Biossistematica de especies rupicolas de Pleurothallis (Orchidaceae) ocorrentes em campos rupestres brasileiros : aspectos reprodutivos, geneticos, fitoquimicos, morfologicos e taxonomicos

Foi realizado um estudo biossistemático com um grupo de espécies brasileiras rupícolas de Pleurothallis (Orchidaceae) ocorrentes em campos rupestres, caracterizadas por possuirem folhas aproximadamente cilíndricas, e espécies afins. Foram estudadas no total 24 populações de 16 localidades dos estados de Minas Gerais, Bahia, Pernambuco e Rio de Janeiro, sendo abordado taxonomia, caracterização química de alcalóides, genética de populações utilizando isozimas, biologia floral, sistemas de reprodução, análise morfométrica multivariada e análise filogenética utilizando dados macromoleculares. Foram considerados cinco taxa específicos: Pleurothallis teres Lindl., P. johannensis Barb. Rodr., P. fabiobarrosii Borba & Semir, P. adamantinensis Brade e P. ochreata Lindl. Uma nova espécie, P. fabiobarrosii, foi aqui estabelecida. Pleurothallis johannensis, considerada em trabalhos anteriores como sinônimo de P. rupestris Lindl., foi re-estabelecida, sendo esta última sinonimizada sob P. teres. Pela circunscrição das espécies por nós aqui adotada, a distribuição destas foi determinada como P. johannensis ocorrendo nos campos rupestres do sul de Minas Gerais não pertencentes à Cadeia do Espinhaço, ao longo da Bacia do Rio Grande, P. teres ocorrendo nos campos rupestres do centro e centronorte da Cadeia do Espinhaço em Minas Gerais, e com algumas populações disjuntas em afloramentos de granito do Rio de Janeiro e Espírito Santo, P. adamantinensis e P. fabiobarrosii com respectivamente apenas duas ou três populações conhecidas no centro-norte e norte da Cadeia do Espinhaço em Minas Gerais, P. ochreata com ampla distribuição na região Nordeste, especialmente na Bahia, e apenas uma população ocorrendo na região Sudeste, no norte de Minas Gerais. Resultados dos estudos de isozimas, fitoquímica, análise morfométrica multivariada e biologia floral sustentam esta delimitação das espécies. Baseado em diferenças morfológicas de caracteres vegetativos, diferenças químicas e localização geográfica, foi descrita uma nova subespécie, P. ochreata subsp. cy/indrifolia Borba & Semir, para aquela única população da espécie ocorrente em Minas Gerais. A categoria subespecífica ao invés de específica é reforçada pela ausência de diferenciação em caracteres florais, pela similaridade genética e pelos resultados de biologia reprodutiva das populações de P.ochreata. Flores e folhas de todas as espécies apresentam dois isômeros do alcalóide 1-hidróxi-metil-pirrolizidina, com populações de P. ochreata e P. teres disjuntas da área core de distribuição das espécies constituindo quimiótipos diferenciados por apresentar uma inversão na abundância relativa dos isõmeros em relação às outras populações conspecificas. As cinco espécies são polinizadas por Diptera das famílias Chloropidae e Phoridae, com todas as populações conspecíficas sendo polinizadas pelas mesmas uma ou duas espécies de moscas, apresentando uma inesperada alta especificidade. Flores de P. johannensis e P. fabiobarrosií não possuem néctar e apresentam um mecanismo de engodo do polinizador, sendo polinizadas por fêmeas de Tricimba sp. (Chloropidae) que chegam a ovipor nas flores. Flores das outras três espécies produzem néctar, sendo P. teres e P. ochreata polinizadas por Megaselia spp. (Phoridae) e P. adamantinensis por Hippelates sp. (Chloropidae). Não ocorre sobreposição na distribuição geográfica das espécies atraindo as mesmas espécies de polinizadores, sendo o isolamento reprodutivo mantido principalmente por barreiras pré-polinização, uma vez que todas as espécies são intercompatíveis e florescem em sincronia. Foi observada uma forte correlação entre as três guildas de polinizadores e morfologia floral, com os pares de espécies P. johannensis-P. fabiobarrosii e P. teres-P. ochreata apresentando uma elevada similaridade nos caracteres florais. Porém esta similaridade não é refletida nos caracteres vegetativos, onde diferentes pares de espécies com elevada similaridade são formados, P. teres-P. johannensis e P. fabiobarrosii-P. ochreata. Esta similaridade vegetativa é refletida na similaridade genética baseada em isozimas, e é sugerido que a