ESTRUTURA GENÉTICA INTERNA EM UMA POPULAÇÃO DE PAU- TERRA NA ESTAÇÃO ECOLÓGICA DE ITIRAPINA, SP.

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1 ESTRUTURA GENÉTICA INTERNA EM UMA POPULAÇÃO DE PAU- TERRA NA ESTAÇÃO ECOLÓGICA DE ITIRAPINA, SP. Pedro Eduardo Barbieri Salustio 1 ; Roberto Tarazi 1 ; Guilherme Moro 1 ; Gabriela Rocha Defavari 1 ; Flávio Bertin Gandara 1 ; Paulo Yoshio Kageyama 1 ( 1 Laboratório de Reprodução e Genética de Espécie Arbóreas da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz da Universidade de São Paulo, Av.: Pádua Dias, 11 CP 9 Piracicaba-SP pedrotirole@hotmail.com) Termos para indexação: Qualea grandiflora, diversidade genética, alozimas, conservação, coancestria. Introdução O Cerrado é o segundo maior bioma do país, ocupando originalmente cerca de 25% do território brasileiro, o equivalente a 204 milhões de hectares. Ocorre predominantemente em regiões de clima estacional, solos ácidos, e pobres em nutrientes, caracterizando-se por apresentar fisionomias variáveis (campo, campo cerrado, cerrado e cerradão) (Haridasan, 2000). Apesar de ser considerado um hotspot, rico em biodiversidade e endemismo, este ecossistema está ameaçado por atividades antrópicas (Machado et al., 2004). No Brasil o desmatamento do cerrado chega a três milhões de hectares/ano (Machado et al, 2004). No Estado de São Paulo a realidade é alarmante, pois a área original das diferentes fisionomias do cerrado foi quase totalmente substituída por atividades agrícolas, representando apenas 0,86% de área original (Instituto Florestal, 2005). O desmatamento tem levado à perda de biodiversidade e a alteração na dinâmica de população de muitas espécies, ocasionando perdas na diversidade genética, deriva genética, restrição de fluxo de gênico, aumento de endogamia, isolamento geográfico e aumento na divergência genética entre as populações (Seoane et al. 2001). A deriva genética aliada à endogamia pode conduzir à fixação de alelos deletérios, acelerando o processo de extinção de populações naturais presentes neste hábitat (Vencovsky, 1987; Zucchi et al., 2003). Assim, a proteção e o conhecimento da diversidade genética de espécies são importantes em programas de conservação "in situ e ex situ que visam manter

2 em longo prazo a viabilidade evolutiva das espécies, além de auxiliar no manejo sustentável e melhoramento genético. A técnica de eletroforese de isoenzimas tem sido empregada nos estudos genéticos populacionais, gerando informações a serem utilizadas em estratégias de manejo e conservação das mesmas (Reis, 1996; Pinto, 2004) Buscando atender aos critérios de seleção de espécies prioritárias para a conservação genética proposto por Namkoong (2000), a espécie Qualea grandiflora foi selecionada como espécies-alvo para a realização deste estudo. Neste sentido, o presente trabalho visa com auxílio de marcadores alozímicos subsidiar programas de conservação para Q. grandiflora, espécie arbórea característica de cerrado. O pau-terra (Q. grandiflora) pertencente à família Vochysiaceae. Ocorre nas regiões Norte, Nortes, Centro-Oeste e Sudeste do Brasil. Planta hermafrodita, tem hábito arbóreoarbustivo medindo até 30 metros. A polinização é realizada por mariposas e dispersão anemocórica. Q. grandiflora apresenta potencial madeireiro, medicinal e pode ser empregado na restauração (Lorenzi,1992; Almeida et al., 1998). Apesar de sua grande relevância, ainda não há estudos de caracterização genética em Q. grandiflora. Então, para subsidiar um programa de conservação para Q. grandiflora, são necessários estudos sobre estrutura demográfica, diversidade genética e estrutura genética espacial intrapopulacional. Material e Métodos O local escolhido para estudo foi uma parcela de 55ha inserido na Estação Ecológica de Itirapina (EEI), Itirapina, SP. A EEI apresenta uma área de hectares, sendo cerca de ha de vegetação natural de cerrado composta por diversas fisionomias, além de banhados e mata ciliares ao longo dos cursos d água (Instituto Florestal, 2005). Para obtenção de dados de estrutura demográfica da população, todos os indivíduos de Q. grandiflora, supostamente reprodutivos e com CAB (circunferência na altura da base) maior ou igual a 22cm, foram mapeados com auxílio de um aparelho GPS (Garmin GPSMap 76S) e tiveram sua CAB medidos com uma fita métrica. Posteriormente foi utilizado o

