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Programa de Pós

Estrutura genética populacional Lutjanus jocu - dentão

Eurico Azevedo Dias J

RENORBIO

Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia

strutura genética populacional de Lutjanus analisdentão (Lutjanidae) ao longo do litoral brasileiro

Eurico Azevedo Dias Junior

Natal-RN

2012

Graduação em Biotecnologia

Lutjanus analis - cioba e (Lutjanidae) ao longo do litoral brasileiro

Programa de PósUniversidade Federal do Rio Grande do Norte

Centro de BiociênciasLaboratório de Genética de Recursos Marinhos

Estrutura genética populacional

Lutjanus jocu - dentão

Eurico Azevedo Dias J

Orientador: Prof. Dr. Wagner Franco Molina

RENORBIO

Programa de Pós-Graduação em BiotecnologiaUniversidade Federal do Rio Grande do Norte

Centro de Biociências Laboratório de Genética de Recursos Marinhos

strutura genética populacional de Lutjanus analis

dentão (Lutjanidae) ao longo do litoral brasileiro

Eurico Azevedo Dias Junior

Tese apresentada ao programa

de Pós-graduação Rede

Nordeste de Biotecnologia

(RENORBIO) como parte dos

pré-requisitos obrigatórios para

obtenção do título de Doutor.

Dr. Wagner Franco Molina

Natal-RN

2012

Graduação em Biotecnologia Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Laboratório de Genética de Recursos Marinhos - L.G.R.M

Lutjanus analis - cioba e

(Lutjanidae) ao longo do litoral brasileiro

ao programa

graduação Rede

Nordeste de Biotecnologia

como parte dos

requisitos obrigatórios para

obtenção do título de Doutor.

Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Setorial do Centro de Biociências

Dias Junior, Eurico Azevedo. Estrutura genética populacional de Lutjanus analis – cioba e Lutjanus jocu – dentão (Lutjanidae) ao longo do litoral brasileiro / Eurico Azevedo Dias Junior. – Natal, RN, 2012. 91 f.: il.

Orientador: Prof. Dr. Wagner Franco Molina.

Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Biociências. Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia.

1. Lutjanidade – Tese 2. Cioba – Tese. 3. Pesca – Tese. 4. DNA

mitocondrial – Tese. I. Molina, Wagner Franco. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Título.

RN/UF/BSE-CB CDU 639.2

EURICO AZEVEDO DIAS JÚNIOR

Estrutura genética populacional de Lutjanus analis -

cioba e Lutjanus jocu - dentão (Lutjanidae) ao longo do

litoral brasileiro

Tese apresentada ao programa de Pós-graduação Rede

Nordeste de Biotecnologia (RENORBIO) como parte dos

pré-requisitos obrigatórios para obtenção do título de

Doutor.

APROVADA: 01 de junho de 2012.

_______________________________________________

Prof. Dr. Carlos Alfredo Galindo Blaha (Membro interno - UFRN)

_______________________________________________ Prof. Drª. Liliane de Lima Gurgel Souza

(Membro externo - IFRN)

________________________________________________ Prof. Drª. Maisa Clari Farias Barbalho de Mendonça

(Membro externo - UERN)

________________________________________________ Prof. Dr. Vitor de Oliveira Lunardi

(Membro externo - UFERSA)

_______________________________________________ Prof. Dr. Wagner Franco Molina

(Orientador - Presidente da banca - UFRN)

"A educação tem raízes amargas, mas os frutos são doces"

Aristóteles

Dedico esta Tese a minha família, meus irmãos e especialmente aos meus pais, que sempre desejaram meu sucesso, Eurico Azevedo Dias e Marta Olímpio de Souza Dias, pela educação e carinho a mim proporcionado.

AGRADECIMENTOS Aos meus pais Eurico Azevedo Dias e Marta Olímpio de Souza Dias, pela

Educação, incentivo, carinho e compreensão, na verdade por tudo;

Aos meus irmãos Erick Olímpio Dias e Erika Vanessa Olímpio Dias , pelo

convívio familiar e ao meu sobrinho, Lucas, a nova alegria da família.

Aos meus demais familiares, que torcem pelo meu sucesso;

Aos mestres que um dia fizeram parte da minha formação;

Aos funcionários da Universidade, que também são parte essencial no

processo de ensino;

A Rede Nordeste de Biotecnologia (RENORBIO) pela oportunidade de realizar

e alcançar um objetivo;

A CAPES e ao CNPq pelo apoio fornecido para o desenvolvimento do trabalho;

Ao Professor Dr. Wagner Franco Molina, primeiro por aceitar-me como

orientando desde o mestrado e agora por abraçar mais uma vez esta luta em

conjunto comigo, pelo apoio, sugestões , ensinamentos transmitidos e pelo

exemplo de profissionalismo, desempenhando um papel fundamental na minha

formação, muito obrigado!!!!!.

A todos do L.G.R.M, Gideão, Rodrigo (Pantera), Clovis Motta, Washington,

Pablo, Uedson, Leonardo, Paulo, Amanda, Cristiane, Vanessa, Karla, Ingrid,

Allyson, parceiro nas coletas e análises de bioinformática, espero não ter

esquecido ninguém, pelo incentivo, apoio, pelas horas de descontração e por

tornar o laboratório um lugar harmonioso e descontraído;

Ao Prof° Dr. Marcelo Vallinoto (UFPA) pela revisão e contribuições com os

artigos provenientes desta Tese;

Aos professores da UFRN, Dr. Paulo Marinho; Dr. Dárlio Teixeira e Dr. Fábio

Vieira, pelas contribuições sugeridas na banca de qualificação, assim como aos

professores, Drª Liliane Gurgel, Drª Maísa Clari, Dr. Vitor Lunardi e Dr. Carlos

Blaha, por aceitarem revisar e contribuir na preparação final deste trabalho

como membros da banca de defesa;

Aos Biólogos Priscilla Malafaia e Flávio Pavan, pelas coletas realizadas na

Bahia e Espírito Santo respectivamente, assim como aos pescadores

artesanais que forneceram amostras possibilitando este trabalho.

