Universidade Federal do Rio de Janeiro SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA DOS CAJÁS (SPONDIAS L., ANACARDIACEAE, ANGIOSPERMAE) Ricardo da Silva Gonçalves 2013 Programa de Pós-graduação em Biodiversidade e Biologia Evolutiva I Universidade Federal do Rio de Janeiro SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA DOS CAJÁS (SPONDIAS L., ANACARDIACEAE, ANGIOSPERMAE) Ricardo da Silva Gonçalves Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Biodiversidade e Biologia Evolutiva, Instituto de Biologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Biodiversidade e Biologia Evolutiva. Orientador: Prof.ª Dra. Cássia Mônica Sakuragui Rio de Janeiro Março de 2013. II SISTEMÁTICA FILOGENÉTICA DOS CAJÁS (SPONDIAS L., ANACARDIACEAE, ANGIOSPERMAE) Ricardo da Silva Gonçalves Orientador: Prof.ª Dra. Cássia Mônica Sakuragui Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Biodiversidade e Biologia Evolutiva, Instituto de Biologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Biodiversidade e Biologia Evolutiva. ___________________________________ Presidente, Prof. Dr. Tânia Wendt ______________________________ Prof.Dr. Rafaela Campostrini Forzza ______________________________ Prof. Dr. Vidal de Freitas Mansano Rio de Janeiro Março de 2013 III FICHA CATALOGRÁFICA Gonçalves, Ricardo da Silva Sistemática filogenética dos Cajás (Spondias L., Anacardiaceae, Angiospermae)/ Ricardo da Silva Gonçalves- Rio de Janeiro:UFRJ/ Instituto de Biologia, 2013. v, 61f.: il. Orientadora: Cássia Mônica Sakuragui Dissertação (mestrado) – UFRJ/ Instituto de Biologia / Programa de Pós- graduação em Biodiversidade e Biologia Evolutiva, 2013. Referências Bibliográficas: f. 42-49. 1. Híbrido 1. 2. Spondias 3.Biodiversidade. 4. Evolução. I. Gonçalves, Ricardo da Silva. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Biologia / Programa de Pós-graduação em Biodiversidade e Biologia Evolutiva. III. Sistemática filogenética dos Cajás (Spondias L., Anacardiaceae, Angiospermae). IV AGRADECIMENTOS Ao Instituto de Biologia e seu diretor por todo o suporte logístico durante as coletas realizadas no estado do Rio de Janeiro. Ao PPGBBE e seus coordenadores pela oportunidade de fazer parte do programa de mestrado. Ao Museu Mello Leitão, Santa Teresa – ES, Reserva Biológica Augusto Ruschi em Santa Teresa-ES e Estação Biológica de Santa Lucia pelo o suporte e permissão de coletas. Ao Jardim Botânico do Rio de Janeiro e a Curadora do seu Herbário Doutora Rafaela Campostrini Forzza, pela utilização do herbário e suporte logístico durante minhas coletas no Espirito Santo. A todos os meus professores da pós-graduação e graduação por todo o conteúdo teórico e prático que me foi fornecido. A minha família pelo apoio irrestrito, carinho, compreensão e repreensão quando necessário. A todos os meus amigos. A minha orientadora por toda a paciência, apoio e por todo tempo investido em minha formação. A Bióloga Paula Souto, por toda a ajuda e apoio durante o mestrado e na revisão do manuscrito. A M.a Letícia Loss de Oliveira por toda ajuda com a parte de bancada e paciência. Aos pesquisadores do New York Botanical Garden Dra. Susan K. Pell, Dr. Douglas C. Daly e Dr. John D. Mitchell pelo envio de amostras de Spondias. Aos professores Dr. Carlos Guerra Schrago e Dr. Antonio M. Solé Cava pela utilização de seus laboratórios para a parte de bancada desse trabalho. V RESUMO As espécies de Spondias (Anacardiaceae) são popularmente conhecidas no Brasil como cajás, em função dos frutos de sabor ácido, amplamente utilizados por populações locais e em diversos setores da indústria alimentícia. A família Anacardiaceae é pantropical, bastante diversa morfologica e quimicamente, apresentando-se como um grupo natural da ordem Sapindales, clado das eudicotiledôneas. De acordo com registros fósseis e datações moleculares, acredita-se que sua origem deu-se no continente Gondwana e os eventos geológicos posteriores ao seu surgimento influenciaram diretamente na distribuição de seus gêneros atuais. Até o momento, ainda não há estudos sobre a origem e história evolutiva do gênero Spondias que tem suas espécies distribuídas nas Américas, Madagascar, Ásia e Oceania. Também são escassos os conhecimentos das espécies do gênero no Brasil, a despeito de sua relativa importância econômica. Diante deste cenário, o trabalho teve dois objetivos principais: inferir a história evolutiva das espécies de Spondias e fornecer informações sobre a morfologia e distribuição geográfica dos cajás nativos e cultivados no Brasil. Para a inferência da história evolutiva do grupo, foram amostradas 11 das 18 espécies reconhecidas para o gênero, de acordo com especialistas na taxonomia do grupo, além de um híbrido, Spondias