Iridaceae) E Espécies Relacionadas Na Região Sul Do Brasil
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Caracterização Genética da espécie Sisyrinchium palmifolium L. (Iridaceae) e espécies relacionadas na região sul do Brasil. Sisyrinchium palmifolium L. Rogéria Beatriz Miz Tese de Doutorado Porto Alegre 2013 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Instituto de Biociências Programa de Pós Graduação em Genética e Biologia Molecular Caracterização Genética da espécie Sisyrinchium palmifolium L. (Iridaceae) e espécies relacionadas na região sul do Brasil. Rogéria Beatriz Miz Tese submetida ao Programa de Pós- Graduação em Genética e Biologia Molecular da Universidade Federal do Rio Grande do Sul como requisito parcial para a obtenção do Título de Doutor em Ciências (Genética e Biologia Molecular). Orientadora: Profa. Dra. Tatiana Teixeira de Souza Chies Co-orientadora: Profa. Dra. Fernanda Bered Porto Alegre, outubro de 2013 O presente trabalho foi executado no Laboratório de Sistemática Molecular do departamento de Botânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. As fontes financiadoras foram: - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico ( CNPq ). -Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES/COFECUB). - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS). Tese de Doutorado - Rogéria Beatriz Miz 3 Caracterização Genética de Sisyrinchium palmifolium Que delícia é viver e realizar os nossos sonhos. Recomendo a todos! Dedico esta tese à minha família. Meu filho Eric que vivenciou desde o início comigo a realização de um sonho, muitas vezes, sendo privado de atenção, e sempre retornando com palavras de amor. Ao meu marido Ivan pelo amor, carinho e apoio em todas as horas. A minha mãe amada que sempre me incentivou e me ensinou muito com sua paciência e dedicação. Ao mais novo membro da família Leonardo Miz Schüler que se encontra acolhido em meu ventre e que tem suportado firme e forte a tensão dos últimos meses de tese. Amo vocês! Tese de Doutorado - Rogéria Beatriz Miz 4 Caracterização Genética de Sisyrinchium palmifolium AGRADECIMENTOS À minha orientadora Tatiana Teixeira de Souza Chies que desde o meu primeiro semestre de faculdade me acolheu em seu laboratório e sempre me incentivou e apoiou em todo meu trajeto acadêmico pela UFRGS. Obrigada Tati pela orientação e confiança. Ao Programa de Pós Graduação em Genética e Biologia Molecular da UFRGS pela qualidade de ensino e valorização de seus estudantes. Ao CNPq pelo apoio financeiro e licença maternidade. À professora Dra. Lílian Eggers pelas coletas, ajuda na identificação das plantas e sugestões de grande valia para meu trabalho. À professora Dra. Fernanda Bered pela disponibilidade e ajuda com os microssatélites. Aos professores Dr. José Artur Chies e Dr. Giancarlo Pasquali pela disponibilidade de equipamentos. Ao professor Dr. Thales Freitas, e as colegas Darlise e Mayara pelo auxílio com os envios de amostras para Macrogen, na Coréia. Aos colegas de laboratório de Sistemática Molecular em especial a Eudes e ao Lauís pela ajuda em campo, no laboratório e pelas conversas e discussões durante os dois primeiros anos de doutorado. À Paula pela disponibilidade e comprometimento com a ajuda na bancada. À Adriana Aita pelo auxílio nas coletas. As colegas Camila, Márcia e Miriam do laboratório de Genética Vegetal pela ajuda com as análises e dicas a respeito dos microssatélites. Tese de Doutorado - Rogéria Beatriz Miz 5 Caracterização Genética de Sisyrinchium palmifolium Aos colegas do Serviço de Imunologia do HCPA pela força nestes últimos dois anos de doutorado. Ao Elmo pelas conversas de incentivo e apoio e pela ajuda de sempre. A todos que contribuíram de alguma maneira para realização deste trabalho. Muito Obrigada! Tese de Doutorado - Rogéria Beatriz Miz 6 Caracterização Genética de Sisyrinchium palmifolium SUMÁRIO Resumo........................................................................................................ 8 Abstract ........................................................................................................ 11 CAPÍTULO I: Introdução Geral .................................................................... 14 1) Família Iridaceae......................................................................... 15 2) Gênero Sisyrinchium L. ............................................................... 17 3) Seções Hydastylus e Viperella .................................................... 23 4) Sisyrinchium palmifolium L. ......................................................... 24 5) Marcadores Moleculares utilizados para Caracterização Genética de Plantas............................................................ 27 6) Objetivo Geral ............................................................................. 