Colonização e dispersão nos sítios de ocorrência, a genética das populações e história natural de Partamona ailyae Camargo, 1980 (Hymenoptera: Apidae: Meliponini)

Particular biological features of different bee groups can affect how a certain area will be occupied by them and this can affect directly the genetics of their populations over the long term. In Brazil, there are few studies about gene variation and genetic structure of bee natural populations, as well as on the genetic differentiation levels between eusocial bee populations. The Partamona genus comprises 33 species, distributed from Southern Mexico to Southern Brazil. Partamona ailyae, the model species of this study, occurs in rainforests of Southwestern Amazonia, Central Brazil and xeric regions of Piauí. Its wide distribution, as well as the ability to occupy such heterogeneous environments, piqued our interest to take P. ailyae as a study model. This work aimed to analyze the occupation process at the P. ailyae occurrence sites, population genetics and interpopulational gene flow, and the natural history of this species. Eight expeditions were carried out, and 41 localities of 10 states of Brazil were visited. Among them, active colonies of P. ailyae were found only in 17 localities, being collected specimens of 75 nests. To identify the mitochondrial lineages present in the sampled colonies, five gene regions were used (COI, CytB, 12S, 16S and COI-COII). Estimates of polymorphism levels showed COI and CytB as the most variable regions (11 and seven haplotypes, respectively). For the ribosomal genes, only a few samples were analyzed, because few differences were identified among the sequences. All the 31 samples analyzed for the 12S showed a five bases insertion starting from the position 25 of the sequence, a result not observed in other Partamona species. The most informative genes (COI and CytB) had their sequences concatenated (1114pb). For these regions, 13 haplotypes were observed, two of them were shared and 11 characterized as exclusive of localities. The AMOVA showed that 94.3% of the gene variation is due to interpopulacional differences, revealing a high differentiation among the populations (ΦST = 0.9426; P = 0.000). In addition, one individual from each colony was analyzed for eight heterologous microsatellite loci designed from Melipona bicolor and Partamona helleri. A moderate and statistically significant XIV interpopulational genetic differentiation (ΦST = 0.1491; P = 0.000) was found. The cluster analysis identified four groups by ΔK as the ideal model, and STRUCTURE software showed that all individuals could belong to more than one group, corroborating the “Assignment test”, which indicated that only 50% of the samples were correctly assigned to their original population. Phenotypic segregation analysis was realized in some offsprings, revealing a monoginic/monandric familial structure. From the mitochondrial data, the Mantel test showed a significant correlation between genetic distance and geographic distance (r = 0.2589; P = 0.0231), whereas on basis of the nuclear data, the Mantel test did not indicate significant correlation between genetic distance and geographic distance (r = 0.2090; P = 0.0610). Fu’s Fs and R2 tests did not show significant values. The Bayesian Skyline Plot analysis (BSP) did not show significant fluctuations in the effective size populations of P. ailyae, indicating population stability over time. The values of ΦST estimated for mitochondrial genes and microsatellites were compared, being detected evidence of sex-asymmetric dispersal, in which females are responsible for the areas occupation, and males constitute the disperser sex. In addition, some relevant aspects of the natural history of P. ailyae are shown.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Características inerentes à biologia dos diferentes grupos de abelhas podem afetar como uma determinada área será ocupada e isso pode influenciar diretamente a genética de suas populações no longo prazo. No Brasil, poucos são os estudos que tratam da variabilidade e estrutura genéticas das populações naturais de abelhas, assim como os níveis de diferenciação entre as populações de abelhas eussociais. O gênero Partamona compreende 33 espécies descritas, distribuídas do sul do México ao sul do Brasil. Partamona ailyae ocorre nas matas úmidas do sudoeste da Amazônia, região central do Brasil e regiões xéricas do Piauí. A sua grande distribuição, bem como a capacidade de ocupar ambientes tão heterogêneos, despertou nosso interesse em utilizar P. ailyae como modelo de estudo. O objetivo deste trabalho foi analisar o processo de ocupação nos diversos sítios de ocorrência de P. ailyae, a genética de suas populações e o fluxo gênico interpopulacional; adicionalmente, conhecer um pouco da história natural da espécie. Foram realizadas oito expedições, sendo visitadas 41 localidades de 10 estados brasileiros. Dentre estas localidades, em apenas 17 foram encontradas colônias ativas de P. ailyae, sendo coletados espécimes de 75 ninhos. Para identificar as linhagens mitocondriais presentes nas localidades amostradas, cinco regiões gênicas foram utilizadas (COI, CytB, 12S, 16S e COI-COII). Os níveis de polimorfismo estimados neste estudo mostraram COI como a região mais variável (11 haplótipos), seguido de CytB (sete haplótipos). Para os genes ribossomais, apenas algumas amostras foram analisadas, pois foram identificadas poucas diferenças entre as sequências. Todas as 31 amostras analisadas para o gene 12S apresentaram repetição/inserção de cinco bases a partir da posição 25 da sequência, resultado não observado nas demais espécies de Partamona analisadas. Os genes que forneceram maiores informações (COI e CytB) tiveram suas sequências concatenadas (1114pb) e para estas regiões, foram observados 13 haplótipos; destes, dois foram compartilhados e 11 caracterizados como exclusivos de localidades. A AMOVA demonstrou que 94,3% da variação genética é resultado de diferenças interpopulacionais, revelando uma XII elevada diferenciação entre as populações analisadas (ΦST = 0.9426; P = 0,000). Além disso, um indivíduo de cada colônia foi analisado para oito locos microssatélites, delineados para Melipona bicolor e Partamona helleri. As populações apresentaram moderada diferenciação interpopulacional (ΦST = 0,1491; P = 0,000). A análise de agrupamento identificou quatro grupos por meio do ΔK como sendo o modelo ideal, e através do STRUCTURE, foi verificado que todos os indivíduos das respectivas populações têm probabilidade de pertencer a mais de um grupo, corroborando o “Assignment test”, o qual indicou que apenas 50% das amostras foram corretamente identificadas à sua população de origem. Foi realizada análise da segregação fenotípica nas progênies de vários ninhos, revelando uma estrutura familial monogínica/monândrica. Para os dados mitocondriais, o teste de Mantel mostrou uma correlação significativa entre distância genética e distância geográfica (r = 0,2589; P = 0,0231). Já para os dados nucleares, esse teste não indicou correlação significativa entre as distâncias genéticas e geográficas (r = 0,2090; P = 0,0610). Os testes de Fs de Fu e R2 não apresentaram valores significativos. Na análise do Bayesian Skyline Plot (BSP), não foram observadas oscilações marcantes no tamanho efetivo das populações de P. ailyae, indicando estabilidade populacional ao longo do tempo considerado. Os valores do ΦST estimados para genes mitocondriais e para os microssatélites foram comparados, sendo detectadas evidências de dispersão sexo-assimétrica, em que as fêmeas são as responsáveis pela ocupação de áreas, e os machos constituem o sexo dispersor. Além disso, são apresentados alguns aspectos relevantes da história natural de P. ailyae