Populações marginais face a alterações climáticas: estrutura genética de populações de algas marinhas

Cécile Perrin, Gareth Pearson, Ester Serrão

CCMAR-CIMAR Laboratório Associado, Universidade do Algarve, Faro

Questões principais:Comparar a ecologia e evolução de:

• populações de regiões marginais e centrais da distribuição biogeográfica de espécies marinhas • espécies com formas de reprodução contrastantes

Espécies modelo: Fucus spiralis e Fucus vesiculosus

Xiphophora chondrophylla

F. vesic., F. spiralis, F. ceran., F. virs.

F. gardneri, F. distichus,F. evanescens Fucus serratus

Hesperophycus californicus Pelvetiopsis limitata Pelvetia canaliculataSilvetia compressaSilvetia babingtoniiSilvetia siliquosaAscophyllum nodosum

Hormosira banksii

ambíguadióicahermafrodita

Serrão E.A., Alice L.A., Brawley S.H. (1999). Evolution of the Fucaceae (Phaeophyta) inferred from nrDNA-ITS. J. Phycology. 35: 382-394.

Hermafrodita, autofecundação Dióica

Fucus spiralis Fucus vesiculosus

Distribuição geográfica de F. spiralis e F. vesiculosus

Simpatria, regiões vastas de ocorrência conjunta Alopatria ocorre em algumas regiõesex: separação por habitat na zona de distribuição Sul

http

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lin.a

c.uk

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trib

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rldfu

csp

i.jp

g

Avaliar a integridade das espécies Fucus spiralis e Fucus vesiculosus

Estimar a diversidade genética populacional e a diferenciação ao longo da distribuição geográfica para cada espécie

Comparar populações simpátricas versus alopátricas quanto a ocorrência de indicadores de hibridação e introgressão entre as duas espécies

Objectivos

Amostragem Para cada espécie em cada local, 2 x 24 indivíduos em zonas separadas por 100 a 300 m

100 – 300 m100 – 300 m100 – 300 m100 – 300 mN=24

Pointe de la Crèche, França

quadrado: 1-2 mquadrado: 1-2 m22quadrado: 1-2 mquadrado: 1-2 m22

N=24

Amostragem e metodologia

Engel CR, Brawley SH, Edwards KJ, Serrão EA (2003) Isolation and cross-species amplification of microsatellite loci from the fucoid seaweeds Fucus vesiculosus, F. serratus and Ascophyllum nodosum (Heterokontophyta, Fucaceae). Molecular Ecology Notes, 3, 180–182.Perrin C, Daguin C, Van de Vliet M, Engel CR, Pearson GA Serrão EA (2007) Implications of mating system for genetic diveristy of sister algal species : Fucus spiralis and F. vesiculosus (Heterokontophyta, Phaeophyceae). European Journal of Phycology In press

2941 indivíduos

38 regiões de Marrocos à Noruega, Islândia, Maine(+Pacífico e ilhas dos Açores e Canárias

para F. spiralis)

Microssatélites: 5 loci (Engel et al. 2003)+ 5 novos loci (Perrin et al. 2007)

F. vesiculosusF. spiralis

http://www.marlin.ac.uk/images/species/distribution_maps/worldfucspi.jpg

Brignogan

Bretanha

100 km

Tagus River

Viana do CasteloLa Guardia

Mira River

5 km

Ria Formosa

5 km

La Crèche

Norte da França

Gris Nez

500 km

Brittany Northern France

Portugal +

Asturias

Gilão River

Mondego River

Mindelo

Santec

Penzé River

Batz Island

Morlaix River

Albufeira

AlmograveVN de Milfontes

MagoitoRibeira d’Ilhas

Lima River

England

Northern Ireland

Iberia

Integridade das espécies

Axis 1 (20.77 %)

Ax

is 2

(1

1.1

5 %

)