3 programa computacional Spatial Genetic Software (Degen, 2003) para a obtenção do índice de dispersão de Clark e Evans (1954). Para caracterização da diversidade genética e estrutura genética interna de Q. grandiflora, foram utilizados marcadores alozímicos, revelados a partir de eletroforese em gel de amido (Alfenas et al., 1991). As estimativas das freqüências alélicas juntamente com a percentagem de locos polimórficos (P), do número de alelos por loco (A), das heterozigosidades médias observada (H o ) e esperada (H e ) e dos índices de fixação ( fˆ ), foram realizadas empregando-se o programa GDA (Lewis e Zaykin, 2001). O valor de fˆ (Cockerham, 1969) foi estimado utilizando o programa computacional GDA (Lewis e Zaykin, 2001). Para este estimador foi realizado o procedimento de reamostragens do tipo bootstrap sobre os locos para obter os intervalos de confiança ao nível de 5% de probabilidade. Foram estimados os tamanhos efetivos populacionais ( Nˆ e ) para adultos com base em Crossa e Vencovsky (1999). A área mínima viável (AMV) para conservação genética in situ foi estimada em função do tamanho efetivo de referência (N e(ref) =1000), proposto por Lynch (1996), da relação entre tamanho efetivo e o tamanho amostral ( Nˆ e / n ) e da densidade de indivíduos por hectare (d) na população alvo da conservação. O coeficiente de coancestria recente ( θ xy ) entre pares de árvores foi estimado para 10 classes de distância iguais de 70 metros, utilizando-se o estimador proposto por Loiselle et al. (1995). O intervalo de confiança a 95% de probabilidade do coeficiente médio de coancestria estimado para cada classe de distância foi construído com base o erro padrão da média das estimativas, obtido por reamostragens tipo bootstrapping. O coeficiente de coancestria e o erro padrão foi estimado usando o programa SPAGeDi versão 1.1 (Hardy e Vekemans, 2003). Resultados e Discussão

4 A densidade média, na parcela de 55ha, foi de 1,11 indivíduos adultos por hectare, valor muito baixo se comparado com as densidade de 16 indivíduos jovens e adultos de Q. grandiflora por hectare, obtidas respectivamente por Durigan et al. (2002) Segundo o índice de dispersão (R=0,638, p=0,01), os indivíduos de Q. grandiflora apresentam distribuição espacial tendendo à agregação, similar ao encontrado por Durigan et al.( 2002). A alta agregação dos indivíduos da comunidade como um todo e das populações de algumas espécies está, provavelmente, associada ao modo de regeneração dos indivíduos, após incêndios ou corte (Durigan et al. 2002). Dos 21 sistemas enzimáticos testados, cinco foram selecionados. Foram encontrados apenas seis locos, dos quais dois são monomórficos e quatro são polimórficos. A pouca quantidade sistemas enzimáticos obtidos e conseqüentemente locos, deve-se ao fato a grande quantidade de alumínio e fenóis presentes nas folhas como relatado por Paulilo (1991). O valor de P (%), para a população estudada, foi igual a 66,7%. O número médio de alelos por loco (A) foi de 2,167 alelos por loco. Os valores de H o e H e médios foram 0,232 e 0,329, respectivamente, indicando que há mais homozigotos na população do que o esperado pelo equilíbrio Hardy-Weinberg. O valor de fˆ médio igual a 0,299 significativo, indicando uma alta endogamia na população. O alto valor de fˆ e a baixa heterozigosidade observada indicam uma variabilidade restrita e sugerem um fluxo gênico reduzido com predominância de autocruzamentos ou cruzamentos entre indivíduos aparentados. Assim, supõem-se com base nos dados, um excesso de homozigotos e a uma possível existência de estrutura. A hipótese de uma possível propagação vegetativa não pode ser aceita, pois não foi encontrado nenhum clone na população. Os 61 indivíduos amostrados correspondem a um tamanho efetivo populacional de 47 indivíduos, o fato de Nˆ e ser menor do que N está associado ao alto valor de fˆ. A área mínima viável para a conservação de Q. grandiflora para a população estudada foi de 1196,31ha. Portanto a área da EEI apresenta-se adequada, para manter o potencial evolutivo da população de Q. grandiflora.

5 A análise da estrutura genética interna (EGI) revelou um valor alto e significativo de coancestria recente ( θ xy =0,15) na população até 140m. Os dados de EGI obtidos para a população estão coerentes com a endogamia registrada (0,299). Sendo a Q. grandiflora uma espécie polinizada por mariposas que voa a médias e longas distâncias e cuja síndrome de dispersão anemocórica, supõe-se que a dispersão limitada, associada a fatores edafoclimático restritivos esteja causando a estruturação. Segundo Heywood (1991) e Epperson (1993) a heterogeneidade ambiental pode influenciar a composição da estrutura genética. Conclusões Os baixos níveis médios de diversidade genética indicam que a espécie apresenta um fluxo gênico restrito, com alta taxa de endogamia e cruzamentos entre indivíduos aparentados. Neste caso, com uma baixa densidade populacional e alta endogamia há necessidade de conservar grandes áreas para manter uma população mínima viável in situ. A população encontra-se estruturada, essa restrição pode ser causada pela à dispersão restrita das sementes associada à restrição edáfica. Devido a esta estruturação, para coleta de sementes para conservação ex situ há necessidade de coletar sementes de indivíduos com no mínimo de 140m de distância. Referências bibliográficas ALFENAS, A.C.; PETERS, I.; BRUNE, W.; PASSADOR, G.C. Eletroforese de proteínas e isoenzimas de fungos e essências florestais. Viçosa, UFV, p. ALMEIDA, S.P.; PROENÇA, C. E. B.; SANO, S.M.; RIBEIRO, J.F. CERRADO: espécies vegetais úteis. p Embrapa Cerrados. Brasília, DF CLARK, P.; EVANS, F Distance to nearest neighbor as a measure of spatial relationships in populations. Ecology 35: COCKERHAM, C.C. Variance of gene frequencies. Evolution, n. 23, p.72-84, 1969 CROSSA, J.; VENCOVSKY, R. Sample size and variance effective population size for genetic resources conservation. Plant Genetic Resources Newsletter 119, p.15-25, 1999.

