Diversity and genetic structure in natural populations of Geonoma schottiana Mart (arecaceae): implications for conservation

Diversidade e estrutura genética em populações naturais de Geonoma schottiana Mart (arecaceae): implicações para a conservação

Abstracts

Geonoma schottiana is an underbrush palm which is found in high densities in tropical forests. This species is known for having an asynchronous fruit producing pattern, over all seasons of the year, thus being an important food source for frugivores. This work aims to determine the diversity and spatial genetic structure of two natural populations, referred to as MC I and MC II, of which 60 individuals were sampled, in Poço Bonito Biological Reserve, Lavras, Minas Gerais state. Results of 10 polymorphic isozyme loci indicated a high genetic diversity for the species (Ĥe= 0.428 and Ĥo = 0.570), with an mean number of alleles per locus of 2.0. Estimates of Cockerham's coancestry coefficients indicated an absence of intrapopulation (<img border=0 width=28 height=24 src="../../../../../../img/revistas/cerne/v17n2/a06car02.jpg" > or = -0.343) and interpopulation inbreeding (<img border=0 width=26 height=26 src="../../../../../../img/revistas/cerne/v17n2/a06car01.jpg" > or = -0.161), suggesting that on average populations are not endogamous. A high genetic divergence was found between populations (<img border=0 width=26 height=27 src="../../../../../../img/revistas/cerne/v17n2/a06car03.jpg"> = 13.5%), in comparison to most tropical species (<5%). Consequently, the estimated historical gene flow was low (<img border=0 width=26 height=27 src="../../../../../../img/revistas/cerne/v17n2/a06car04.jpg">m = 0.40). The analysis of spatial distribution of G. schottiana genotypes in MCI revealed a random distribution of genotypes. The high genetic diversity indices found suggest that the populations in question favor in situ genetic conservation, consequently favoring the conservation of riparian environments.

Allozymes; spatial genetic structure; genetic conservation

Geonoma schottiana é uma palmeira de sub-bosque com alta densidade em florestas tropicais. A espécie se destaca pela assincronia na produção de frutos durante todas as estações, sendo uma importante fonte de alimento para animais frugívoros. Objetivou-se, com este trabalho, determinar a diversidade e a estrutura genética espacial de duas populações naturais, MC I e MC II, em que foram amostrados 60 indivíduos, na Reserva Biológica do Poço Bonito, em Lavras, Minas Gerais. Os resultados dos 10 locos isoenzimáticos polimórficos indicaram alta diversidade genética para a espécie (Ĥe = 0,428 e Ĥo = 0,570), com número médio de alelos por loco igual a 2,0. As estimativas dos coeficientes de coancestralidade de Cockerham indicaram ausência de endogamia dentro (<img border=0 width=26 height=25 src="../../../../../../img/revistas/cerne/v17n2/a06car02.jpg" > ou = -0,343) e também para o conjunto das populações (<img border=0 width=25 height=24 src="../../../../../../img/revistas/cerne/v17n2/a06car01.jpg" > ou = -0,161), sugerindo que, em média, as populações não são endogâmicas. Foi encontrada uma alta divergência genética entre populações (<img border=0 width=26 height=24 src="../../../../../../img/revistas/cerne/v17n2/a06car03.jpg"> = 13,5%), quando comparada com p a maioria das espécies tropicais (<5%). Consequentemente, o fluxo gênico histórico estimado foi baixo (<img border=0 width=27 height=25 src="../../../../../../img/revistas/cerne/v17n2/a06car04.jpg">m = 0,40). A análise da distribuição espacial dos genótipos de G. schottiana na MCI revelou que a distribuição dos genótipos é aleatória. Os altos índices de diversidade genética detectados sugerem que as populações estudadas são favoráveis à conservação genética in situ e, consequentemente, dos ambientes ciliares.

Aloenzimas; estrutura genética espacial; conservação genética

Diversity and genetic structure in natural populations of Geonoma schottiana Mart (arecaceae): implications for conservation

Diversidade e estrutura genética em populações naturais de Geonoma schottiana Mart (arecaceae): implicações para a conservação

Mirian de Sousa Silva^I; Fábio de Almeida Vieira^II; Dulcinéia de Carvalho^III

^IForest Engineer, M.Sc. in Forest Science - Departamento de Ciências Florestais - Universidade Federal de Viçosa - 36570-000 - Viçosa, MG, Brasil - [e-mail]

^IIBachelor of Biological Sciences, Professor Ph.D. in. Forest Engineering - Departamento de Agropecuária - Universidade Federal do Rio Grande do Norte - 59072-970 - Natal, RN, Brasil - [e-mail]

^IIIForest Engineer, Professor Ph.D. in. Forest Microbiology - Departamento de Ciências Florestais - Universidade Federal de Lavras - Cx. P. 3037 - 37200-000 - Lavras, MG, Brasil - [e-mail] a.br