A todos os amigos de fora da faculdade pela parte não científica da história,

afinal ela é também muito importante, diria até essencial, obrigado também;

A todos aqueles que de forma direta ou indiretamente contribuíram para este

momento, em especial a Marília Gurgel pelo enorme apoio em grande parte

desta jornada.

MUITO OBRIGADO A TODOS VOCÊS!!!

2.2 Objetivos específicos 33

Capítulo I 44

SUMÁRIO

Resumo 45

Abstract 46

1 INTRODUÇÃO

3 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 34

Página título 45

2 OBJETIVOS 33

2.1 Objetivo geral 33

1.3 Estudos de dinâmica populacional e de estoques pesqueiros de lutjanídeos no litoralbrasileiro

18

1.4 Considerações sobre a família Lutjanidae e as espécies Lutjanus analis e Lutjanus jocu

20

1.5 Emprego de marcadores moleculares em estudos de genética populacional 27

1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 12

1.1 Exploração mundial da pesca e aquicultura na demanda de pescado 12

1.2 Características da pesca de lutjanídeos no Brasil 16

4.1.3 Estrutura populacional 57

4.2 História demográfica 60

4 DISCUSSÃO 56

4.1 Diversidade genética e estrutura populacional 56

4.1.2 Diversidade genética 56

3.1 Diversidade molecular 51

3.2 Estrutura genética populacional 52


2.3 Sequenciamento da região controle do DNAmt 49

2.4 Análise dos dados 50

3 RESULTADOS 51

2 MATERIAL E MÉTODOS 48

2.1 Coleta de material biológico 48

2.2 Extração de DNA e amplificação da região controle do DNA mitocondrial 49

1 INTRODUÇÃO 47

3.2 Estrutura genética populacional 78


2.4 Análise dos dados 76

3 RESULTADOS 77

3.1 Características de diversidade molecular 77

2.1 Coleta de material biológico 74

2.2 Extração de DNA e amplificação da região controle do DNA mitocondrial 75

2.3 Sequenciamento da região controle do DNAmt 76

Abstract 72

1 INTRODUÇÃO 73

2 MATERIAL E MÉTODOS 74

Capítulo II 70

Página título 71

Resumo 71


CONCLUSÕES 91

4.1 Diversidade genética e filogeografia de L. jocu 82


79

4 DISCUSSÃO 82

LISTA DE FIGURAS Figura 1. Hipóteses de estruturação dos estoques de L. purpureus de Ivo & Hanson

19

Figura 2. Hipótese filogenética para Lutjanidae baseada em marcadores moleculares nucleares e mitocondriais

23

Figura 3. Exemplar de Lutjanus analis

24

Figura 4. Mapa de distribuição geográfica de L. analis

25

Figura 5. Exemplar de Lutjanus jocu

26

Figura 6. Mapa de distribuição geográfica de L. jocu

27

Figura 7. Esquema do genoma mitocondrial com região D-loop

30

Capítulo I Figura 1. Sítios de coleta de L. analis 48 Figura 2. Distribuição mismatch 53

Capítulo II Figura 1. Sítios de coleta de L. jocu 75 Figura 2. Distribuição mismatch 80

LISTA DE TABELAS

Capítulo I Tabela 1. Características moleculares e diversidade genética - L. analis

51

Tabela 2. Diferenciação genética em L. analis

52

Tabela 3. Análise de variância molecular para L. analis

52

Tabela 4. Índices de neutralidade, expansão populacional e Nef de L. analis

55

Capítulo II Tabela 1. Características moleculares e diversidade genética - L. jocu

78

Tabela 2. Diferenciação genética em L. jocu

79

Tabela 3. Análise de variância molecular para L. jocu

79

Tabela 4. Índices de neutralidade, expansão populacional e Nef de L. jocu

81

RESUMO

Espécies da família Lutjanidae representam um importante recurso

pesqueiro em todas as áreas de sua ocorrência. No Brasil a exploração

comercial se iniciou na década de 60 e nos anos 80, já demonstrava declínio

nos volumes de captura. A diminuição de capturas aponta que os lutjanídeos

devem ser manejados conservativamente. Estudos sobre a estrutura genética

das populações e dados genéticos para monitoramento dos estoques ao longo

da costa brasileira através de marcadores moleculares, são escassos. Nesta

região, as espécies Lutjanus analis e L. jocu desempenham papel social para a

subsistência das comunidades de pescadores artesanais. O presente trabalho

avaliou a variabilidade genética inter e intrapopulacional, assim como o nível de

estruturação genética populacional de L. analis ( cioba) e L. jocu ( dentão) ao

logo do litoral brasileiro, analisando a região hipervariável 1 da região controle

D-loop do DNAmt. Ambas as espécies demonstram constituir um único grande

estoque que permite compreendê-los como populações panmíticas. De fato, a

elevada variabilidade genética demonstrada pelos altos índices de diversidade

nucleotídica e haplotípica, não revelam sinais de depreciação genética frente a

exploração pesqueira. Os padrões demográficos históricos destas espécies

demonstram concordância com eventos ocorridos no Pleistoceno. Os dados

genéticos não excluem riscos futuros para ambas as espécies decorrentes da

contínua exploração destes estoques.

Palavras chaves: Lutjanidae; cioba; dentão; DNA mitocondrial; genética de

populações.

ABSTRACT

Lutjanidae species represent an important fishery resource in all areas of its

geographic distribution. Commercial exploitation began in Brazil in the 60s and

by the early 80's showed decline in catch volumes. The decrease of catches

show that the Lutjanidae should be managed conservatively. Despite its

importance, studies of population genetics in snappers using molecular

markers, in order to understand the genetic structure of populations and to

perform the monitoring of fish stocks along the Brazilian coast, are scarce.

