ESTRUTURA E DIVERSIDADE GENÉTICA DE POPULAÇÕES NATURAIS A PARTIR DE DADOS SIMULADOS

Transcrição

1 ESTRUTURA E DIVERSIDADE GENÉTICA DE POPULAÇÕES NATURAIS A PARTIR DE DADOS SIMULADOS Laiana dos Santos Trindade (1) ; Karolina Oliveira Rocha Montenegro (2) Roberta Lima de Paula (3) ; Taline Borges Ribeiro (4) ; Ricardo Franco Cunha Moreira (5) (1) Estudante de graduação de Engenharia Florestal do Recôncavo da Bahia; lay.trindade@live.com; (2) Estudante de graduação de Engenharia Florestal do Recôncavo da Bahia; karolrmontenegro@gmail.com; (3) Estudante de graduação de Engenharia Florestal do Recôncavo da Bahia; robertadipaula@hotmail.com; (4) Estudante de graduação de Engenharia Florestal do Recôncavo da Bahia; tally_borges@hotmail.com; (5) Professor do Departamento de Ciências Agrárias, Biológicas e Ambientais da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia; ricardofcm@ufrb.edu.br. RESUMO Os parâmetros genéticos baseados em marcadores moleculares para diagnóstico estrutural de populações florestais são eficientes para se alcançar objetivos diversos, o mais utilizado é a conservação de espécies. Deste modo, o objetivo deste estudo foi analisar a diversidade e a estrutura genética de seis populações naturais a partir de dados simulados do tipo microssatélites. Os dados foram simulados pelo programa Genes. Com auxílio do software Popgene, foi realizada análise de parâmetros populacionais. A distribuição da diversidade genética entre e dentro das populações foi obtida pela AMOVA molecular, com o uso do programa Arlequin. Para avaliar graficamente a relação genética entre as populações foi construído um dendrograma através do método UPGMA, gerado pelo programa Mega 7. Por meio da AMOVA foi encontrada uma maior variação genética dentro das populações (64,16%), sendo que entre populações foi de 34,66%. As populações 1, 4 e 5 apresentaram cerca de 97,06% de loci polimórficos e o mesmo número de alelos observados, enquanto as populações 2, 3 e 6 apresentaram 100% de loci polimórficos. O índice de Shannon variou de 0,4410 a 0,5352. O Nm foi de 0,5607, mostrando um isolamento genético. A distância genética de Nei, variou entre 0,2348 e 0,3784. De acordo com o dendrograma, a população 1 mostrou-se completamente diferente das demais populações formando um grupo exclusivo. Palavras-chave: Fluxo gênico; marcadores moleculares; parâmetros genéticos. ABSTRACT The genetic parameters based on molecular markers for the structural diagnosis of forest populations are efficient to reach diverse objectives, the most used is the conservation of species. Thus, the objective of this study was to analyze the diversity and genetic structure of six natural populations from simulated microsatellite data. The data were simulated by the Genes program. With the assistance of the Popgene software, analysis was performed of population parameters. The distribution of genetic diversity among and within populations was obtained by molecular AMOVA, using the Arlequin program. To assess graphically the genetic relationship between populations was constructed a dendrogram using the UPGMA method, generated by the Mega 7 program. Through AMOVA a greater genetic variation was found within the populations (64,16%), and among populations was 34,66%. Populations 1, 4 and 5 showed approximately 97,06% of polymorphic loci and the same number of alleles observed, while populations 2, 3 and 6 showed 100% polymorphic loci. The Shannon index ranged from 0,4410 to 0,5352. The Nm was ,

