UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GENÉTICA E BIOLOGIA MOLECULAR PATRICIA RASTEIRO ORDIALE-OLIVEIRA VARIABILIDADE E ESTRUTURA GENÉTICA POPULACIONAL NAS ESPÉCIES Manihot irwinii D.J. ROGERS & APPAN E Manihot violacea POHL (EUPHORBIACEAE JUSS.) Orientadora: Profa. Dra. Thannya Nascimento Soares GOIÂNIA-GO 2016 PATRICIA RASTEIRO ORDIALE-OLIVEIRA VARIABILIDADE E ESTRUTURA GENÉTICA POPULACIONAL NAS ESPÉCIES Manihot irwinii D.J. ROGERS & APPAN E Manihot violacea POHL (EUPHORBIACEAE JUSS.) Orientadora: Profa. Dra. Thannya Nascimento Soares Dissertação apresentada à coordenação do Programa de Pós-Graduação em Genética e Biologia Molecular da Universidade Federal de Goiás, como exigência parcial para a obtenção do título de mestre em Genética e Biologia Molecular. GOIÂNIA-GO 2016 “Diante da vastidão do tempo e da imensidão do universo, é um imenso prazer para mim dividir um planeta e uma época com você.” Carl Sagan “Não explicar a ciência me parece perverso. Quando alguém está apaixonado, quer contar a todo mundo.” Carl Sagan AGRADECIMENTOS À Deus que sempre esteve e está comigo em todas as horas da minha vida. À Universidade Federal de Goiás, Instituto de Ciências Biologicas pela oportunidade oferecida para realização deste curso de pós-graduação. Ao Programa de Pós-Graduação de Genética e Biologia Molecular da Universidade Federal de Goiás pela oportunidade para realização do trabalho de dissertação. A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da bolsa e aos órgãos de fomento (MCTI/CNPQ/Universal 14/2014, proc.456530/2014-2; FAPEG) que contribuiram para essa pesquisa. A Profa. Dra. Thannya Nascimento Soares pela ajuda, compreensão, orientação, oportunidade e pelos ensinamentos para realização da pesquisa. Aos professores da banca pela participação na banca de defesa da dissertação e pelas valiosas sugestões. A todos os professores pelos valiosos ensinamentos. Ao Prof. Dr. Marcos José da Silva e toda sua equipe de coleta pela disponibilização do material biológico e pelo apoio. A todos do Laboratório de Genética e Biodiversidade (LGBio) pelo valioso apoio incentivo e aprendizado. Aos colegas e amigos da Pós-Graduação pela agradável convivência. Ao meu marido, Gilsimar Antônio de Oliveria, pelo amor, paciência e incentivo. Aos meus pais, que sempre contribuíram e estiveram ao meu lado a cada etapa da minha vida. Às minhas amigas Kassia Marques Corrêia, Rejane Araújo Guimarães, Vanessa Bernardes, Ramilla dos Santos Braga e Nicole Cristina Lopes Dutra pelo apoio e momentos de diversão. Enfim, a todos aqueles que, de alguma forma, torceram por mim, dedicaram e participarm do desenvolvimento deste trabalho, o meu reconhecimento e a minha gratidão, não esquecerei a sua contribuição na minha jornada de aprendizado. SUMÁRIO LISTA DE FIGURA ____________________________________________________________ 10 LISTA DE TABELAS ____________________________________________________________ 12 RESUMO ___________________________________________________________________ 14 ABSTRACT __________________________________________________________________ 15 1. INTRODUÇÃO ___________________________________________________________ 16 2. OBJETIVOS _____________________________________________________________ 18 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA __________________________________________________ 19 3.1. Diversidade e caracterização da Família Euphorbiaceae Juss. ___________ 19 3.2. Gênero Manihot Mill. ___________________________________________ 20 3.2.1. Distribuição, Diversificação e Especiação do Gênero Manihot Mill. _____ 20 3.2.2. Caracterização Botânica e Ecológica _____________________________ 26 3.2.3. Importância Econômica do Gênero Manihot _______________________ 28 3.2.4. Caracterização das espécies Manihot irwinii D.J.Rogers & Appan e Manihot violacea Pohl _____________________________________________________ 29 3.3. Variabilidade genética em populações nativas do Cerrado ______________ 32 3.3.1. Diversidade e estrutura genética populacional ______________________ 32 3.3.2. Marcadores Microssatélites em estudos genético-populacionais ________ 37 4. MATERIAL E MÉTODOS ___________________________________________________ 40 4.1. Área de estudo e esquema de amostragem do material biológico _________ 40 4.2. Obtenção dos dados moleculares __________________________________ 44 4.3. Análises Estatísticas ____________________________________________ 47 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ________________________________________________ 49 5.1. Análise genética estatísticas de M. irwinii ___________________________ 49 5.1.1. Caracterização dos locos microssatélites de M. irwinii________________ 49 5.1.2. Variabilidade e estrutura genética nas populações da espécie M. irwinii __ 52 5.2. Análise