Genetic diversity in \'caxetais\' in Brazilian Atlantic forest: a phylogeographical approach to T. cassinoides

A Mata Atlântica representa um dos Biomas mais diversos do Planeta. No entanto, ainda pouco se sabe sobre os processos que levaram à alta diversidade de plantas nesta região. A maior parte dos estudos na Mata Atlântica trata este Bioma de forma ampla, sem considerar os diversos tipos vegetacionais encontrados na região. Apesar de ser dominado pela Floresta Pluvial Montana, este Bioma ainda inclui outros tipos vegetacionais periféricos, tais como: as Florestas Pluviais Baixo Montanas, Florestas Pluviais de Altitude, Florestas Pluviais Ripária, Florestas Pluviais em Manchas e as Florestas Paludosas Litorâneas, popularmente conhecidas como \"caxetais\". O nome \"caxetal\" foi dado devido à predominância da espécie Tabebuia Cassinoides (Lam.) DC., a qual é popularmente conhecida como \"caxeta\". Esta formação vegetal tem distribuição restrita a áreas com solos permanentemente encharcados do norte de Santa Catarina até o norte do Espírito Santo, onde ocorre de forma naturalmente fragmentada, formando ilhas ao longo de sua extensão de ocorrência. Populações com distribuição fragmentada são modelos em potencial para estudos de genética de populações, visto que a delimitação geográfica de populações naturais é um dos maiores problemas para estudos dessa natureza. Diante desse cenário, a presente tese teve como objetivo: (1) verificar como a distribuição geográfica da espécie arbórea T. cassinoides, agregada, bem delimitada e fragmentada na paisagem, pode influenciar na estruturação da diversidade genética em nível local; (2) caracterizar o grau de variabilidade genética inter e intrapopulacional em populações naturais de T. cassinoides ao longo da Mata Atlântica; e, (3) determinar a estrutura filogeográfica de T. cassinoides. Para tanto foram analisados dados de oito marcadores de microssatélites nucleares, além do sequenciamento da região trnC-ycf6 do DNA plastidial (cpDNA). Os dados genéticos obtidos foram primeiramente utilizados para o conhecimento da diversidade genética e estruturação da população em nível local, na região de Iguape (SP). Nossos resultados sugerem que a fragmentação dessas populações é somente geográfica, devido a suas necessidades edáficas, bem como que o modo de distribuição agregada e naturalmente fragmentada não indica a subdivisão genética das mesmas. A caracterização da variabilidade genética inter e intra-populacional em populações naturais de T. cassinoides ao longo de toda sua área de distribuição, com base nos marcadores de microssatélites nucleares indicou que a espécie possui baixos níveis de diversidade genética, e que 61% dessa diversidade é encontrada dentro das populações e 39% entre elas. Além disso, estes resultados evidenciaram significativos níveis de correlação entre distância genética e distância geográfica, sugerindo assim a presença de isolamento por distância. Nossos resultados indicam ainda a região geográfica do Rio de Janeiro como centro de diversidade para T. cassinoides. Uma forte estruturação genética foi encontrada para os dados de DNA nuclear e plastidial. Os resultados da análise de cpDNA, sugerem que a espécie T. cassinoides está dividida em três grupos filogeográficos: Norte, Central e Sul. Já os resultados de DNA nuclear apenas se diferenciam dos anteriores por considerar os grupos filogeográficos Norte e Central como um único grupo. Dados de modelagem de nicho ecológico foram gerados e associados com análises demográficas e de estruturação populacional visando um melhor entendimento dos padrões filogeográficos da espécie e inferências sobre a ocorrência de possíveis alterações populacionais ocorridas nos últimos 21 mil anos (Last Glacial Maximum - LGM) e 6 mil anos (Holocene Optimum - HO). Os resultados destas análises sugerem a estabilidade do tamanho populacional e das possíveis áreas de ocorrência de T. cassinoides no LGM e no HO. Assim, aventamos a hipótese de que a quebra de fluxo gênico entre as regiões filogeográficas propostas no presente estudo sejam anteriores ao LGM. Esse padrão converge com resultados encontrados para outras espécies de comunidades vegetais periféricas e diverge daqueles encontrados para espécies do núcleo principal da Floresta Ombrófila Densa, evidenciando a importância de estudos com espécies de diferentes