ABSTRACT

Geonoma schottiana is an underbrush palm which is found in high densities in tropical forests. This species is known for having an asynchronous fruit producing pattern, over all seasons of the year, thus being an important food source for frugivores. This work aims to determine the diversity and spatial genetic structure of two natural populations, referred to as MC I and MC II, of which 60 individuals were sampled, in Poço Bonito Biological Reserve, Lavras, Minas Gerais state. Results of 10 polymorphic isozyme loci indicated a high genetic diversity for the species (Ĥ_e= 0.428 and Ĥ_o = 0.570), with an mean number of alleles per locus of 2.0. Estimates of Cockerham's coancestry coefficients indicated an absence of intrapopulation (= -0.343) and interpopulation inbreeding (= -0.161), suggesting that on average populations are not endogamous. A high genetic divergence was found between populations ( = 13.5%), in comparison to most tropical species (<5%). Consequently, the estimated historical gene flow was low (m = 0.40). The analysis of spatial distribution of G. schottiana genotypes in MCI revealed a random distribution of genotypes. The high genetic diversity indices found suggest that the populations in question favor in situ genetic conservation, consequently favoring the conservation of riparian environments.

Key words: Allozymes, spatial genetic structure, genetic conservation.

RESUMO

Geonoma schottiana é uma palmeira de sub-bosque com alta densidade em florestas tropicais. A espécie se destaca pela assincronia na produção de frutos durante todas as estações, sendo uma importante fonte de alimento para animais frugívoros. Objetivou-se, com este trabalho, determinar a diversidade e a estrutura genética espacial de duas populações naturais, MC I e MC II, em que foram amostrados 60 indivíduos, na Reserva Biológica do Poço Bonito, em Lavras, Minas Gerais. Os resultados dos 10 locos isoenzimáticos polimórficos indicaram alta diversidade genética para a espécie (Ĥ_e = 0,428 e Ĥ_o = 0,570), com número médio de alelos por loco igual a 2,0. As estimativas dos coeficientes de coancestralidade de Cockerham indicaram ausência de endogamia dentro (= -0,343) e também para o conjunto das populações (= -0,161), sugerindo que, em média, as populações não são endogâmicas. Foi encontrada uma alta divergência genética entre populações ( = 13,5%), quando comparada com p a maioria das espécies tropicais (<5%). Consequentemente, o fluxo gênico histórico estimado foi baixo (m = 0,40). A análise da distribuição espacial dos genótipos de G. schottiana na MCI revelou que a distribuição dos genótipos é aleatória. Os altos índices de diversidade genética detectados sugerem que as populações estudadas são favoráveis à conservação genética in situ e, consequentemente, dos ambientes ciliares.

Palavras-chave: Aloenzimas, estrutura genética espacial, conservação genética.

Full text available only in PDF format.

Texto completo disponível apenas em PDF.

5 ACKNOWLEDGMENTS

The authors wish to thank CNPq for granting the scholarship and financing the research project, and Parque Florestal Quedas do Rio Bonito for making access available to plant populations and for supporting field work.

6 REFERENCES

(received: February 10, 2010; accepted: February 25, 2011)