Lutjanus analis and Lutjanus jocu, in Brazilian coast, play a social role for the

livelehoods of the artisanal fishing communities. The present study evaluated

the inter- and intra-population genetic variability, as well as the level of

population structuring in L. analis and L. jocu along the Brazilian coast, using

the hypervariable region 1 of the D-loop control region of mtDNA. The genetic

data showed that both species represent unique stocks that can be treated as

panmitic populations. In fact, the high genetic variability supported by an

extremaly high nucleotide and haplotype diversity suggest an apparent absence

of genetic depreciation despite the over-exploitation of these species. In

addition are indicated demographic history patterns modeled by Pleistocene

events. The genetic data, to both species does not exclude future risks due to

continuous high exploratory activity.

Keywords: Lutjanidae, mutton snapper, dog snapper, mitochondrial DNA,

population genetics.

Estrutura genético populacional de cioba e dentão no litoral brasileiro 12

1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

1.1 Exploração mundial da pesca e aquicultura na de manda mundial de pescado

A pesca é uma atividade milenar que passou por profundas modificações

no século XIX. Antes, a extração de organismos aquáticos era realizada em

pequenas quantidades, sem grandes impactos ambientais (Marrul-Filho, 2001).

As inovações tecnológicas ocorridas após a Segunda Guerra Mundial provocaram

uma rápida expansão da indústria pesqueira contribuindo para um grande

aumento na produção que passou de quatro para setenta milhões de toneladas

(Paes, 2002).

Entretanto, a partir de 1972, a pesca marítima mundial começou a sinalizar

queda na captura de pescado (Pauly et al., 2002). Desde 1990, essa atividade

estacionou em torno de 80 a 85 milhões de toneladas em que 30 milhões desta

foram, simplesmente, descartadas (Clucas, 1997; Dulvy et al., 2004).

A extração desordenada de espécies pode acarretar sérios problemas nas

populações naturais. Essa exploração pode ultrapassar a produção máxima

sustentável (FAO, 1996), causando impacto na abundância de espécies alvo,

expondo-as à ameaça de extinção (Casey & Myers, 1998; Dulvy et al., 2004).

As espécies mais suscetíveis à sobrepesca são aquelas que apresentam

alto valor comercia, maturam tardiamente, possuem limitações geográficas e/ou

recrutamento esporádico (Sadovy, 2000; Dulvy et al., 2004). A sobrepesca

provém da redução significativa do número de adultos e da captura progressiva

dos indivíduos juvenis, o que compromete o recrutamento nos anos posteriores

(Paes, 2002). Reconhecer e realizar predições da relação entre a dinâmica de

estoques de peixes e a ocupação do habitat é fundamental para a efetiva

avaliação e manejo de populações de peixes marinhos. Tomadores de decisões

de pescarias comerciais e recreativas, atualmente, reconhecem a importância do

habitat para a produtividade de estoques de peixes (Nóbrega et al., 2009).

A importância da atividade pesqueira pode ser traduzida nos dados

apresentados em relatório da FAO (2010), segundo o qual, a produção de

pescado global através de capturas em 2008 foi de cerca de 90 milhões de

toneladas, das quais aproximadamente 88,88% são de espécies marinhas com


um valor estimado de faturamento primário de 93,9 bilhões de dólares. Quando

este número é somado aos números da produção advinda da aquicultura, obtêm-

se um valor estimado de 142 milhões de toneladas de peixes produzidos em 2008

(FAO, 2010).

Ainda segundo a FAO, a produção mundial da pesca marinha atingiu um

pico de 86,3 milhões de toneladas em 1996 e depois diminuiu ligeiramente para

79,5 milhões de toneladas em 2008, com grandes flutuações inter-anuais. Em

2008, o noroeste do Pacífico teve a maior produção com 20,1 milhões de

toneladas (25%) da pesca marinha mundial, seguido pelo Sudeste do Pacífico,

com uma captura total de 11,8 milhões de toneladas (15%), Pacífico Centro-Oeste

com 11,1 milhões toneladas (14%) e do Atlântico Nordeste, com 8,5 milhões de

toneladas (11%).

A indústria pesqueira mudou sobremaneira a exploração da pesca em todo

o mundo, e essas mudanças obrigam-nos a examinar por quanto tempo ainda a

atividade pode ser sustentável (Morato et al., 2006; Norse et al., 2012). O

aumento da população humana e da riqueza aumentou a demanda mundial por

pescado, aumentando a escassez de peixes na região da plataforma continental e

impulsionando a pesca industrial oceânica pelágica (Watson & Pauly, 2001).

O total per capita do consumo de peixes na alimentação mundial têm se

expandido significativamente nas últimas cinco décadas, aumentando em uma

taxa anual de 3,1% desde a década de 60, enquanto o aumento da população

ficou na taxa de 1,7% para o mesmo período, passando de uma média anual de

9,9 kg per capita em 1960 para um indicativo de 17,1 kg em 2008.

Os aumentos mais substanciais no consumo anual de peixes ocorreram na

Ásia Oriental de 10,8 kg em 1961 para 30,1 kg em 2007, Sudeste da Ásia de 12,7

kg em 1961 para 29,8 kg em 2007 e África do Norte de 2,8 kg em 1961 para 10,1

kg em 2007.

Importante é salientar que a pesca desempenha um papel fundamental,

não apenas para subsistência de pescadores artesanais que dependem

diretamente dela para obter sua fonte de renda, mas também para os

consumidores que lucram com uma excelente fonte de proteína animal de alta

qualidade a preços acessíveis, rica em micronutrientes essenciais incluindo várias

vitaminas e minerais além de baixos níveis de gorduras saturadas, carboidratos e


colesterol, representendo uma fonte alimentar extremamente saudável (FAO,

2010).

Entretanto, os altos valores de produção histórica ao longo de décadas de

exploração trazem consequências. A proporção de estoques estimados como

subexplorados ou moderadamente explorados caiu de 40% em meados da

década de 70 para 15% em 2008. Em contrapartida, a proporção de unidades

sobreexploradas aumentou de 10% em 1974 para 32% em 2008.

Em 2008, das espécies monitorados pela FAO foram estimadas como

subexploradas (3%) ou moderadamente exploradas (12%) e, por conseguinte,

capazes de produzir mais do que as suas capturas atuais, representando o menor

percentual registrado desde meados dos anos 70.

