Genetic diversity and mating system in Stylosanthes spp. as revealed by microsatellite markers

Orientadores: Anete Pereira de Souza, Rosangela M. S. ResendeTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: No Brasil, a pecuária bovina é baseada principalmente na utilização de pastagens para alimentação animal, sendo a maioria destas cultivadas. Gramíneas do gênero Urochloa P. Beauv. originárias da África Setentrional têm sido as mais utilizadas pelos pecuaristas, juntamente com algumas leguminosas de origem sul-americana. Os maiores problemas enfrentados pelos produtores são a degradação das pastagens e o seu alto custo de recuperação, principalmente pela necessidade de uso de fertilizantes químicos nitrogenados. Devido à capacidade das leguminosas de transformar o nitrogênio atmosférico e fixá-lo no solo, seu uso consorciado a gramíneas pode ser indicado como uma alternativa menos onerosa para recuperação das pastagens. Dentre as leguminosas já testadas como pastagens, as do gênero Stylosanthes Sw. têm se mostrado passíveis de utilização em regiões de solos de baixa fertilidade, apresentando bons resultados quando consorciadas a gramíneas. O Brasil é o maior centro de origem e diversidade deste gênero, com ocorrência das espécies de maior potencial forrageiro, havendo vários acessos disponíveis em bancos de germoplasma. Para que os programas de melhoramento possam utilizar de forma adequada os bancos de germoplasma existentes, é necessário um conhecimento da quantidade e da distribuição da diversidade genética dentro dessas coleções. Além disso, para grande parte das espécies do gênero, as taxas de cruzamento são desconhecidas ou foram estimadas com base em caracteres morfológicos, que podem sofrer influência do ambiente e são encontrados em número restrito. Nesse contexto, no presente trabalho foram desenvolvidos marcadores microssatélites para três espécies do gênero Stylosanthes Sw. (S. capitata Vog., S. guianensis (Aubl.) Sw. e S. macrocephala Ferr. et Costa). Devido à disponibilidade dos experimentos, foi possível utilizar os microssatélites desenvolvidos para estimar a taxa de cruzamento de S. capitata Vog. e S. guianensis (Aubl.) Sw., mostrando que ambas as espécies apresentam um sistema misto de reprodução com predominância de autogamia. Considerando que as flores de Stylosanthes são cleistógamas, a taxa de cruzamento encontrada foi alta (26% ara S. guianensis (Aubl.) Sw. e 31% para S. capitata Vog.) e deve ser considerada durante a multiplicação de sementes para manutenção do banco de germoplasma, a fim de manter a integridade individual de cada acesso. Foi também observada uma variação da taxa de cruzamento entre diferentes progênies. Também foi avaliada a diversidade genética em bancos de germoplasma de duas espécies do gênero (S. guianensis (Aubl.) Sw. e S. macrocephala Ferr. et Costa), mostrando a formação de grupos bem definidos entre os acessos dessas espécies e que podem ser considerados durante o melhoramento. Em S. guianensis (Aubl.) Sw., que apresenta uma classificação taxonômica controversa, os grupos formados estão de acordo com um dos modelos taxonômicos propostos. Os microssatélites desenvolvidos, assim como os dados de taxa de cruzamento e de diversidade genética gerados nesse trabalho, são um passo em direção a um melhor entendimento do gênero e uma ferramenta para que novos trabalhos possam ser realizados.Abstract: In Brazil, most of the cattle are grown in cultivated pastures. Forage grasses belonging to the African genus Urochloa P. Beauv. have been the most commonly used, together with some American legumes. Soil degradation and high costs for reclaiming are the major problems of pastures, since nitrogen enrichment is necessary. Considering that legumes can fix atmospheric nitrogen into soil, their use in consortium with grasses has been a plausible alternative for soil reclaiming. Among feasible legumes for pastures, those belonging to the genus Stylosanthes Sw. have proved to be suitable for low fertile soils and and for consortium with grasses. Brazil is the major center of origin and diversity of this genus, including its most promising species. Many Stylosanthes Sw. accessions are available in germplasm collections and their use could be potentiated by further knowledge on the available genetic diversity. In addition, there is still limited knowledge on the mating system of most of Stylosanthes Sw. species. In the present work, microsatellite markers were developed for S. capitata Vog., S. guianensis (Aubl.) Sw. and S. macrocephala Ferr. et Costa aiming at studying the genetic diversity and mating systems of Stylosanthes Sw. species. The microsatellite analysis on the mating system of S. capitata Vog. and S. guianensis (Aubl.) Sw. showed a mixed mating system with predominance of self-fertilization. Considering that Stylosanthes flowers are cleistogamous, the observed outcrossing rates wererelatively high, being 26% for S. guianensis (Aubl.) Sw. and 31% for S. capitata Vog.. These outcrossing rates should be taken into consideration in seed multiplication, for the purpose of maintaining the genetic integrity of individual accessions. Variation in the estimates of outcrossing among different progenies was observed. The microsatellite studies on the genetic diversity in S. guianensis (Aubl.) Sw. and S. macrocephala Ferr. et Costa demonstrated that there are genetic distinct groups within the germplasm collection that could be useful for breeding purposes. In S. guianensis (Aubl.) Sw., which has a controversial taxonomy, the observed groups were in agreement with one of the proposed taxonomical classification. The microsatellites developed for Stylosanthes Sw. species and the data on mating system and genetic diversity presented herein represent important knowledge and tools towards the understanding of this genus and are potentially useful for further studies.DoutoradoGenetica Vegetal e MelhoramentoDoutor em Genetica e Biologia Molecula