• ALFENAS, A. C. Eletroforese de isoenzimas e proteínas afins: fundamentos e aplicações em plantas e microrganismos. Viçosa, MG: UFV, 1998. 574 p.
• CAVERS, S.; DEGEN, B.; CARON, H.; LEMES, MR.; MARGIS, R., SALGUEIRO, F.; LOWE, A. J. Optimal sampling strategy for estimation of spatial genetic structure in tree populations. Heredity, Amsterdam, v. 95, n.4, p. 281-289, 2005.
• COCKERHAM, C. C. Variance of gene frequencies. Evolution, Madison, v. 23, n. 1, p. 72-84, 1969.
• CROW, J. F.; AOKI, K. Group selection for polygenic behavioral trait: estimating the degree of population subdivision. Proceedings of the Natural Academy of Sciences of the United States of America, Washington, v. 81, n. 19, p. 6073-6077, 1984.
• DICK, C. W.; ETCHELECU, G.; AUSTERLITZ, F. Pollen dispersal of tropical trees (Dinizia excelsa: Fabaceae) by native insects and African honeybees in pristine and fragmented Amazonian rainforest. Molecular Ecology, New York, v. 12, n. 3, p. 753-764, Mar. 2003.
• DOLIGEZ, A.; JOLY, H. I. Genetic diversity and spatial structure within a natural stand of a tropical forest tree species, Carapa procera (Meliaceae), in French Guiana. Heredity, v. 79, n. 2, p. 72-82, 1997.
• EGUIARTE, L. E.; PEREZ-NASSER, N.; PINERO, D. Genetic structure, outcrossing rate and heterosis in Astrocaryum mexicanum (tropical palm): implications for evolution and conservation. Heredity, Amsterdam, v. 69, p. 217-228, 1992.
• FRANKEL, O. H.; BROWN, A. H. D.; BURDON, J. J. The conservation of plant biodiversity Cambridge: Cambridge University, 1995. 299 p.
• HAMRICK, J. L.; MURAWSKI, D. A.; NASON, J. D. The influence of seed dispersal mechanisms on the genetic structure of tropical tree populations. Vegetatio, The Hague, v. 108, n. 6, p. 281-297, 1993.
• HARDY, O.; VEKEMANS, X. SPAGeDi 1.2: a versatile computer program to analyse spatial genetic structure at the individual or population levels. Molecular Ecology Notes, Davis, v. 2, p. 618-620, 2002.
• HENDERSON, A.; GALEANO, G.; BERNAL, R. Field guide to the palms of the Americas New Jersey: Princeton University, 1995. 352 p.
• LEWIS, P. O.; ZAYKIN, D. Genetic data analysis: computer program for the analysis of allelic data. Version 1. 0 (d15). Disponível em: <http://alleyn.eeb.uconn.edu/gda/2000>. Acesso em: 10 ago. 2006.
• LOISELLE, B. A.; SORK, V. L.; NASON, J.; GRAHAM, C. Spatial genetic structure of a tropical understory shrub, Psychotria officinalis (Rubiaceae). American Journal of Botany, Madison, v. 82, p. 1420-1425, 1995.
• OLIVEIRA-FILHO, A. T.; FLUMINHAN FILHO, M. Ecologia da vegetação do Parque Florestal Quedas do Rio Bonito. Cerne, Lavras, v. 5, n. 2, p. 51-64, 1999.
• OLIVEIRA-FILHO, A. T.; MACHADO, J. N. M. Composição florística de uma floresta semidecídua montana, na Serra de São José, Tiradentes, Minas Gerais. Acta Botanica Brasílica, Porto Alegre, v. 7, n. 2, p. 71-88, 1993.
• PINTO, S. I. C.; SOUZA, A. M.; CARVALHO, D. Variabilidade genética por isoenzimas em populações de Copaifera langsdorffii Desf. em dois fragmentos de mata ciliar. Scientia Forestalis, Piracicaba, n. 65, p. 40-48, jun. 2004.
• REIS, M. S. Dinâmica da movimentação dos alelos: subsídios para conservação e manejo de populações naturais em plantas. Brazilian Journal of Genetics, Ribeirão Preto, v. 19, n. 4, p. 37-47, 1996.
• SAMPAIO, B. M.; SCARIOT, A. Growth and reproduction of the understory palm Geonoma schottina Mart. in the gallery forest in Central Brazil. Revista Brasileira de Botânica, São Paulo, v. 31, n. 3, p. 433-442, 2008.
• SILVA, M. S.; VIEIRA, F. A.; CARVALHO, D. Biometria dos frutos e divergência genética em uma população de Geonoma schottiana Mart. Revista Brasileira de Biociências, São Paulo, v. 5, n. 1, p. 582-584, jul. 2007. Suplemento.
• SLATKIN, M.; BARTON, N. H. A comparison of three indirect methods for estimating average levels of gene flow. Evolution, Amsterdam, v. 43, n. 7, p. 1349-1368, 1989.
• SMOUSE, P. E.; SORK, V. L. Measuring pollen flow in forest trees: an exposition of alternative approaches. Forest Ecology and Management, Amsterdam, v. 197, n. 1/3, p. 21-38, 2004.
• SWOFFORD, D. L.; SELANDER, R. B. Biosys-2, a computer program for the analysis of allelic variation in population genetics and biochemical systematics Urbana: University of Illinois, 1997.
• TEWKSBURY, J. J.; LEVEY, D. J.; HADDAD, N. M.; SARGENT, S.; ORRROCK, J. L.; WELDON, A.; DANIELSON, B. J.; BRINKERHOFF, J.; DAMSCHEN, E. I.; TOWNSEND, P. Corridors affect plants, animals, and their interactions in fragmented landscapes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Orlando, v. 99, n. 20, p. 12923-12926, 2002.
• VELOSO, H. P.; RANGEL FILHO, A. L. R.; LIMA, J. C. A. Classificação da vegetação brasileira adaptada a um sistema universal Rio de Janeiro: Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, 1991. 123 p.
• VIEIRA, F. A.; CARVALHO, D. Genetic structure of an insect-pollinated and bird-dispersed tropical tree in vegetation fragments and corridors: implications for conservation. Biodiversity and Conservation, Essex, v. 17, p. 2305-2321, 2008.
• VIEIRA, F. A.; CARVALHO, D.; HIGUCHI, P.; MACHADO, E. L. M.; SANTOS, R. M. Spatial pattern and fine-scale genetic structure indicating recent colonization of the palm Euterpe edulis in a Brazilian Atlantic forest fragment. Biochemical Genetics, New York, v. 48, p. 96-103, 2010.
• WRIGHT, S. The genetical structure of populations. Annals of Eugenic, New York, v. 15, p. 395-420, 1951.
• YOUNG, A. G.; BOYLE, T. J. Forest fragmentation. In: YOUNG, A.; BOSHIER, D.; BOYLE, T. Forest conservation genetics Melbourne: CSIRO, 2000. p.123-135.

Publication Dates

• Publication in this collection
  22 Sept 2014
• Date of issue
  June 2011

History

• Received
  10 Feb 2010
• Accepted
  25 Feb 2011