31 7) Objetivos Específicos .................................................................. 31 CAPÍTULO II: Genetic variability of Sisyrinchium palmifolium L. subsp. palmifolium (Iridaceae) in southern Brazil ....................... 33 CAPÍTULO III: Tracing the nucleotide diversity and relationships inferred for two sections of Sisyrinchium (Iridaceae) from Southern Brazil.. 63 CAPÍTULO IV: Isolation, characterization and cross amplification of microsatellite loci in Sisyrinchium palmifolium (diploid) and S. marchioides (tetraploid) (Iridaceae)............................................. 111 CAPÍTULO V: Genetic relationships and variation in two closely related species of Sisyrinchium: S. palmifolium L. and S. vaginatum Spreng. (Iridaceae).......................................................................... 123 CAPÍTULO VI: Considerações Finais........................................................... 153 CAPÍTULO VII: Referências Bibliográficas dos Capítulos I e VI................... 160 Tese de Doutorado - Rogéria Beatriz Miz 7 Caracterização Genética de Sisyrinchium palmifolium RESUMO Sisyrinchium palmifolium L. (Iridaceae: Iridoideae: Sisyrinchieae) é uma espécie herbácea, perene e de ampla distribuição na América do Sul. A identificação e classificação desta espécie têm sido problemáticas devido a sua grande variabilidade morfológica. Estas plantas apresentam variação tanto no hábito e porte da planta, como na morfologia foliar e no número de flores e ramificações da inflorescência. As relações filogenéticas desta espécie com outras espécies relacionadas das seções Hydastylus e Viperella também tem sido problemáticas devido à radiação recente deste grupo de plantas. Evidências filogenéticas apontam o gênero Sisyrinchium como monofilético e sugerem modificações na classificação de algumas seções, especialmente nos clados que incluem S. palmifolium e espécies relacionadas. Com o objetivo de investigar a variabilidade genética dentro e entre as populações da subespécie típica, S. palmifolium subsp. palmifolium , presente no sul do Brasil, nove marcadores ISSR foram utilizados, em 149 indivíduos, amostrados em cinco populações ( Capítulo II ). Os resultados indicam alto grau de polimorfismo e grande variabilidade genética entre os indivíduos dentro das populações. A variação genética encontrada foi maior dentro do que entre as populações, característico de plantas de fecundação cruzada. Os dados mostram que houve uma diferenciação genética significativa (P<0,001) entre as populações. As análises moleculares mostraram que as populações são altamente estruturadas com baixo fluxo gênico entre elas. Foram avaliadas as relações de parentesco entre a espécie S. palmifolium e espécies relacionadas das seções Hydastylus e Viperella , assim como a história evolutiva, divergência e origem dos poliploides deste grupo de plantas Tese de Doutorado - Rogéria Beatriz Miz 8 Caracterização Genética de Sisyrinchium palmifolium (Capítulo III ). Para isso, foram utilizados 12 marcadores filogenéticos dos genomas nuclear, plastidial e mitocondrial para um total de 44 acessos de Sisyrinchium da América do Sul, representando 13 espécies da seção Hydastylus e 11 espécies da seção Viperella . Nossos resultados sugerem que as duas seções correspondem a um único grupo de plantas em recente radiação adaptativa. Apesar dos principais grupos evidenciados com as análises filogenéticas serem formados por espécies da mesma seção, foi reforçada a hipótese de evolução reticulada caracterizada por eventos de alopoliploidização e introgressão. Diferentes acessos de uma mesma espécie estão dispersos em diferentes clados, exceto S. antemeridianum, devido a sua distribuição restrita, enquanto as espécies poliploides (S. marchio , S. marchioides e S. weirii ), mostraram-se relacionadas às espécies diploides de ambas as seções. Marcadores microssatélites foram isolados das espécies Sisyrinchium palmifolium e S. marchioides , provenientes do sul do Brasil ( Capítulo IV ) com o objetivo de fornecer ferramentas moleculares para investigação de relação genética entre as espécies das seções Viperella e Hydastylus . Um total de nove “primers” de SSR polimórficos foi obtido neste estudo, os quais foram testados em 24 espécies de Iridaceae, indicando que estes marcadores serão úteis em inúmeros estudos com outras espécies do mesmo gênero e outros gêneros da família tais como Herbertia e Calydorea . Marcadores microssatélites foram utilizados para estudar os padrões de diversidade genética e fluxo gênico entre as espécies S. palmifolium subsp. palmifolium , S. rectilineum e S. vaginatum subsp. vaginatum no estado do Rio Grande do Sul, em 236 indivíduos, amostrados em oito populações ( Capítulo Tese de Doutorado - Rogéria Beatriz Miz 9 Caracterização Genética de Sisyrinchium