Contudo, 53% foram estimadas como plenamente exploradas as suas

capturas atuais estão em suas máximas produções sustentáveis, sem espaço

para expansão (FAO, 2010).

Os 32% restantes, foram estimados como sobreexplorados (28%),

estoques empobrecidos (3%) ou em recuperação de depreciação (1%) e, assim,

obtendo-se menos do que a sua potencial produção, devido à pressão máxima de

pesca no passado, com uma necessidade urgente de se construir ou reconstruir

planos adequados de manejo para essas espécies (FAO, 2010).

Esse percentual combinado é o mais elevado da série histórica deste tipo

de levantamento de dados e a tendência crescente de estoques mundialmente

sobreexplorados, é motivo de preocupação (FAO, 2010).

Desta forma, uma indagação é crucial, como fornecer pescado com

qualidade a uma população humana crescente e ao mesmo tempo manter o

equilíbrio exploração - conservação, uma possível resposta a esta pergunta pode

ter como ponto de partida a aquicultura.

O declínio dos estoques pesqueiros forneceu impulso para o rápido

crescimento da aquicultura. Entre 1987 e 1997, a produção global advinda da

atividade duplicou em produção e valores, assim como sua contribuição no

abastecimento para demanda de peixes em escala mundial, representando no

início da década um quarto da quantidade de peixes consumidos pela população.

O crescimento da aquicultura pode ser a solução para a preservação de

espécies nas quais seu potencial de exploração pela pesca já não permite um uso

sustentável de seus estoques selvagens (Naylor et al., 2000).


Segundo dados da FAO (2010), a aquicultura produz quase 50% do peixe

consumido pela população, e esta porcentagem deverá aumentar para atender à

demanda crescente. A aquicultura mundial está concentrada em regiões tropicais

e subtropicais, com atualmente mais da metade do volume produzido proveniente

de águas marinhas e salobras em regiões costeiras e estuarinas, onde destacam-

se a produção de camarões e peixes de alto valor comercial.

As práticas da aquicultura são bastante diversificadas, com técnicas que

vão desde estruturas simples como criações em nível familiar até iniciativas

industriais de larga escala em jaulas flutuantes no mar aberto (offshore).

Entretanto, a maior parte da produção ainda é de pequena escala, realidade

predominante também no Brasil.

O desenvolvimento da biotecnologia nas últimas décadas têm auxiliado a

piscicultura moderna (Liu & Cordes, 2004) através das técnicas de manipulação

cromossômicas ou de genes.

Ao se iniciar um estudo de espécie com potencial para piscicultura, alguns

aspectos que devem ser levados em cosideração são os estoques doadores,

formado por populações selvagens; o fundador, parcela do doador que formará o

plantel de reprodutores; reprodutor, parcela do estoque fundador efetivamente

utilizada como geração parental (P1) e o repovoador, constituida pela progênie da

geração (F1) do estoque reprodutor.

O manejo inadequado ou um erro inicial na escolha do estoque doador,

pode trazer sérios problemas genéticos inclusive inviabilizando a atividade a

médio e longo prazo (Toledo-Filho et al, 1992, Toledo-Filho et al., 1996).

Entre as ferramentas biotcnológicas, os marcadores moleculares vêm

sendo utilizado de forma ampla em estudos de variabilidade genética em espécies

com potencial para projetos de piscicultura (Liu & Cordes, 2004), inclusive com

lutjanídeos (Chow et al., 1993).

Na família Lutjanidae, entre as espécies com potencial para aquicultura,

que ocorrem no litoral do Brasil, destaca-se principalmente Lutjanus analis, a

cioba, inclusive com estudos preliminares já realizados para esta finalidade

(Freitas et al., 2011, Sanches & Cerqueira, 2011) no litoral brasileiro, assim como

na região do Atlantico Norte (Watanabe et al., 1998, Benetti et al., 2002, Botero &

Ospina, 2003).


Entretanto, não existe dados genéticos para apoiar os possíveis futuros

programas de desenvolvimento da piscicultura desta espécie. Apesar da longa

história de aquicultura para algumas espécies cultivadas, as informações

genéticas sobre os estoques doadores ainda são praticamente ausentes para

grande maioria delas, consequentemente, as ferramentas biotecnológicas,

incluindo o uso de marcadores moleculares desempenham cada vez mais um

papel importante no desenvolvimento destes projetos, visando uma larga e sólida

base de conhecimento genético sobre a variabilidade destes estoque afim de um

melhor manejo e exploração dos mesmos (Liu & Cordes, 2004).

1.2 Características da pesca de lutjanídeos no Bras il

A exploração de lutjanídeos durante muito tempo foi conduzida por um

sistema primitivo de pesca, onde as embarcações navegavam a vela sem

qualquer orientação tecnológica.

Somente a partir de 1961, quando teve início a pesca industrial desses

peixes, as embarcações passaram a ser movidas a motor e foi montada uma

infraestrutura terrestre de armazenamento e comercialização do pescado. Essas

modificações foram em função do declínio da pesca dos atuns (Fonteles-Filho,

1972).

Portanto, a pesca industrial de peixes demersais da família Lutjanidae vem

sendo explorada na costa nordeste do Brasil desde a introdução das linhas

pargueiras pelos portugueses durante os anos 50 e 60, com o propósito de

diversificar a pesca atuneira e lagosteira, que já se encontravam em declínio.

Foram realizadas com sucesso algumas pescarias nas costas do Maranhão,

Piauí, Ceará e no Atol das Rocas, no início dos anos 60 (Fonteles-Filho, 1969,

Coelho, 1974).

A evolução da pesca de espécies de Lutjanidae, entre as mais importantes

dentre os demersais capturados, passou de um cenário onde as capturas eram

dominadas por uma única espécie, o Lutjanus purpureus, na década de 60, para a

situação atual onde 12 espécies do gênero lutjanus são intensamente exploradas

pela pesca no litoral nordeste do Brasil (Rezende et al., 2003).

