Thouars (Orchidaceae; Epidendroideae)

Orientador: Prof. Dr. Eric de Camargo SmidtCoorientadora: Profa. Dra. Leila do Nascimento VieiraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa : Curitiba, 18/02/2020Inclui referências: p. 34-41Resumo: Bulbophyllum é o maior gênero Pantropical de Orchidaceae, com ca. 2.200 espécies, embora sua distribuição não seja homogênea em toda a sua extensão. A região Paleotropical é a mais rica em espécies deste gênero, com centenas ocorrendo na Ásia, seguida pela África e depois pelo Neotrópico com aproximadamente 60 espécies. Na região Neotropical, o gênero possui seis linhagens, duas acima do Equador e quatro principalmente na Mata Atlântica e no Cerrado brasileiro. Embora a filogenia e taxonomia do gênero sejam bem compreendidas nas Américas, alguns complexos de espécies ainda precisam de mais estudos em relação a sua delimitação e portanto, é necessário o desenvolvimento de marcadores moleculares específicos. Pesquisas anteriores sugerem que o genoma plastidial aumenta a resolução filogenética em baixos níveis taxonômicos e é uma ferramenta eficaz para identificar sequencias com alta variação. Diante disso, neste estudo foram sequenciados o genoma plastidial de oito espécies de Bulbophyllum, representando cinco seções neotropicais, usando a plataforma de sequenciamento Illumina MiSeq. Todos os genomas conservaram a típica estrutura dividida em quatro partes e embora a estrutura geral dos genomas foi conservada, foram detectadas diferenças na composição dos genes da família ndh e no comprimento total. O comprimento total foi determinado pela contração e expansão da cópia única menor como resultado da perda independente dos genes ndh presentes nessa região. A análise de seleção positiva indicou que os genes codificadores de proteínas eram geralmente bem conservados. No entanto, foram identificados 95 possíveis sítios sob seleção positiva distribuídos em quatro genes. Além disso, um total de 54 microssatélites foram identificados e iniciadores específicos para o gênero Bulbophyllum foram desenvolvidos. As dez sequências mais variáveis (trnR-atpA, trnM-aptE, ccsA-ndhD, clpP-psbB, trnS-trnG, psbB-psbT, atpH-atpI, psbK-psbI, rpl32-trnL e matK-trnK) foram propostas como potenciais marcadores moleculares para identificar espécies deste gênero e melhorar a resolução filogenética. O presente estudo fornece ótimos recursos moleculares para Bulbophyllum, que inclui um total de 54 microssatélites e marcadores moleculares das dez principais regiões mais variáveis com seus primers específicos.Abstract: Bulbophyllum is the largest Pantropical genus of Orchidaceae, with ca. 2,200 species, although its distribution is not homogeneous over its entire range. The Paleotropical region is the richest in species of this genus, with hundreds occurring in Asia, followed by Africa and then the Neotropics that has about 60 spp. In the Neotropics, the genus has six lineages, two above the Equator and four mainly in Brazil Atlantic Rainforest and Cerrado. Although the phylogeny and taxonomy of the genus are well understood in the Americas, some complex - species need more studies in its delimitation. Therefore, the development of specific molecular markers is required. Previous research suggests that the plastid genome increases phylogenetic resolution at low taxonomic levels and considers it an effective tool for detected effective divergence sequences. In this study, we sequenced the complete plastid genome of eight Bulbophyllum species, representing five Neotropical sections, using an Illumina MiSeq Platform. All genomes conserve the typical quadripartite structure and although the general structure of plastid genomes is conserved, differences in ndh genes composition and total length were detected. The total length was determined by the contraction and expansion of the small singlecopy region due to the independent loss of the seven ndh genes present in this region. Positive selection analyses indicated that protein-coding genes were generally well conserved, however, we identified 95 putative sites under positive selection distributed in four genes. Furthermore, a total of 54 polymorphic SSRs were identified and specific primer pairs were developed. In addition, we propose ten sequences (trnR-atpA, trnM-aptE, ccsA-ndhD, clpP-psbB, trnS-trnG, psbB-psbT, atpH-atpI, psbK-psbI, rpl32-trnL, and matK-trnK) as potential molecular markers to identify Bulbophyllum species and improve the phylogenetic resolution of this genus. The present study provides great molecular resources for Bulbophyllum, which includes a total of 54 microsatellites and molecular markers from the ten most variable regions with their specific primers

Análise comparativa do genoma plastidial de linhagens neotropicais de Bulbophyllum Thouars (Orchidaceae; Epidendroideae)