10-1

2

1

-1

NW IberiaNW Iberia

BrittanyFucus ceranoides

Fucus spiralis

Fucus vesiculosus

N Atlantic NW Iberia

S Iberia-NW Africa

72

65

71

F. ves France

F. ceranoides

F. sp France

F sp Pacific

F. ves Iceland

F. ves Norway

F. ves EnglandF. ves Ireland

F. ves N PortugalF. ves N Spain

F. ves SW PortugalF. ves Morocco

F.sp IcelandF. sp FaroeF. sp NorwayF. sp IrelandF. sp England

F. sp N PortugalF. sp SW Portugal

F. sp N Spain

F. sp AzoresF. sp CanaryF. sp Morocco

F. ves Faroe

FCA of samples of F. vesiculosus and F. spiralis based on allele frequencies.

F. ceranoides plotted as supplem. elements, bootstrap from a consensus NJ tree, Nei’s dist

NW Iberia

S Iberia-Canary-Azores-

NW Africa

N Atlantic-Pacific

Billard E, Daguin C, Pearson GA, Serrão EA, Engel C, Valero M. (2005). Genetic isolation between the three closely related taxa: Fucus vesiculosus, F.spiralis and F. ceranoides. J Phycology 41.:900-905

Diferenciação populacional

Relationships among samples for each species, unrooted NJ tree, pairwise Nei’s distances. Bootstrap above 60% shown (2000 reps).