Os desembarques de lutjanídeos são registrados como categoria

multiespecífica, o que dificulta a individualização das estatísticas pesqueiras. Em


Pernambuco, Lutjanus analis, a cioba, passou a ser a principal espécie capturada

na década de 80, seguida por L. chrysurus, a guaiúba, L. jocu, o dentão, e L.

synagris, o ariocó.

A exploração de lutjanídeos apresentou diferentes cenários com variações

que estão refletidas na série histórica do estado da produção, esforço e captura

por unidade de esforço (CPUE). Na primeira fase da pesca, entre 1962 e 1970,

quando esteve localizada nos bancos oceânicos e na plataforma continental do

nordeste do Brasil verificou-se um aumento da produção e do esforço de pesca. A

CPUE cresceu nos três primeiros anos para em seguida apresentar sucessivas

reduções. Neste período, a maior produção (3.242 t) foi observada no ano de

1967 e a maior CPUE (25,38 Kg/anzol-dia) em 1964. A média de produção nestas

áreas foi de 3.178 t/ano (Paiva, 1997).

No segundo período da pesca de 1974 a 1981, a frota "pargueira", como foi

denominada de inicio os barcos que exploravam a pesca de lutjanídeos, atuou na

plataforma continental da região Nordeste do Brasil e iniciou sua expansão para a

costa Norte. Neste período a produção apresentou-se estável, com média de

5.964 t/ano e maior produção 6.569 t em 1977. O esforço de pesca neste período

continuou a apresentar tendência de crescimento e a CPUE decresceu passando

de 8,71 para 1,73 kg/anzol-dia (Paiva, 1997).

Ainda, segundo Paiva (1997), no terceiro período da pesca do pargo, de

1982 a 1987, foi caracterizado pela concentração da frota na costa Norte e o

declínio da pesca na costa do Nordeste. No período, a produção média anual foi

de 4.601 t, com maior produção (5.249 t) em 1985. A maior CPUE (2,47 kg/anzol-

dia) foi alcançada em 1982.

Com base nos dados disponíveis sobre a pesca foram realizados vários

estudos enfocando a estimativa de produção máxima para a atividade pesqueira

na época, já demonstrando no passado uma preocupação ainda atual sobre o

problema da sobrepesca dos estoques comercialmente explorados. A primeira

estimativa da produção máxima sustentável foi feita com base no modelo de

Schaeffer (1954) considerando a produção e o esforço de pesca relativo aos anos

de 1962 a 1970, com a pesca restrita a plataforma nordeste, no qual os resultados

demonstraram uma produção máxima de 4.188 t/ano e esforço ótimo de 6,0 x 105

pescadores-hora (Coelho, 1974).


Várias estimativas de produção máxima e esforço ótimo foram feitas por

diferentes autores, considerando diferentes épocas e áreas de pesca. Os maiores

valores de produção máxima e esforço ótimo foram estimados para a costa

Norte/Nordeste, incluindo dados do período 1967-1983. Nestas estimativas

utilizando-se também o método de Schaefer (1954) obteve-se a produção máxima

de 6.791 t/ano e um esforço ótimo de 184,3 x 104 anzóis-dia. As estimativas do

final da década de 80 da produção máxima e esforço ótimo foram obtidos

incluindo dados de toda área de pesca no período de 1967 a 1987, realizadas por

Ivo & Sousa (1988), obtiveram a produção máxima sustentável de 5.937 t/ano e

esforço ótimo de 2.074 x 103 anzóis-dia, utilizando o método de Fox (1970), o

qual é baseado na determinação do nível ótimo de esforço, que leva à captura

máxima que pode ser sustentada sem afetar a sustentabilidade do estoque.

1.3 Estudos de dinâmica populacional e de estoques pesqueiros de

lutjanídeos no litoral brasileiro

Algumas espécies da família Lutjanidae, como Lutjanus purpureus,

apresentam de forma geral aspectos de sua biologia, ecologia e estatística

pesqueira bastante estudadas (Ivo & Hanson, 1982; Salles, 1997; Souza, 2002)

em função de sua importância como recurso pesqueiro ao longo das décadas

desde a implementação desta família como fonte de exploração por meio da

pesca industrial (Rezende & Ferreira, 2000; Frédou et al, 2006).

Ivo & Hanson (1982) em estudos com L. purpureus formularam duas

hipóteses alternativas para definir os estoques desta espécie no Brasil, baseadas

em informações biológicas e dados estatísticos de pesca provenientes da região

Norte e Nordeste do País. A primeira hipótese relata a existência de apenas um

estoque da espécie na região Norte e Nordeste, formada por duas classes de

indivíduos que são originadas em diferentes épocas de reprodução, sendo que

cada fêmea migra da plataforma continental para realizar a desova duas vezes ao

ano nos meses de março a abril e em outubro nos bancos oceânicos do Nordeste.

No primeiro circuito migratório, considerando apenas um estoque, os

indivíduos na fase juvenil seriam recrutados para o estoque adulto na plataforma

continental no Norte, próximo à foz do Rio Amazonas, na área de criação. Quando

os indivíduos atingiam a fase final do desenvolvimento gonadal migrariam para os


bancos oceânicos no Nordeste, onde realizariam a desova e em seguida

retornariam a área de alimentação na plataforma continental do Norte e Nordeste.

Essa migração se realizaria duas vezes ao ano de março a abril e em outubro.

Na segunda hipótese, os autores definem dois estoques com base na época

de desova, entretanto cada estoque é resultante de um período de desova distinto,

com dois grupos de fêmea desovando uma vez a cada ano. Os indivíduos ao se

tornarem maduros na Plataforma Norte próximo a foz do Rio Amazonas, migrariam

para os bancos oceânicos no Nordeste, onde desovam, retornando em seguida

para a área de alimentação na plataforma continental do Norte e Nordeste, cada

estoque migrando uma vez por ano para desovar em diferentes bancos oceânicos.

Ambos os estoques retornariam para o mesmo local de desova a cada ano (Figura

1).

Figura 1. Hipóteses de estruturação dos estoques de L. purpureus de Ivo & Hanson (1982) modificado de Souza (2002). Hipótese 1 - único estoque (A). Hipótese 2 - estoques diferenciados (B).