similaridade floral nestes pares de espécies seja devido a convergência em espécies com mecanismos de polinização similares e que radiação possa ter ocorrido em espécies mais relacionadas devido a atração de diferentes espécies de polinizadores. Resultados de análise filogenética utilizando sequências de ITS de DNA ribossomal nuclear sustentam em parte estas hipóteses, porém a diferenciação entre as espécies é muito baixa para uma análise conclusiva. Estes resultados indicam que caracteres vegetatívos possam ser melhor indicadores de relações filogenéticas do que caracteres florais neste grupo, assim como tem sido observado para outros grupos de orquídeas.Todas as populações estudadas das cinco espécies apresentam uma elevada variabilidade genética baseada em isozimas, com valores próximos ao limite superior encontrado anteriormente para espécies vegetais, apesar de serem polinizadas por espécies de moscas exibindo comportamento que favorece a autopolinização. Porém, estas espécies também apresentam auto-incompatibilidade parcial, característica incomum em Orchidaceae, e elevada depressão endogâmica. ._ sugerido que esta auto-incompatibilidade, associada à depressão endogâmica e barreiras mecânicas à auto-polinização, seja responsável pela manutenção destes elevados valores de variabilidade genética nas populações. Foi observada uma relativamente reduzida diferenciação genética entre populações conspecíficas das quatro espécies de distribuição menos ampla. Estes resultados também são inesperados, levando em consideração que espécies de moscas normalmente voam distâncias curtas, favorecendo o isolamento reprodutivo e consequentemente diferenciação das populações. Apenas uma população de P. teres apresentou uma elevada diferenciação genética em relação às demais populações conspecíficas, ocorrendo disjunta da área core de distribuição da espécie, no estado do Rio de Janeiro, e tendo também se diferenciado quimicamente. Por outro lado, P. ochreata, a espécie de distribuição mais ampla, apresentou uma estruturação genética relativamente elevada. Nenhuma correlação foi observada entre variabilidade genética e variabilidade morfológica e na maneira como estas encontram-se distribuídas entre as populações conspecíficas. Também não foi observada nenhuma correlação entre variabilidade genética nas populações e percentual de frutificação em cruzamentos experimentais e entre similaridade genética e potencialidade de hibridização entre as cinco espéciesWe carried out a biosystematic study within a group of rupicolous Pleurothallis (Orchidaceae) species occurring in the Brazilian campo rupestre vegetation, characterized by having nearJy cylíndrical leaves, and related species. We studied 24 populations from 16 localities ín Minas Gerais, Bahia, Pernambuco and Rio de Janeiro states. This study comprised taxonomy, chemical characterization of alkaloids, population genetics using isozymes, floral biology, mating systems, multivariate morphometric analysis, and phylogenetic analysis using macromolecular data. We considered tive specitic taxa: P. teres Lindl., P. johannensís Barb. Rodr., P. fabíobarrosií Borba & Semir, P. adamantínensís Brade e P. ochreata Lindl. A new species, P. fabíobarrosií, was described here. P/eurothallís johannensís, a species considered formerly as synonymous with P. rupestris Lindl., was considered here as a distinct species, and the later was synonymized with P. teres. According to the species delimitation adopted, their distribution was determined as P. johannensis occurring in the south of Minas Gerais state, along the Grande river basin, in a campo rupestre vegetation that does not belong to the Espinhaço range, P. teres occurrring in the campos rupestres belonging to the Espinhaço range, in the center and center-north of Minas Gerais and with some disjunct populations in Rio de Janeiro and Espírito Santo states, P. adamantinensís and P. fabiobarrosíi, respectively, with two or three populations known in the center-north and north of Espinhaço range in Minas Gerais, P. ochreata presenting a wide distribution in Northeast region, mainly in Bahia state, and only one population known in Southeast region, in the north of Minas Gerais. The results of ísozymes, phytochemistry, morphometry and floral biology support the delimitation proposed here. Based