6 DEGEN, B. Spatial genetic software (SGS): version 1.0d. Silvolab Guyane. Cedex: INRA Station de Researches Forestières, DURIGAN G.; NISHIKAWA, D.L.L.; ROCHA E.; SILVEIRA E.R.; PULITANO F.M.; REGALADO L.B.; CARVALHES M.A.; PARANAGUÁ P.A.; RANIERI V.E.L. Caracterização de dois estratos da vegetação em uma área de cerrado no município de Brotas, SP, Brasil. Acta bot. bras. 16(3): , EPPERSON, B.K. Recent advances in correlation studies of spatial partterns of genetic variations. Evolutionary Biology , HARDY. O.; VEKEMANS, X. SPAGeDI 1.1. A program for spatial pattern analysis of genetic diversity. Version for Windows HEYWOOD, J.S., Spatial analysis of genetic variation on plant populations. Annual Review of Ecology and Systematic 22: HARIDASAN, M. Nutrição mineral de plantas nativas do cerrado. Revista Brasileira de FisiologiaVegetal. 12: HEYWOOD, J.S. Spatial analysis of genetic variation on plant populations. Annual Review of Ecology and Systematic 22: INSTITUTO FLORESTAL. Inventário Florestal da Vegetação Natural do Estado de São Paulo. Governo do Estado de São Paulo. Secretaria do Meio Ambiente. 200p LEWIS, P.O.; ZAYKIN, D. Genetic Data Analysis: Computer program for the analysis of allelic data. Version 1.0 (d16c). Free program distributed by the authors over the internet from 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, v.82, n.11, p LORENZI, H. Árvores brasileiras: manual de identificação e cultivo de plantas arbóreas nativas do Brasil. Nova Odessa: Plantarum, p.

7 LYNCH, M. A quantitative-genetic perspective on conservation issues. In: J. Avise, J.; Hamrick, J. (Eds.) Conservation Genetics: Case Histories from Nature. Chapman and Hall, New York, p MACHADO, R.B.; RAMOS NETO, M.B.; PEREIRA, P.G.P.; CALDAS, E.F.; GONÇALVES, D.A.; SANTOS, N.S.; TABOR, K.; STEININGER, E M. Estimativas de perda da área do Cerrado Brasileiro. Relatório técnico não publicado. Conservação Internacional, Brasília, DF NAMKOONG, G. Decision making strategies for conservation and use of forest genetic resources. In: Internacional conference of science and technology for managing plant genetic diversity in the 21 century. Paper: Rome, Palm oil resource institute of Malaysia (PORIM) e IPGRI, 16p PAULILO, M.T.S. Q. grandiflora Mart. Crescimento inicial e crescimento foliar em árvores Tese de Doutorado apresentada a UNICAMP, Campinas/SP. PINTO, S.I.C.; SOUZA, A.M.; CARVALHO, D. Variabilidade genética por isoenzimas em populacões de Copaifera langsdorfii Desf. Em dois fragmentos de mata ciliar. SCIENTIA FLORESTALIS, n.65, p-40-48, junho de REIS, M.S. Distribuição da dinâmica da variabilidade genética em populações naturais de palmiteiro (Euterpe edulis Martus ). Piracicaba. (Tese- Doutorado) ESALQ/USP, 210p, SEOANE, C.E.C; SEBBENN, A.M.; KAGEYAMA, P.Y. Sistema reprodutivo em populações de Esenbeckia leiocarpa. Revista do Instituto Florestal, v.13, n.1, p.19-26, VENCOVSKY, R. Tamanho efetivo populacional na coleta e preservação de germoplasmas de espécies alógamas. IPEF / Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais, Piracicaba, n.35, p.79-84, ZUCCHI, M.A.; BRONDANI, R.P.V.; PINHEIRO, J.B.; CHAVES, L.J.; COELHO, A.S.G.; VENCOVSKY, R. Genetic structure and gene flow in Eugenia dysenterica DC in the Brazilian Cerrado utilizing SSR markers. Genetics and Molecular Biology, Ribeirão Preto, v.26, n.4, p