N Iberia-France-Engl-Irl-Norway-Faroes-Iceland

0.1

Batz

Faroe

Norway 1

MondegoFF3MondegoGL3

MondegoGL1

MondegoFF1

Tavira 3Tavira 4

Tavira 2

Tavira 1Rio Mira 3Rio Mira 1

Tejo Rosa1

Tejo Rosa 3

Morocco 2 Morocco 1

Tejo Alco2Tejo Alco1

Tejo Alco4Tejo Alco3

Ria Formosa 2

Ria Formosa 1

LCN 2

Cornwall KH

VNR 2VNR 1 VS 1

VN 2 VN 1VNR 3VSR 2

Oviedo

VSR 3Mindelo 2

Mindelo 1

Rio Lima 2Rio Lima 1Rio Lima 3VSR 1

VS 2

La Guardia1La Guardia2 Brig 1

Brig 2

Rio del Eo 2Rio del Eo 1

Morlaix 1 Morlaix 2

Penze 1

Penze 2

LCS 2

North Ireland

LCN 1

LCS 1GNW 2GNE1

GNE 2

GNW 3

GNW 1GNE 3

SE 3SW 3England BudeSE 1

SW 1 Norway 2

Iceland 1

Iceland 2

64

66

63

87

9864

94

69

6377

61

SW Iberia, NW Africa

North+West Iberia

Fucus vesiculosus Fucus spiralis

“Rest of the world”NW Iberia -France-England, Ireland-

Norway-Faroes-Iceland- Atlantic USA, Pacific USA

NW Iberia

La Guardia 1

0.1

Magoito Milfontes 1 Azores Milfontes 2

Rio Mira P Canary 2

Canary 1

Rio Mira

Morocco 1

Mindelo 4 Mindelo 3

Viana N 1

Morocco 2

Albufeira 2

Albufeira 1

Almograve 1Almograve 2

Ribeiro 1

Ribeiro 2

Oviedo

Cornwall KH

63

6664

67

Viana S1 Santec E1 Norway Q2 La Guardia 2

Faroes

Bude

Oviedo

Gris-Nez W

Rio del EoBrignognan 2Brignognan 1

Santec W1

Maine WC Iceland Q1

N Ireland Norway Q1

La Creche 2Gris-Nez E

La Creche 1

Maine WQPacific Q2

Iceland Q2

PacificQ1

SW Iberia, Canary, Azores,

NW Africa

NW Iberia

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

NA-S NF-S NI-S NWI-S SI-A Mo-A

Ĥ

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

NA-S NF-S NI-S NWI-S SI-A Mo-A

A

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

Pac-A NA-S NF-S NI-S NWI-S SI-A Mo-A Az-A Ca-A

Ĥ

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

Pac-A NA-S NF-S NI-S NWI-S SI-A Mo-A Az-A Ca-A

A

Diversidade genética intra-populacional

Mean over populations within each group ± standard deviation

Fucus spiralisFucus vesiculosus

S: Sympatry A: Allopatry

ˆHe

ˆHe

N Atl/France N/NW Iberia S Iberia/Africa Pacific/N Atl/France N/NW Iber S Iber/Africa/Az/Can

Evidência de hibridação/introgressão

Engel C.R., Daguin C. and Serrão E. A. 2005. Genetic entities and mating system in hermaphroditic Fucus spiralis and its close dioecious relative F. vesiculosus (Fucaceae, Phaeophyceae). Molecular Ecology, 14, 2033–2046

Península IbéricaPopulações alopátricas

Não há genótipos intermédios

Península IbéricaPopulações simpátricas

(mais intermédios do que em parapatria) Engel et al. 2005)

Axis 1 (14.54 %)10-1

Axi

s 2

(4.5

9 %

)

1

0

-1

311 inds432

inds

Axis 1 (9.38 %)10-1

Axi

s 2

(6.3

8 %

)

1

0

-1

-2

225 inds

235 inds

Axis 1 (9. 64 %)10-1

Axi

s 2

(3.2

8 %

)

2

1

0

-1

-2

491 inds 334

inds

Bretanha, N FrançaPopulações simpátricas

(mais intermédios do que em parapatria) Engel et al. 2005)

Fv

Fv

Fv

Fs

Fs

Fs

FCA of F. vesiculosus and F. spiralis based on allele frequencies.

Fucus spiralis

Fucus vesiculosus

Frequências alélicas - locus 78

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

North Atlantic - S North France -Brittany - S

North Iberia - S North West Iberia- S

South Iberia - S Morocco - AA

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Pacif ic - A North Atlantic - S North France -Brittany - S

North Iberia - S North West Iberia- S

South Iberia - S Morocco - A Azores - A Canary - AA

Barreira biogeográfica - Evidência de hibridação/introgressão

alopatriaalopatriasimpatriasimpatria

asse

ntam

ento

(óv

ulos

.cm

-2)

Nív

el d

e m

aré

(m)

Data

Fucus spiralis

Fucus vesiculosus

Viana do Castelo

Site B

Site A

discos: 6.2 cm2

Sucesso da fertilização = 82-100%

ambas espécies

sincronia de reprodução inter e intra-espécies

Conclusões

Diferenciação populacional: Atlântico NW e NE, Pacífico. Expansão recente

proveniente de uma única origem, provávelmente associada a refúgios glaciares

Noroeste ibérico: Zona de transição biogeográfica entre populações diferenciadas de N e S

Populações Sul - elevada diferenciação interpop., baixa diversidade intrapop. Fragmentação de habitat

Conclusões cont.

Integridade das duas espécies: Fucus vesiculosus e Fucus spiralis

Especiação: Muito elevada diferenciação genética das populações sul de Fucus vesiculosus indica isolamento reprodutivo nesta espécie, comparável ao nível de diferenciação entre outras espécies de Fucus.

Hibridação: Hibridação / introgressão aparente onde as

distribuições das espécies se sobrepõem, reprodução sincronizada intra- e entre- espécies Forte barreira contra fluxo genético interespecífico

deve ocorrer para manter integridade das espécies em simpatria hip: sistema reprodutivo - predominantemente autofecundação em F.spiralis

Financiamento : EC Sustainable Development, Global Change and Ecosystems Program -

Marine Genomics Europe Network of Excellence (GOCE-CT-2004-505403) e

FCT (programas PDCTM e POCTI), FSE, FEDER