Estudos biogeográficos, genômicos e populacionais em espécies de Orchidaceae endêmicas da Floresta Atlântica

Abstract

Resumo: Neste estudo aborda-se a história evolutiva de orquídeas do Neotrópico, em diferentes níveis taxonômicos, tendo como recorte específico as espécies da Floresta Atlântica. A tese foi estruturada em três capítulos. No primeiro capítulo foram realizadas análises biogeográficas a partir de sequências genéticas de ITS e matK e de registros de ocorrências de 2203 espécies. Os dados foram coletados de bancos de dados públicos (GenBank e GBIF), e também produzidos em laboratório. Foi constatada a história evolutiva complexa e heterogênea das orquídeas na região, com forte influência das flutuações climáticas do Quaternário na diversificação rápida e recente do grupo. No segundo capítulo foram realizadas análises descritivas, comparativas e filogenômicas a partir de sequências do genoma plastidial completo de 11 espécies da subtribo Pleurothallidinae. Oito genomas foram sequenciados em laboratório, enquanto os outros três foram obtidos do GenBank. Como resultado, os genomas possuem estrutura e composição gênica similares, com apenas algumas variações nas bordas das regiões invertidas repetidas. Foram identificadas regiões de microssatélites, genes sob pressão de seleção positiva, e dez sequências de fragmento específico altamente variáveis, para as quais foram desenvolvidos primers. As análises filogenéticas demonstraram que essas dez sequências representam bem a variedade genética dos genomas inteiros e se mostram promissoras em estudos filogenéticos e populacionais na subtribo. No terceiro capítulo foi realizado um estudo filogeográfico e uma modelagem de distribuição de Barbosella miersii, espécie de Pleurothallidinae endêmica da Mata Atlântica, para inferir sobre fatores históricos e ecológicos envolvidos no endemismo da espécie. Foram testadas as sequências de fragmento específico identificadas no capítulo dois como altamente variáveis, sendo selecionadas as sequências dos espaçadores intergênicos psbI-trnSGCU e rpl32-trnLUAG, além do ITS, em seis populações da espécie. Os resultados mostram que a história evolutiva da espécie pode ser explicada pelas hipóteses de expansão glacial e de refúgios climáticos. A espécie apresenta distribuição restrita por conta da dispersão curta de sementes e da forte dependência de florestas tropicais densas e contínuas para sua expansão. A fragmentação da Floresta Atlântica por conta das mudanças climáticas e pelo desmatamento aumentam exponencialmente o risco de extinção, e por isto B. miersii está considerada como em perigo.

Abstract: This study approaches the evolutionary history of Neotropical orchids at different taxonomic levels, focusing on the species from the Atlantic Forest. The thesis was structured in three chapters. In the first chapter, biogeographic analyses were carried out from genetic sequences of ITS and matK and occurrence records of 2,203 species. Data were collected from public databases (GenBank and GBIF), and also produced in the laboratory. As a result, the evolutionary history of the orchids in the region is complex and heterogeneous, with a strong influence of the Quaternary climatic fluctuations in the rapid and recent diversification of the group. In the second chapter, descriptive, comparative, and phylogenomic analyses were performed based on the complete plastid genome sequences of 11 species of the subtribe Pleurothallidinae. Eight genomes were sequenced in the laboratory, while the other three were obtained from GenBank. As a result, the genomes have similar structure and genetic composition, with only a few variations at the borders of the inverted repeat regions. Microsatellite regions, genes under positive selection pressure, and ten highly variable fragment-specific sequences were identified, for which primers were developed. Phylogenetic analyses demonstrated that these ten sequences represent well the genetic variety of the entire genomes and are promising for the use in phylogenetic and population genetic studies in the subtribe. In the third chapter, a phylogeographical study and a species distribution modelling were performed in Barbosella miersii, a species of the Pleurothallidinae that is endemic to the Atlantic Forest, to infer about possible historical and ecological drivers of the endemism of the species. The ten-best fragment-specific sequences identified in chapter two were tested, selecting the intergenic spacers psbI-trnSGCU and rpl32-trnLUAG. These sequences were used in addition to the ITS in the analyses of six populations of the species. The results suggest that the evolutionary history of B. miersii can be explained by the hypotheses of glacial expansion and climatic refuges. The species has a restricted distribution due to the short dispersal of seeds and the strong dependence on dense and continuous tropical forests for its range expansion. The fragmentation of the Atlantic Forest due to climate change and deforestation exponentially increases the extinction risk of B. miersii. Therefore, the species is considered endangered.