UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESTUDOS FILOGENÉTICOS E FILOGEOGRÁFICOS NOS GÊNEROS ATHENAEA Sendtn. E AURELIANA Sendtn. (SOLANACEAE) PRISCILLA MENA ZAMBERLAN Tese submetida ao Programa de Pós- Graduação em Genética e Biologia Molecular da UFRGS como requisito parcial para a obtenção do grau de Doutor em Ciências. Orientação: Dra. Loreta Brandão de Freitas Porto Alegre, fevereiro de 2012. Instituições e fontes financiadoras Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Evolução Molecular, Departamento de Genética, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e contou com apoio financeiro do CNPq; Programa Especial em Taxonomia CNPq-CAPES-MCT; CAPES; FAPERGS; PROPESQ-UFRGS e PPGBM. Os sequenciamentos e as genotipagens foram conduzidos no Laboratório de Biologia Genômica e Molecular da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Para a minha família. Agradecimentos Agradeço à professora Loreta Brandão de Freitas pela orientação e apoio ao longo dos últimos anos. Agradeço também ao professor João Renato Stehmann pela ideia do projeto e por toda a ajuda durante o desenvolvimento da tese. Agradeço a Gloria Barboza, Julie Dulith, Pedro Laje Viana, Leandro Giacomin, Geraldo Mäder, Verônica Thode, Izabella Martins Costa Rodrigues, Jéferson Fregonezi, Aline Fregonezi, Ana Lúcia Segatto e Juarez Zamberlan, meu pai, pelo auxílio na realização das coletas. Agradeço a todos os colegas do Laboratório de Evolução Molecular da UFRGS pela ajuda, amizade e incentivo durante estes anos, em especial a Ana Luiza Cazé, Raquel Kriedt, Aline Fregonezi, Jéferson Fregonezi, Verônica Thode, Michele Silveira da Silva, Luana Castro, Geraldo Mäder, Ana Lúcia Segatto, Caroline Turchetto e Maickel Reck. Agradeço à Michele Silveira da Silva e Luana Castro, alunas de iniciação científica que participaram deste projeto, por todo o auxílio prestado. Agradeço ao professor Richard Olmstead pelo envio de amostras e pelo incentivo para a execução do projeto. Agradeço aos professores Eduardo Eizirk, Maurício Bogo e Sandro Bonatto, da PUCRS, pelo apoio durante a fase de redação da tese. Agradeço aos órgãos financiadores, aos funcionários e professores Programa do Pós-Graduação em Genética e Biologia Molecular e à UFRGS. Agradeço à minha família por tudo, sempre. Pai, Piu, mãe Zoila, João: amo vocês. Agradeço também à família do João pelo incentivo e amizade ao longo dos últimos anos. Aos amigos da Bio para sempre, Luciana Fusinatto, Melina Grassotti, Juliano Morales, Adriana Leonhard, Marcelo Ganzella, Lucas Dedavid, Paloma Menguer, Marcos Daruy, Ana Pressi, Fabi Schneck, Ana Paula Moraes e Ana Cristina Arend, meu agradecimento pela amizade e pedido de desculpas pela ausência no último ano. Saudade imensa de todos vocês. Aos amigos Marcelo Kiefer e Janaína Dalarosa, Izabella Martins Costa Rodrigues, a outra ―aurelianóloga‖ do Brasil, e aos novos amigos da PUCRS, em especial Taiana Haag, Tiago Ferraz e Adriana Giongo, obrigada também por todo o apoio. Sumário Resumo .......................................................................................................................... 5 Abstract .......................................................................................................................... 7 Introdução A família Solanaceae Juss. .................................................................................... 9 Os gêneros da subtribo Withaninae ....................................................................... 12 Os gêneros Athenaea e Aureliana .......................................................................... 13 A Mata Atlântica .................................................................................................... 21 Filogenias de plantas a partir de dados moleculares .............................................. 23 Análises filogeográficas ......................................................................................... 27 Justificativa ............................................................................................................ 28 Objetivos ..................................................................................................... 29 Artigo 1. ―First insights into Aureliana and Athenaea (Solanaceae) phylogeny: subtribe position and diversification age‖ 30 …………………………................……...... Artigo 2. ―The phylogeography of the Atlantic Forest shrub Aureliana fasciculata (Solanaceae)‖ ................................................................................................................. 60 Artigo 3. ―Microsatellites in Aureliana fasciculata var. fasciculata (Solanaceae), a shrub that inhabits Atlantic Rainforest‖ ........................................................................ 