Nóbrega et al. (2009), em estudo realizado verificando a dinâmica

populacional através da distribuição espacial e temporal de Ocyurus chrysurus, a

guaiúba, uma espécie de lutjanídeo muito distribuída ao logo do litoral brasileiro,


observaram que a espécie apresenta os maiores rendimentos em relação aos

índices médios de abundância no estado da Bahia, sendo que as profundidades

de 25 e 50 m foram as estimados com as maiores CPUEs médias para o recurso,

com tendência de diminuição em direção às menores latitudes da área de estudo,

desde o litoral de São Luiz (MA) até Salvador (BA).

Através de modelos não lineares, aplicados para abundância em relação

às distâncias da costa observou-se que O. chrysurus apresenta estrutura de

agregação diferenciada, segundo a extensão da plataforma continental ao longo

da região nordeste do Brasil, com declínio dos índices médios de abundância no

período de estudo, o que segundo os autores, pode estar sendo promovido pelo

alto esforço de captura direcionado a esse recurso.

Entretanto, Vasconcellos et al.(2008), em estudo no litoral do Brasil com a

mesma espécie, através do uso de marcadores moleculares de DNA mitocondrial,

não identificou estruturação populacional, indicando tratar-se de um único

estoque.

1.4 Considerações sobre a família Lutjanidae e as e spécies Lutjanus analis e Lutjanus jocu

A família Lutjanidae é composta por 17 gêneros e 103 espécies, a maioria

dos representantes compreendem peixes recifais marinhos, divididos em quatro

sub-famílias, Etelinae (cinco gêneros e 19 espécies), Apsilinae (quatro gêneros e

12 espécies), Paradicichthyinae (dois gêneros e 2 espécies) e a mais numerosa

Lutjaninae (seis gêneros e 72 espécies, 65 dentro do gênero Lutjanus) (Allen,

1985; Anderson, 2003).

Espécies da família Lutjanidae são encontradas principalmente no

ambiente recifal marinho tropical e subtropical, apesar de três espécies da fauna

do Indo-Pacífico ocorrerem em água doce, além de muitas espécies do gênero

Lutjanus, ocorrerem em ambientes estuarinos e em manguezais durante fase

juvenil de desenvolvimento.

A família encontra-se distribuída em quatro regiões geográficas, Leste do

Pacífico, Indo-Pacífico Oeste, Leste do Atlântico e Atlântico Ocidental. Muitas

espécies apresentam uma grande distribuição geográfica, principalmente as que

habitam a região Indo-pacífico, com poucas espécies isoladas a áreas muito


restrirtas, como por exemplo L. alexandrei (Moura & Lideman, 2007) espécie

endêmica do litoral brasileiro e anteriormente classificada erroneamente com L.

apodus ou L. griseus, assim como cinco espécies que habitam a costa Ocidental

da África que possuem uma distribuição restrita (Allen, 1985).

Os lutjanídeos possuem corpo alongado e comprimido, escamas ctenóides

e cabeça triangular, quando em vista lateral. A nadadeira dorsal é contínua ou

entalhada, contendo de nove a doze espinhos na porção anterior e nove a dezoito

raios moles na porção posterior. A nadadeira anal possui três espinhos e de sete

a onze raios moles, e a caudal é geralmente bifurcada, especialmente no gênero

Etelis. Possuem boca terminal e, entre esta e os olhos não se encontram

escamas (Cervigón, 1993; Nelson, 2006). Conhecidos no Brasil como Pargos ou

Vermelhos, são peixes demersais de médio a grande porte, chegando a medir

algumas espécies mais de um metro, encontrados a profundidades até a faixa dos

quatrocentos metros.

O padrão reprodutivo é gonocórico (Cervigón, 1993), após a diferenciação

sexual, o sexo permanece constante durante todo o ciclo de vida. Em média,

lutjanídeos atingem a maturidade reprodutiva com cerca de 40 a 51% do

comprimento máximo total, com machos atingindo a idade de maturação com

tamanhos ligeiramente menores que as fêmeas. Com base na abundância larval,

dois tipos de padrões reprodutivos sazonais são geralmente observados na

família, uma prolongada temporada de verão, e, ou um padrão mais ou menos

contínuo com picos de atividade na primavera e no outono (Allen, 1985).

As espécies geralmente formam agregações reprodutivas, com as fêmeas

desovando várias vezes durante esse período (Anderson, 2003). Os ovos

pelágicos são geralmente esféricos com diâmetros variando de 0,65 a 3.02 mm,

embora para a maioria das espécies meçam em torno de 0,85 mm, ficando

incubados por um período entre 17 e 27 horas de acordo com a espécie e

também temperatura da água. Larvas recém-nascidas são escassamente

pigmentadas, com grande saco vitelínico e capacidade muito limitada de natação.

As larvas de espécies da subfamília lutjanine, particularmente espécies do

gênero Lutjanus, são encontradas mais perto da costa, em águas sobre a

plataforma continental ou em áreas recifais, apresentando um padrão de

aparecimento na superfície da água em maior proporção no período noturno e


possuindo um período pelágico larval entre 17 e 47 dias e média de idade de 20

anos entre as espécies (Allen, 1985).

Com base em vários caracteres internos, incluindo musculatura da

mandíbula, morfologia do crânio, e características osteológicos relacionadas com

os esqueletos axial e caudal, Johnson (1980) postulou que a Etelinae é o grupo

mais primitivo da família com Apsilinae representando um intermediário entre

Lutjaninae e Paradicichthyinae, que são considerados os taxons mais derivados.

Paradicichthyinae seria o grupo irmão primitivo de Lutjaninae e da família

Caesionidae, estreitamente relacionada com lutjanídeos e muitas vezes

confundidos com estes, mas que exibem uma especialização única não

encontrado em Lutjanidae.

As relações filogenéticas da subfamília Lutjaninae e gênero Lutjanus dentro

da região do Atlântico Ocidental ainda não tinham sido bem estabelecidas devido

a problemas de morfologia e comportamento semelhente entre espécies (Sarver

et al., 1996) e por ocorrências de hibridização (Domeier & Clarke, 1992).