comunidades vegetais da Floresta Atlântica para um melhor entendimento dos processos que moldaram a evolução das espécies nesse complexo biomaThe Atlantic Forest is one of the most biodiverse biomes on the planet. Nevertheless, little is known about the processes that have engendered such highly diverse plantlife in this region. Most studies on the Atlantic Forest approach the biome from an ample scope, without considering the various vegetational types that are found therein. Though broadly termed Montane Rain Forest, this biome also contains other peripheral forms of vegetation, such as Submontane Rain Forest, Cloud Forest, Riparian Rainforest, Rainforest Patches and Coastal Swamp Forest, commonly known as \"caxetais\" (plur). The term \"caxetal\" (sing) derives from the overwhelming predominance of Tabebuia cassinoides (Lam.) DC., the \"caxeta\". This naturally fragmented vegetational formation is found in patches on permanently waterlogged soils all the way from the north of Santa Catarina state up to northern most Espírito Santo. Populations with fragmented distribution are potential models for populational genetics studies, seen as the geographical delimitation of natural populations is one of the biggest problems facing research of this kind. In the light of this, the present thesis aims to: (1) verify how the aggregated, well-delimited and fragmented geographical distribution of the tree species T. cassinoides might influence the structuring of genetic diversity on a local level; (2) ascertain the degree of inter and intra-populational genetic variability in natural T. cassinoides populations throughout the Atlantic Forest, and (3) determine the phylogeographical structure of T. cassinoides. In order to achieve this we analyzed data for eight nuclear microsatellite markers and sequencing for the trnC-ycf6 region of plastidial DNA (cpDNA). The genetic data obtained was first used to generate knowledge concerning genetic diversity and populational structuring on a local level, in the Iguape (São Paulo state) region. Our results suggest that the fragmentation of these populations is geographical only, due to their edaphic needs, and that this locally aggregated and naturally fragmented mode of distribution does not indicate genetic subdivision. The characterization of inter and intra-populational genetic variability for T. cassinoides throughout its range of distribution, based on nuclear microsatellite markers, showed that the species has low levels of genetic diversity and that 61% of this diversity is encountered within, and 39% among, the populations. Furthermore, the results evince high and significant levels of correlation between genetic and geographic distance, thus suggesting that this isolation is distance-related. Our findings also indicate that the geographical region of Rio de Janeiro is the center of T. cassinoides diversity. Considerable genetic structuring was identified from the nuclear and plastidial DNA, though with partial distinctions. Results for cpDNA analysis suggest that T. cassinoides is divided into three phylogeographical groups: North, Central and South. Nuclear DNA analysis, however, took the Central and North phylogeographical groups to be one and the same. Ecological niche modeling data were generated and associated with demographic analyses and findings on populational structuring so that we could determine the species\' phylogeographical patterns and infer the occurrence of possible populational alterations during two distinct periods: 21 thousand years ago (the Last Glacial Minimum) and over the last 6 thousand years (Holocene Optimum - HO). The results of these analyses suggest that population sizes remained stable in possible areas of occurrence during the LGM and HO. Based on these findings we suggest the hypotheses that the stemming of gene flow among the phylogeographical regions proposed by this study predates the LGM. This pattern converges with results found for other species of peripheral vegetal communities but diverges from those for species from the Dense Coastal Hydrophilic Forest nucleus. As such, our research underscores the importance of further studies with different vegetal communities that comprise the Atlantic Forest in order to foster a better understanding of the processes that shaped the evolution of species in this complex biom