Genetic diversity and conservation of Herbertia zebrina deble (Tigridieae: Iridoidea: Iridaceae), an endemic species of south american grasslands

Abstract

Frente à intensa perda de habitats naturais em decorrência do uso da terra, faz-se necessário o conhecimento prévio sobre a biologia de populações das espécies para a realização de manejo adequado e criação de estratégias de conservação. Neste sentido a avaliação de diferentes aspectos que possam auxiliar na sobrevivência da espécie e manter bons níveis de recrutamento populacional são essenciais para evitar extinções. Ao longo desta tese de doutorado uma avaliação de aspectos ecológicos e moleculares foi realizada, utilizando como modelo de estudo a espécie Herbertia zebrina até então considerada endêmica das pastagens naturais do Sul do Brasil. Durante dois anos consecutivos a distribuição espacial da espécie foi estimada e populações mapeadas. Parcelas permanentes de estudos para avaliação de características fenotípicas atreladas à espécie e sua reprodução foram realizadas. A germinalibilidade de iii sementes também foi avaliada e identificado que a espécie estudada necessita de um tempo maior para iniciar a germinação quando comparado a outras espécies do gênero. Os resultados gerados foram utilizados para reavaliar o status de conservação da espécie e as implicações destes dados na preservação da mesma foram discutidos. Quinze loci de microssatélites (SSR) foram desenvolvidos para avaliação da diversidade genética e estrutura populacional da espécie de estudo (destes doze foram considerados polimórficos e três monomórficos). Estes marcadores moleculares também apresentaram boa transferabilidade para espécies relacionadas do gênero e por isso podem ser considerados uma ferramenta eficiente na realização de estimativas de diversidade molecular no gênero Herbertia. Finalmente, utilizando os marcadores microssatélites encontrados foi obtida estimativas de diversidade genética e estrutura populacional da espécie. Os resultados sugerem que as populações de Herbertia zebrina estão bem estruturadas e divididas em três grupos que compartilham genes. Polinizadores foram identificados e apresentaram baixas taxas de migrantes entre populações. Estes baixos valores de migração foram atribuídos à perda de habitats e a dificuldade destes polinizadores de se deslocarem devido à fragmentação de habitats. Esta tese de doutorado fornece novos dados sobre a biologia de populações desta espécie das pastagens naturais da América do Sul. Além disso, produziu importantes informações para o manejo das populações remanescentes da espécie estuda. A tese também serve como modelo para estudos de biologia de populações ressaltando a importância de abordagens interdisciplinares dentro de estudos de populações para uma melhor compreensão dos processos atrelados a sobrevivência de espécies.

In times of fast losses of natural habitats and detrimental changes in land use, it is increasingly necessary to understand the population biology of endangered plant species in order to carry out proper management and adequate conservation strategies. In particular, the evaluation of key aspects of genetic diversity and population recruitment are essential to avoid extinctions. This Ph.D. thesis evaluates ecological and molecular aspects using the geophyte Herbertia zebrina, an endemic species from the natural grasslands of Southern Brazil. During two consecutive years, the spatial distribution of the species was identified and population dynamics recorded. Permanent study plots were used for evaluation of reproductive traits in three representative populations. Germinability of seeds was also evaluated and it was identified that the species needs a longer time to start the germination process when compared to congeners. The results were used to reassess the conservation status of the species, and the implications of the results for future conservation are discussed. Fifteen microsatellites markers (SSR) were developed to evaluate the genetic diversity and population structure of the study species (twelve were polymorphic and three monomorphic). These markers also showed good cross-amplification for related species of the genus. Therefore, these microsatellites can be considered an efficient tool in the accomplishment of estimates of molecular diversity in Herbertia. Finally, using the microsatellite markers developed, the levels of genetic diversity and population structure were estimated. The results indicate that the populations are well structured and divided into three groups that sharing genes. Pollinators were identified and the low rates of migrants among populations attributed to habitat loss and the difficulties of v the pollinators to facilitate gene flow between the populations due to habitat fragmentation. Overall, the thesis provides the first quantitative data on populations of this species of South American grasslands. In addition, it produced important information to improve management of the remaining populations of H. zebrina. It provides an example for population biology studies emphasizing the importance of interdisciplinary approaches in biological conservation to a better understanding of the processes linked to species survival.