Baseados em características morfológicas, Rivas (1966) e Vergara (1980),

dividem o gênero em três grupos, Lutjanus griseus (L. griseus, L. apodus, L. jocu

e L. cyanopterus), Lutjanus synagris (L. synagris e L. mahagoni) e Lutjanus analis

(L. analis, L. campechanus, L. purpureus e L. vivanus), com uma divergência

entre os autores com relação a colocação do Lutjanus buccanella, entre o grupo

do L. analis e do L. synagris respectivamente.

Recentemente, foi lançada uma hipótese baseada em marcadores

moleculares para determinar a relação filogenética no grupo, indicando que as

espécies Atlânticas do gênero Lutjanus divergiram de linhagens do Indo-pacífico

(Figura 2), e que os oceanos onde os lutjanídeos são distribuídos, Atlântico

Ocidental, Pacífico Oriental e Indo-Pacífico, não representam grupos

monofiléticos para as espécies distribuídas dentro deles, com padrão de

divergência evolutiva dentro do grupo que teria ocorrido tanto por eventos

vicariantes como por especiação ecológica (Gold et al., 2011).

As espécies desta família constituem uma das categorias de pescado mais

valiosas, por sua carne ser muito procurada, o que leva a uma considerável

comercialização de suas espécies, representando também um recurso importante

para comunidades ribeirinhas que praticam a pesca de subsistência (Rezende et

al., 2003). Dentre as espécies consideradas nobres dentro do grupo, podemos


citar: Lutjanus analis (Cuvier, 1828), e Lutjanus jocu (Bloch & Schneider, 1801),

como umas das espécies mais valorizadas desta família que são alvo da pesca

comercial no litoral brasileiro, principalmente na região nordeste do País.

Figura 2. Hipótese filogenética para Lutjanidae baseada em marcadores moleculares nucleares e mitocondriais (modificado de Gold et al., 2011).

0,05 substituições / sítio


Lutjanus analis, a cioba, é caracterizada por apresentar: coloração rósea

esverdeado; presença de linhas azuis abaixo do olho e mancha escura acima da

linha lateral abaixo da primeira dorsal; nadadeira caudal angulada levemente

furcada; nadadeira dorsal com 10 espinhos e 14 raios moles (raramente 11 e 15

respectivamente); nadadeira anal com 3 espinhos e 8 raios moles; nadadeiras

pélvicas, porção anterior da anal e caudal são avermelhadas (Lessa & Nóbrega,

2000) (Figura 3).

Figura 3. Exemplar de Lutjanus analis. Barra = 5cm.

Lutjanus analis, apresenta distribuição costeira ao longo da plataforma

continental, encontrada em fundos de areia, baías, estuários e principalmente em

recifes de corais, distribuindo-se desde Massachusets (EUA), até o sudeste do

Brasil, incluindo o Mar do Caribe e o Golfo do México (Allen, 1985) (Figura 4).

Capturada com linha de mão, espinhel de fundo, redes de emalhe de fundo

e armadilhas para peixe além da pesca de mergulho; representa grande

importância para a pesca artesanal. Podem atingir um tamanho máximo de 85 cm

e os exemplares mais comuns medem em torno de 50 cm de comprimento médio

zoológico (Lessa & Nóbrega, 2000).


Figura 4. Mapa de distribuição geográfica de L. analis.

Lutjanus jocu, dentão, caracteriza-se por possuir coloração vemelho-

alaranjado; dentes caninos evidentes, com um dos pares maior e visível mesmo

com a boca fechada; mancha branca triangular no rosto abaixo dos olhos; nos

jovens não está presente, uma linha lateral azul descontínua, do focinho até o

opérculo; as vezes apresenta barras verticais; nadadeira anal arredondada.

Nadadeira dorsal com 10 espinhos e 13 ou 14 raios moles; nadadeira anal com 3

espinhos e 8 raios moles, com comprimento máximo de 85 cm e médio 42 cm de

comprimento zoológico (Lessa & Nóbrega, 2000) (Figura 5).


Figura 5. Exemplar de Lutjanus jocu. Barra = 5cm.

O dentão, é encontrado em águas costeira rasas, muito comum ao redor

de recifes e fundos de cascalhos e pedras, os indivíduos maiores habitam

profundidades de 30 a 35 metros, juvenis são encontrados em regiões de

manguezais, com distribuição geográfica desde o nordeste dos EUA até o

sudeste do Brasil, incluindo o Mar do Caribe e o Golfo do México e ilhas como

Atol das Rocas e Ascensão e Santa Helena (Allen, 1985) (Figura 6). Ao longo da

costa Nordeste brasileira, Lutjanus jocu pode ser encontrado em manguezais e

estuários, juvenis menores que sete centímetros, em regiões costeiras rasas,

ocupadas por indivíduos que variam de 10 a 30 cm e em recifes mais profundos,

indivíduos maiores que 40 cm (Freitas et al, 2011, Moura et al., 2011).


Figura 6. Mapa de distribuição geográfica de L. jocu.

1.5 Emprego de marcadores mitocondriais em estudos de genética

populacional

A possibilidade de utilizar a informação contida no DNA em trabalhos

sobre a história evolutiva e as relações filogenéticas entre espécies e populações,

abriu uma nova perspectiva nos estudos, que vão desde a filogenia e

filogeografia dos mais variados táxons até a geração de subsídios para sua

conservação e manejo.

Entre os fragmentos de DNA mais usados, o DNA mitocondrial (DNAmt)

tem recebido atenção especial (Avise, 1994). É utilizado em análises evolutivas

por apresentar taxa de mutação cerca de 10 vezes maior do que a de genomas

nucleares (Meyer, 1993), pela facilidade de isolamento de seus genes e também

pela habilidade em reter a história de isolamentos passados. Isto fornece

informações genéticas que permitem inferir relações entre táxons próximos e a

história da população de uma espécie, através de estudos de fluxo gênico,

especiação, sistemática e estrutura de populações (Avise, 1994).