mombin x radlkofferi. Como grupo externo foram utilizados Tetragastris sp. e Protium glaziovii Swart. Foram realizadas análises filogenéticas com base no sequenciamento de dois genes de cloroplasto e um nuclear. Para testar o monofiletismo de Spondias, foi realizada a reconstrução filogenética de grupos relacionados ao gênero, utilizando sequências do genbank. Os resultados apontaram o monofiletismo do gênero e seu posicionamento basal dentro da subfamília VI Spondioideae. O resultado também corroborou esta como grupo irmão da família Burseraceae, além do monofiletismo das subfamílias Anacardioideae e Spondioideae. Na análise filogenética de Spondias, as topologias das árvores geradas pela análise molecular mostraram-se incongruentes para os diversos marcadores. Uma das razões para este resultado pode estar relacionada a uma história evolutiva reticulada dentro do gênero, como ocorre em outros gêneros da família como Rhus e Pistacia. Os cladogramas foram apresentados utilizando-se o híbrido Spondias mombin x radlkofferi como terminal e sem a presença deste. As espécies da Mata Atlântica não formaram um grupo monofilético, apesar de aparecerem juntas em várias das árvores geradas. A topologia do cladograma obtido a partir dos dados concatenados dos genes de cloroplasto e nuclear aponta duas linhagens distintas, uma que inclui uma espécie americana e outra asiática, e o outro clado que inclui o restante das espécies americanas relacionadas com uma espécie da Oceania. Estes resultados sugerem que a diversificação das linhagens ocorreu na Gondwana, o que concorda com estudos anteriores sobre a origem e diversificação da família Anacardiaceae. No Brasil são seis as espécies de cajás nativos: S. testudinis autor e S. globosa, endêmicas do estado do Acre, S. venulosa (Mata Atlântica) e S. macrocarpa (Mata Atlântica e Caatinga), S. mombin com ampla distribuição e S. tuberosa (umbu), endêmica da Caatinga. As espécies cultivadas são duas: S. dulcis e S. purpurea (ciriguela). Palavras chaves: Híbridos, Spondias, Biodiversidade, Evolução. VII Abstract The species of Spondias (Anacardiaceae) are popularly known in Brazil as cajás, mainly due to the fruits, which has acid flavour and are widely used by local people and in various sectors of the food industry. The family Anacardiaceae is pantropical, morphologically and chemically diverse and it has been recognized as a natural group of order Sapindales, Eudicots clade. According to the fossil record and molecular dating, it would have originated at the continent Gondwana and subsequent geological events to its emergence would have directly influenced the distribution of the extant taxa. There are not studies on the origin and evolutionary history of the genus so far, with extant species distributed in the Americas, Madagascar, Asia and Oceania. The studies on Brazilian species are also scarce, despite its relative economic importance. Given this scenario, the work had two main goals: to infer the evolutionary history of Spondias species and provide information about the morphology and geographical distribution of native and cultivated cajás in Brazil. For the molecular phylogenetic analysis, we sampled 11 of the 18 recognized species, and the hybrid Spondias mombin x radlkofferi was also included as a terminal in some of the analyses. The outgroups used were Tetragastris sp. and Protium glaziovii Swart. Phylogenetic analyses were performed using sequences of two chloroplast markers and one nuclear. To test the monophyly of the genus, a phylogenetic reconstruction was performed using sequences extracted from the genbank. The results demonstrated the monophyly of the genus along with your basal position within the subfamily Spondioideae. The results also corroborated this subfamily as the sister group of Burseraceae, as well as the monophyly of the subfamilies Anacardioideae and Spondioideae. VIII In the phylogenetic analysis of Spondias, the topologies of the trees obtained with different markers were incongruous. A reason for this result may be related to a reticulate evolutionary history within the genus, as already demonstrated in other genera of the family as Pistacia and Rhus. The Atlantic Forest species did not prove to be monophyletic although they apeeared clustered in some of the trees. The topology of the cladogram obtained from the concatenated data (claroplast and nuclear genes), indicates two distinct lineages, one that includes an American and an Asian species and other clade comprising the remainder of the American species related to a species from Oceania. These results may suggest the diversification of the lineages occuring at the Gondwana, which agrees with previous studies on the origin and diversification