on the morphology of vegetative traits, chemical differentiation and geographical distribution, a new subspecies was described here for the only population of P/eurothallís ochreata occurring in Minas Gerais, P. ochreata subsp. cy/índrifo/ia Borba & Semir. Absence of differentiation in floral characters, the genetic similarity, and the reproductive biology results support the argument for subspecific rather than specific status. Flowers and leaves of ali species present two diasteroisomers of the alkaloid 1-hydroxymethylpyrrolizidine. The populations of P. teres and P. ochreata occurring disjunct of the core area distribution of the species present an inversion of the most abundant isomer in relation to the other conspecific populations, constituting differentiated chemotypes. The tive species are pollinated by Dipteran belonging to the Chloropidae and Phoridae families, with ali conspecitic population being pollinated by the same one or two fly species, presenting an unexpected high speciticity. Flowers of P. johannensis and P. fabiobarrosii do not have nectar, attracting the pollinator by allurement, females of Tricimba sp. (Chloropidae) that lay their eggs in the flowers. Flowers of the other three species present nectar, P. teres and P. ochreata being pollinated by Megaselía spp. (Phoridae) and P. adamantinensís being pollinated Hippelates sp. (Chloropidae). There is no overlap in the distribution of Pleurothallis species that shared pollinators, and hybridization is prevented maínly by pre-pollination barriers as ali of them are potentially interfertile and flower in synchrony. There is strong correlation between the three pollinators guilds and floral morphology, with the pairs of species P. johannensis-P. fabiobarrosii and P. teres-P. ochreata presenting high similarity in floral traits. However, this similarity is not in agreement with vegetative traits, in which different pairs of species with high similarity are formed, P. teres-P. johannensis and P. fabiobarrosi;-P. ochreata. This vegetative similarity is in agreement with genetic similarity based on isozyme data. We suggest that floral similarity in these pairs of species is due to convergence in species presenting similar pollination mechanisms and that radiation may have occurred in closely related species attracting different pollinator species. Results of phylogenetic analysis using DNA sequencing data from IT5 support these hypotheses at some extent, however the low variation observed does not allow a conclusive analysis. These results indicate that vegetative characters may be better indicators of phylogenetic reJationships than floral characters in this group, a conclusion that has been found for other orchid species groups. Ali populations studied of the tive species have a high genetic variability baed on isozymes, presenting values near of the maximum known for plant species, in spite of being pollinated by flies which behavior enables self-pollination. However, these species present partial self-incompatibility, an uncommom trait in Orchidaceae, and high inbreeding depression. We suggest that the partial self-incompatilibility, associated to inbreeding depression and mechanical barriers to self-pollination, is responsible for the maintainance of this high genetic variability in these populations. We found a relatively Jow genetic differentiation in the conspecifíc populations of the four species with smallest geographical distribution. This result is also unexpected, taking in consideration that fIy species usuaJly fIy short distances, enabling reproductive isoJation and consequently population differentiation. Only one population of P. teres presented high genetic differentiation compared to the other conspecific populations, occurring disjunct of the core area of distribution of the species. Conversely, P. ochreata, the species with widest geographical distribution, presented a relatively high genetic structuration. We found no significant correlation between genetic and morphological variability nor in the way this variability is distributed among conspecific populations. We did also find no significant correlation between genetic variability in populations and fruit set in experimental crosses as well as between genetic similarity and crossing potential among the five specie