2 showing genetic isolation. The genetic distance of Nei ranged from 0,2348 to 0,3784. According to the dendrogram, population 1 showed to be completely different from the other populations forming an exclusive group. Keywords: Genetic variability; diversity; molecular markers. INTRODUÇÃO Ao longo das últimas décadas, os ecossistemas vêm passando por um grande processo de degradação que tem levado a apresentar diversos níveis de fragmentação, resultante do aumento da densidade demográfica e à ampliação da atividade agrícola. Como consequência disto, se torna mais visível a formação de ilhas de vegetação remanescente cada vez mais isoladas, o que ameaça significativamente o equilíbrio populacional das espécies, alterando processos ecológicos e genéticos das populações nativas. A fragmentação resulta um efeito direto na biodiversidade, além de causar uma redução desregrada de áreas ecologicamente particulares, também é responsável pela diminuição da variabilidade genética tanto intra, quanto interpopulacional, causando assim um alto índice de endogamia, o que afeta gravemente a variabilidade genética das espécies, reduzindo sua capacidade adaptativa às oscilações ambientais (YOUNG e BOYLE, 2000). Diante disso, os parâmetros genéticos baseados em marcadores moleculares para diagnóstico estrutural de populações florestais são eficientes para se alcançar objetivos diversos, sendo o mais usual a conservação de espécies. Com esse propósito, os parâmetros são fundamentais para indicar os melhores procedimentos de conservação, seja em caráter ex situ ou in situ, conforme os variados sinais de variabilidade apresentados pelas populações. Deste modo, o objetivo deste estudo foi analisar a diversidade e a estrutura genética de seis populações naturais a partir de dados simulados do tipo microssatélites. MATERIAL E MÉTODOS Material genético Seis populações, com 210 indivíduos cada uma, foram simuladas em uma espécie diploide, contendo 144 locos de natureza codominante, totalizando 1260 indivíduos. A simulação foi feita pelo programa Genes (Cruz, 2013). Análise dos dados Com o auxílio do software Popgene 1.32 (YEH et al., 1999), foi realizada análise de diversidade gênica das populações. Foram estimados o número médio de alelos por loco (Na), número médio de alelos efetivos por loco (Ne), diversidade gênica de Nei (1977), He, número e porcentagem de loci polimórficos (P) e índice de Shannon (I) para cada população, além desses parâmetros, também foram analisadas a diversidade total da população (Ht), diversidade alélica (Hs), diversidade gênica entre populações (Gst) e fluxo gênico (Nm). A distribuição da diversidade genética entre e dentro das populações foi obtida por análise de variância molecular hierárquica AMOVA usando o programa Arlequim 3.01 (EXCOFFIER et al., 2006). Para avaliar graficamente a relação genética entre as populações foi construído um dendrograma através do método UPGMA com base nas distâncias genéticas de Nei (1977) entre populações, gerado pelo programa Mega 7 (Tamura et al. 2007). O padrão de variação espacial das populações foi analisado usando a estimativa do coeficiente de correlação entre a matriz de distância de Nei (1978) e a matriz de distâncias geográficas entre as populações estudadas.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise de variância molecular hierárquica (AMOVA) revelou que houve uma maior variação genética dentro das populações 64,16%, enquanto entre as populações foi de 34,66% e entre e dentro as populações foi de 1,18%. No geral, espécies arbóreas possuem maior variação genética dentro do que entre populações (ZIMBACK et al., 2004), devendo considerar o sistema de reprodução da espécie, agentes polinizadores e dispersores de sementes, dentre outros. Tabela 1 Análise de Variância Molecular em populações simuladas. Soma de Componente % de p- Fonte de variação G. L. quadrados de variação variação valor Entre populações , ,07 34,66 <0,001 Entre indivíduos dentro das populações , ,40 1,18 <0,001 Dentro das populações , ,00 64,16 <0,001 Total , ,47 Na Tabela 2 observa-se que as populações 1, 4 e 5 apresentaram 97,06 % de loci polimórficos e o mesmo número de alelos observados, enquanto as populações 2, 3 e 6 apresentaram 100% de loci polimórficos e a mesma quantidade de alelos observados. Enquanto o número de alelos efetivos variou entre 1,4756 a 1,6585. A heterozigosidade esperada nas populações variou de 0,2884 a 0,3678, enquanto o índice de Shannon (I) apresentou valores entre 0,4410 à 0,5352. Estes valores podem ser considerados moderados já que os índices variam de 0 a 1, sendo 0 considerado diversidade gênica nula e 1 diversidade gênica máxima (GIUSTINA, 2014). Tabela 2 Diversidade genética de dentro de populações simuladas. População Na Ne He I Nº de loci Loci polimórficos polimórficos (%) Pop.1 1,9706 1,5321 0,3247 0, ,06 Pop.2 2,0000 1,5248 0,3173 0, ,00 Pop.3 2,0000 1,5693 0,3284 0, ,00 Pop.4 1,9706 1,4756 0,2884 0, ,06 Pop.5 1,9706 1,6585 0,3678 0, ,06 Pop.6 2,0000 1,6140 0,3426 0, ,00 Na = número de alelos observados; Ne = número de alelos efetivos; H = índices de Nei; I = índices de Shannon. As estatísticas de G (Nei 1987) encontram-se na Tabela 3. Observa-se que a diversidade gênica total Dit, que é essencialmente a heterozigosidade esperada, foi de 0,17534, e o coeficiente de diferenciação gênica Dst foi de 0,17501, permitindo afirmar a existência de maior variabilidade ocorrendo dentro das populações do que entre as mesmas. O Nm (fluxo gênico) foi de 0,5607, como é menor que 1 mostra um isolamento genético. O baixo valor obtido no presente estudo mostra que está ocorrendo um isolamento genético provavelmente causado por alguma interferência podendo ser antrópica levando a uma deriva genética, com redução da variabilidade e consequente estruturação das populações indicando a necessidade de se iniciar o estabelecimento de estratégias de conservação da espécie. Tabela 3 Estimativa de diversidade genética e estatística de G em populações simuladas. Dit Dst Nm População total 0, , ,5607 D t = heterozigosidade total; D st = diversidade gênica entre as populações; N m = Fluxo gênico.