Orientador: Prof. Dr. Eric de Camargo SmidtCoorientadora: Profa. Dra. Leila do Nascimento VieiraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa : Curitiba, 18/02/2020Inclui referências: p. 34-41Resumo: Bulbophyllum é o maior gênero Pantropical de Orchidaceae, com ca. 2.200 espécies, embora sua distribuição não seja homogênea em toda a sua extensão. A região Paleotropical é a mais rica em espécies deste gênero, com centenas ocorrendo na Ásia, seguida pela África e depois pelo Neotrópico com aproximadamente 60 espécies. Na região Neotropical, o gênero possui seis linhagens, duas acima do Equador e quatro principalmente na Mata Atlântica e no Cerrado brasileiro. Embora a filogenia e taxonomia do gênero sejam bem compreendidas nas Américas, alguns complexos de espécies ainda precisam de mais estudos em relação a sua delimitação e portanto, é necessário o desenvolvimento de marcadores moleculares específicos. Pesquisas anteriores sugerem que o genoma plastidial aumenta a resolução filogenética em baixos níveis taxonômicos e é uma ferramenta eficaz para identificar sequencias com alta variação. Diante disso, neste estudo foram sequenciados o genoma plastidial de oito espécies de Bulbophyllum, representando cinco seções neotropicais, usando a plataforma de sequenciamento Illumina MiSeq. Todos os genomas conservaram a típica estrutura dividida em quatro partes e embora a estrutura geral dos genomas foi conservada, foram detectadas diferenças na composição dos genes da família ndh e no comprimento total. O comprimento total foi determinado pela contração e expansão da cópia única menor como resultado da perda independente dos genes ndh presentes nessa região. A análise de seleção positiva indicou que os genes codificadores de proteínas eram geralmente bem conservados. No entanto, foram identificados 95 possíveis sítios sob seleção positiva distribuídos em quatro genes. Além disso, um total de 54 microssatélites foram identificados e iniciadores específicos para o gênero Bulbophyllum foram desenvolvidos. As dez sequências mais variáveis (trnR-atpA, trnM-aptE, ccsA-ndhD, clpP-psbB, trnS-trnG, psbB-psbT, atpH-atpI, psbK-psbI, rpl32-trnL e matK-trnK) foram propostas como potenciais marcadores moleculares para identificar espécies deste gênero e melhorar a resolução filogenética. O presente estudo fornece ótimos recursos moleculares para Bulbophyllum, que inclui um total de 54 microssatélites e marcadores moleculares das dez principais regiões mais variáveis com seus primers específicos.Abstract: Bulbophyllum is the largest Pantropical genus of Orchidaceae, with ca. 2,200 species, although its distribution is not homogeneous over its entire range. The Paleotropical region is the richest in species of this genus, with hundreds occurring in Asia, followed by Africa and then the Neotropics that has about 60 spp. In the Neotropics, the genus has six lineages, two above the Equator and four mainly in Brazil Atlantic Rainforest and Cerrado. Although the phylogeny and taxonomy of the genus are well understood in the Americas, some complex - species need more studies in its delimitation. Therefore, the development of specific molecular markers is required. Previous research suggests that the plastid genome increases phylogenetic resolution at low taxonomic levels and considers it an effective tool for detected effective divergence sequences. In this study, we sequenced the complete plastid genome of eight Bulbophyllum species, representing five Neotropical sections, using an Illumina MiSeq Platform. All genomes conserve the typical quadripartite structure and although the general structure of plastid genomes is conserved, differences in ndh genes composition and total length were detected. The total length was determined by the contraction and expansion of the small singlecopy region due to the independent loss of the seven ndh genes present in this region. Positive selection analyses indicated that protein-coding genes were generally well conserved, however, we identified 95 putative sites under positive selection distributed in four genes. Furthermore, a total of 54 polymorphic SSRs were identified and specific primer pairs were developed. In addition, we propose ten sequences (trnR-atpA, trnM-aptE, ccsA-ndhD, clpP-psbB, trnS-trnG, psbB-psbT, atpH-atpI, psbK-psbI, rpl32-trnL, and matK-trnK) as potential molecular markers to identify Bulbophyllum species and improve the phylogenetic resolution of this genus. The present study provides great molecular resources for Bulbophyllum, which includes a total of 54 microsatellites and molecular markers from the ten most variable regions with their specific primers

Characterization of sequence variability hotspots in Cranichideae plastomes (Orchidaceae, Orchidoideae)

This study reports complete plastome sequences for six species of Neotropical Cranichideae and focuses on identification of the most variable regions (hotspots) in this group of orchids. These structure of these six plastomes is relatively conserved, exhibiting lengths ranging between 142,599 to 154,562 bp with 36.7% GC on average and exhibiting typical quadripartite arrangement (LSC, SSC and two IRs). Variation detected in the LSC/IR and SSC/IR junctions is explained by the loss of ndhF and ycf1 length variation. For the two genera of epiphytic clade in Spiranthinae, almost whole sets of the ndh-gene family were missing. Eight mutation hotspots were identified based on nucleotide diversity, sequence variability and parsimony-informative sites. Three of them (rps16-trnQ, trnT-trnL, rpl32-trnL) seem to be universal hotspots in the family, and the other five (trnG-trnR, trnR-atpA, trnP-psaJ, rpl32-infA, and rps15-ycf1) are described for the first time as orchid molecular hotspots. These regions have much more variation than all those used previously in phylogenetics of the group and offer useful plastid markers for phylogenetic, barcoding and population genetic studies. The use of whole plastomes or exclusive no-gap matrices also positioned with high support the holomycotrophic Rhizanthella among Orchidoideae plastomes in model-based analyses, showing the utility of plastomes for phylogenetic placement of this unusual genus

Comparative Plastid Genomics of Neotropical Bulbophyllum (Orchidaceae; Epidendroideae)

Pantropical Bulbophyllum, with ∼2,200 species, is one of the largest genera in Orchidaceae. Although phylogenetics and taxonomy of the ∼60 American species in the genus are generally well understood, some species complexes need more study to clearly delimit their component species and provide information about their evolutionary history. Previous research has suggested that the plastid genome includes phylogenetic markers capable of providing resolution at low taxonomic levels, and thus it could be an effective tool if these divergent regions can be identified. In this study, we sequenced the complete plastid genome of eight Bulbophyllum species, representing five of six Neotropical taxonomic sections. All plastomes conserve the typical quadripartite structure, and, although the general structure of plastid genomes is conserved, differences in ndh-gene composition and total length were detected. Total length was determined by contraction and expansion of the small single-copy region, a result of an independent loss of the seven ndh genes. Selection analyses indicated that protein-coding genes were generally well conserved, but in four genes, we identified 95 putative sites under positive selection. Furthermore, a total of 54 polymorphic simple sequence repeats were identified, for which we developed amplification primers. In addition, we propose 10 regions with potential to improve phylogenetic analyses of Neotropical Bulbophyllum species