90 Discussão Geral Análise filogenética ............................................................................................... 99 Biogeografia .......................................................................................................... 101 Análise filogeográfica ............................................................................................ 102 Taxonomia ............................................................................................................. 103 Referências Bibliográficas ............................................................................................. 105 5 Resumo Os gêneros Athenaea e Aureliana (Solanaceae) são compostos por sete e oito espécies, respectivamente, e os mesmo são distintos pela presença do cálice acrescente, que envolve o fruto, nas espécies de Athenaea. Suas plantas são arbustos com flores brancas com máculas esverdeadas ou roxas. A espécie mais abundante do grupo é Aureliana fasciculata, que ocorre ao longo de toda a Mata Atlântica. As demais espécies são raras. Athenaea e Aureliana são considerados gêneros irmãos, de acordo com a mais recente análise filogenética da família Solanaceae, e pertencem à subtribo Withaninae. Esta subtribo apresenta uma distribuição intrigante, pois é composta por apenas sete gêneros que ocorrem na América do Sul, Eurásia, norte da África e Ásia, além do arquipélago do Havaí, da Ilha de Santa Helena e das Ilhas Canárias. O objetivo geral deste trabalho foi contribuir para o conhecimento das relações evolutivas entre as espécies dos gêneros Aureliana e Athenaea. Para isso, foram realizadas a análise filogenética e a datação a partir de dados moleculares dos gêneros Athenaea e Aureliana, incluindo os demais gêneros da subtribo Withaninae, além da análise filogeográfica de Aureliana fasciculata. Para as análises filogenéticas foram sequenciadas cinco regiões do genoma plastidial (gene ndhF, intron trnL e os espaçadores plastidiais trnL-trnF, psaI-accD e trnC-ycf6). Os resultados obtidos indicam que a diversificação das espécies dos gêneros Athenaea e Aureliana a partir de um ancestral comum ocorreu cerca de 3,9 milhões de anos atrás. Não foram detectados clados correspondentes a cada um dos gêneros. Para a análise filogeográfica de Aureliana fasciculata foram sequenciados os espaçadores plastidiais trnH-psbA e trnS- trnG. Foram detectados quatorze haplótipos em 112 indivíduos da espécie, que também apresentou sinais de estruturação geográfica, com moderado isolamento por distância. Uma putativa barreira Norte/Sul entre os haplótipos, localizada ao sul do rio Doce (Espírito Santo, Brasil) também foi inferida. Uma expansão populacional há cerca de 50–60 mil anos atrás foi detectada, o que coincide com registros palinológicos de expansão da área florestal na Mata Atlântica. Os eventos históricos que moldaram a distribuição e demografia atual de Aureliana fasiculata são anteriores ao último máximo glacial e parecem estar relacionados a eventos climáticos do Pleistoceno. Por último, foi construída e validada uma biblioteca enriquecida em microssatélites de Aureliana fasciculata. Foram descritos sete pares de ―primers‖ polimórficos, com três alelos por locus, em média, e 6 heterozigosidade observada entre 0,05 e 1,00. A ampliação da amostragem e a utilização de marcadores moleculares de evolução mais rápida poderão trazer informações ainda mais completas sobre a taxonomia e história evolutiva dos gêneros Athenaea e Aureliana. 7 Abstract Athenaea and Aureliana (Solanaceae) genera are composed by seven and eight species, respectively. The character that distinguishes both genera is the presence of acrescent calyx, which involves the fruit, in Athenaea species. The plants are shrubs with white flowers and green or purple stains. The most abundant species of the group is Aureliana fasciculata, which occurs along the Atlantic Rainforest. All remaining species are rare. Both genera are considered as sister groups, according to the most recent phylogenetic analysis of Solanaceae family, and they both belong to subtribe . This group presents a puzzling distribution. It is composed by seven genera that occur in South America, Eurasia, North of Africa and Asia, plus Hawaiian Archipelago and St. Helena and Canary Islands. The main goal of the present study is to contribute to the knowledge of the evolutive relationship among the species of Athenaea and Aureliana. In order to do this, a phylogenetic analysis and molecular dating based on molecular data was performed, including Athenaea and Aureliana species, plus subtribe Withaninae representatives. The phylogeography of Aureliana fasiculata was also investigated. Five plastidial genomic regions (ndhF gene, trnL intron, and trnL-trnF, psaI-accD and trnC-ycf6 intergenic spacers) were employed to the phylogenetic