4 A distância genética de Nei, como demostrado na Tabela 4, variou entre 0,2348 e 0,3784, sendo o menor valor encontrado entre os pares de populações 2 e 6 e o maior entre as populações 4 e 6. Estes resultados podem estar relacionados com as distâncias geográficas entre as populações. Tabela 4 Distância genética de Nei em populações simuladas. População **** 2 0,3382 **** 3 0,2717 0,2983 **** 4 0,3686 0,3082 0,2407 **** 5 0,3310 0,2878 0,2461 0,3750 **** 6 0,2890 0, ,2963 0, ,2580 **** + ; ++ Valores mínimos e máximos encontrados, respectivamente. Com base na análise de agrupamento (Figura 1), a população 1 mostrou-se completamente diferente das demais populações formando um grupo exclusivo. Com exceção desta população, a análise identificou dois subgrupos principais, cujas composições mostram que não há relação clara entre distância genética. O primeiro subgrupo agregou a população amostrada na Pop. 2 e Pop. 6, juntamente com a Pop. 5. O segundo subgrupo com populações 3 e 4. Figura 1 Dendrograma referente ao índice de Nei com o agrupamento UPGMA das populações simuladas. CONCLUSÕES As populações apresentam variabilidade genética, com certa tendência à diferenciação entre as populações. Os resultados sugerem que apesar de variabilidade observada, a intervenção antrópica no ambiente pode levar a perda rápida de diversidade e estruturação genética. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CRUZ, C.D. GENES - a software package for analysis in experimental statistics and quantitative genetics. Acta Scientiarum, v.35, n.3, p , 2013.

5 EXCOFFIER, L. et al. ARLEQUIN: an integrated software package for population genetics data analysis. Bern: University of Bern, Zoological Institute, Version 3.01 GIUSTINA, L. D. et al. Population structure and genetic diversity in natural populations of Theobroma speciosum Willd. Ex Spreng (Malvaceae). Genetics and molecular Research, v.13, n.5, p.47-53, LOVELESS, M. D.; HAMRICK, J. L. Ecological determinants of genetic structure in plant population. Annual review of ecology and systematic, v.15, p.65-95, NEI, M. F-statistics and analysis of gene diversity in subdivided populations. Annals of Human Genetics. v. 41, NEI, M. Estimation of average heterozygosity and gentic distance from a small number of individuals. Genetics, v.87, p , TAMURA, K.; DUDLEY, J.; NEI, M.; KUMAR, S. MEGA: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) Software Version 7. Molecular Biology and Evolution, v.24, p , YEH, F.C. et al. POPGENE. Microsoft Windows-based freeware for population genetic analysis. Release Edmonton: University of Alberta, p. YOUNG, A.G.; BOSHIER, D.; BOYLE, T. Forest conservation genetics. Melbourne: CSIRO Publishing, p. YOUNG, A. G.; BOYLE, T. J. Forest fragmentation. In: YOUNG, A.; BOSHIER, D.; BOYLE, T. Forest conservation genetics. Melbourne: CSIRO Publishing, P ZIMBACK, L.; MORI, E.S.; KAGEYAMA, P.Y.; VEIGA, R.F.A.; MELLO JÚNIOR, J.R.S. Estrutura genética de populações de Trichilia pallida Swartz (Meliaceae) por marcadores RAPD. Scientia Forestalis, Piracicaba, n.65, p , 2004.