genética de M. violacea ___________________________________ 57 5.2.1. Caracterização dos locos microssatélites de M. violacea ______________ 57 5.2.2. Variabilidade e Estrutura Genética nas populações da espécie M. violacea 59 5.3. Estrutura genética entre populações das espécies M. irwinii e M. violacea no Parque Estadual da Serra dos Pireneus _________________________________ 66 6. CONCLUSÕES ___________________________________________________________ 69 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS _____________________________________________ 70 10 LISTA DE FIGURA Figura 1. Mapa da distribuição do gênero Manihot. Adaptado de Duputié et al., 2011 ___ 21 Figura 2. Filogenia do gênero Manihot baseado em sequências de genes nucleares (NIA e G3pdh). Em destaque vermelho a M. violacea e em azul a M. irwinii. Adaptado de Duputié et al., 2011 _________________________________________________________________ 22 Figura 3. Comparação entre a visão tradicional (a) da evolução genômica após a polipóidia e visão do novo (b). (a) Na visão clássica a evolução do genoma sugere interação mínima entre os genomas parentais e um alopoliplóide. (b) Neste exemplo, as setas indicam rearranjos genomicos. Rearranjos intragenômica são representados por áreas sombreadas nos cromossomas do diplóide B. Rearranjos intergenômicos são representados por translocação de segmentos cromossômicos preto ou branco entre os genomas de diplóide A e B. O grau de mudança genômica também pode ser influenciada por interações citoplasmática e nucleares. Ajustes do genoma devem ocorrer para restaurar a compatibilidade nuclear-citoplasmática (Soltis & Soltis, 2009) ______________________________________________________ 25 Figura 4. Fotos mostrando galhas. A. Galhas na folha da espécie M. irwinii na população de Serra dos Pireneus e B. Galhas na folha de M. violacea na população de Gama no DF; C. Galhas na folha de M. violacea na população de Silvânia. Fotos: Patrícia Rasteiro Ordiale Oliveira (Fevereiro/2016) ___________________________________________________ 32 Figura 5. Mapa indicando os pontos de coletas das populações no Estado de Goiás e no Distrito Federal das espécies M. irwinii (círculo branco) e M. violacea (círculo preto) ____ 40 Figura 6. Fotografia de Manihot irwinii localizadas em Corumbá de Goiás. A. Fruto subglobuloso e ligeiramente alongado; B. Ramos com inflorescências; C. Indivíduo localizado próximo a outras árvores. Fotos: Patrícia Rasteiro Ordiale Oliveira (Fevereiro/2016) __________________________________________________________ 42 Figura 7. Fotografia Manihot irwinii localizadas em Pirenópolis. A. Indíviduo em seu habitat; B. Ramo com inflorescências e inseto visitando polinização. C. Flor masculina. D. Fruto. Fotos: Patrícia Rasteiro Ordiale Oliveira (Fevereiro/2016) _________________________ 42 Figura 8. Fotografia de Manihot irwinii localizadas Parque Estadual da Serra dos Pireneus. A. Indíviduo com inflorescências e frutos. B. Indivíduos concentrados nas fendas da rocha. Fotos: Patrícia Rasteiro Ordiale Oliveira (Fevereiro/2016) _________________________ 43 Figura 9. Fotografia de Manihot violacea localizada no Gama-DF A. Indivíduo com folhas de três lobos e frutos. B. Frutos. C. Flores estaminadas, com brácteas vistosas. Fotos: Patrícia Rasteiro Ordiale Oliveira (Fevereiro/2016) ______________________________________ 43 Figura 10. Fotografia de Manihot violacea localizada na Floresta Nacional de Silvânia no município de Silvânia. A. Indivíduo com folhas de três lobos e pecíolos vináceos. B. Flor masculina. C. Flor feminina. Fotos: Patrícia Rasteiro Ordiale Oliveira (Fevereiro/2016) __ 44 Figura 11. Perfis eletroferogramas dos dois sistemas multiplex apresentado pelos sete locos microssatélites na espécie M. irwinii. A: Multiplex 01 (GA126; GA134; GA136; GA21); B: Multiplex 02 (GA12; GA131; GA16) __________________________________________ 50 11 Figura 12. Distribuição das frequências alélicas encontradas para os sete locos microssatélites desenvolvidos para Manihot esculenta e transferidos para M. irwinii. No eixo y estão as frequências alélicas e no eixo x os tamanhos dos alelos ____________________________ 53 Figura 13. Valor de ΔK para o número de populações M. irwinii (K) mais verossímil ____ 56 Figura 14. Gráfico de barras representando os indivíduos de M. irwinii coletados em três populações mostrando a estruturação populacional em três grupos (K=3) ______________ 56 Figura 15. Perfis eletroferogramas dos dois sistemas multiplex apresentado pelos sete locos microssatélites para a espécie M. violacea. A: Multiplex 01 (GA126; GA21; GA134; GA136); B: Multiplex 02 (GA131; GA12; GA16) _______________________________________ 58 Figura 16. Distribuição das frequências alélicas encontradas para os sete locos microssatélites