Uma questão bastante peculiar quando tratamos de estudos referentes à

preservação de espécies marinhas é o significado da palavra estoque, geralmente

utilizada para caracterizar o conjunto de organismos que está dentro do alcance


dos barcos de pesca sob a jurisdição de um órgão administrativo, representando

a população de uma determinada espécie em uma área geográfica definida que

pode incluir indivíduos de sub-populações diferentes (Begg & Waldmam, 1999).

O conceito de estoque é essencial para o manejo de espécies ameaçadas

e/ou muito exploradas comercialmente. A partir do entendimento da estruturação

dos estoques, podem ser designadas medidas apropriadas de manejo, sejam

conservacionistas ou exploratórias (Begg & Waldmam, 1999). Neste contexto, o

conhecimento da variação genética intra-específica é fundamental para a

utilização e conservação dos recursos genéticos naturais e da biodiversidade

(Tzeng et al., 2004; Zhang et al., 2006).

A variabilidade genética é o tópico central da conservação biológica. Áreas

fragmentadas onde existem pequenas populações estão propensas à endogamia

e deriva genética resultante da subdivisão. A endogamia pode atuar favorecendo

a expressão de determinados alelos deletérios recessivos, diminuindo num curto

espaço de tempo o valor adaptativo de populações, nas quais ocorre perda de

diversidade alélica (redução da heterozigosidade).

O declínio na variabilidade genética pode inibir no futuro a adaptação do

organismo às mudanças ambientais e consequentemente limitar seu potencial

evolucionário, a restrição do fluxo gênico pode levar essas populações a um

possível risco de extinção (Morin et al., 2010).

A terminologia aplicada para determinação de fluxo gênico, em modelos

populacionais, é confusa por apresentar muitos significados para os termos

migração e dispersão, que podem se referir às condições diversas quando

correlacionados ao fluxo gênico. Em geral, migração pode ser definida como

qualquer movimento, incluindo movimentos cíclicos que podem regularmente

retornar o organismo ao seu local de origem. Em contraste, o termo dispersão é

mais precisamente restrito para movimentos que aumentam a distância entre os

organismos ou gametas da fonte dispersora (Nigel, 1997).

Neste contexto, fluxo gênico é definido como movimento de genes em

populações e, portanto, inclui todos os movimentos de gametas a indivíduos que

efetivamente trocam genes na distribuição espacial (Nigel, 1997), ou em um termo

coletivo que inclui todos os mecanismos que resultam no movimento de alelos de

uma população para outra (Slatkin, 1985), desta forma, a taxa de fluxo gênico


influencia o tamanho efetivo da população, contrapondo-se aos efeitos da deriva

genética.

Os dados produzidos com utilização de marcadores moleculares podem

ser usados em diferentes aplicações, como por exemplo, para estimar níveis de

heterozigosidade e relacioná-los com parâmetros importantes na sobrevivência de

espécies; analisar estruturas populacionais, estimando a distribuição espacial e

temporal de populações em relação ao fluxo gênico, permitindo o

desenvolvimento de políticas conservacionistas adequadas para parques e

reservas; em estudos de sistemática molecular, permitindo examinar a

biodiversidade e os níveis de endemismo e cosmopolitismo de espécies, entre

outras aplicações (Duarte et al., 1999; Solé-Cava, 2001).

Portanto, podem ser vistos como ferramentas fundamentais e promissoras

no estudo de dinâmica populacional de espécies comercialmente exploradas,

como no caso de sobrepescas e espécies ameaçadas de extinção para favorecer

a estruturação de planos de manejo adequados a exploração sustentável ou ao

defeso desses organismos.

Em peixes, o genoma mitocondrial (Figura 7) tem comprimento variando

de 15,2 a 19,8 kb (Billington & Hebert, 1991) e contém informações específicas

de 2 genes de RNA ribossômico (12S e 16S), 22 de RNA transportador, 13 genes

codificadores de proteínas e uma região chamada região controle, D-loop, (Avise

et al., 1986; Meyer, 1993; Avise, 1994).

Várias regiões do genoma mitocondrial vêm sendo estudadas em peixes

como marcadores, sendo utilizadas de forma eficaz para tratar diferentes níveis

de questões taxonômicas (Stepien & Kocher, 1997). Diferentes estudos

realizados no País e em outras regiões têm demonstrado a eficiência de

diferentes marcadores moleculares, tais como, rRNA 16S, que se mostrou um

excelente marcador molecular espécie específico em peixes (Santos et al., 2003;

Vinson et al., 2004; Fraga, 2005), já a região do Citocromo b e região controle (D-

loop) têm sido utilizadas em estudos populacionais (Santos et al., 2003;

Rodrigues, 2004; Gomes, 2005; Rodrigues-Filho, 2005; Santos et al., 2006;

Santa-Brígida, 2007).


Figura 7. Esquema do genoma mitocondrial com região D-loop em

destaque. Modificado de Shadel & Clayton (1997).

Dentre as diferentes regiões do genoma mitocondrial, uma região que vêm

sendo amplamente utilizada em estudos de genética populacional é a região

controle, também chamada de alça-D ou D-loop (Displacement loop structure),

não é codificadora de proteínas. Como o nome sugere, controla a replicação do

DNA mitocondrial. Nela estão contidos os sítios de iniciação de replicação da fita

pesada e os promotores de transcrição das fitas leve e pesada (Brown et al.,

1986). Esta região está localizada entre os genes RNA transportador da prolina e

o RNA transportador da fenilalanina (Hoelzel et al., 1991; Donaldson & Wilson,

1999).

A região controle apresenta taxa de mutação mais elevada do que as

outras regiões mitocondriais (Vigilant et al., 1991; Meyer, 1993), mesmo dentro da

alça-D existem regiões que são mais variáveis (Rocha-Olivares et al., 1999;

Samonte et al., 2000; Garber et al, 2004; 2005). A taxa evolutiva da região

controle é duas a cinco vezes mais rápida que o restante do genoma mitocondrial

(Meyer, 1993).

Em estudos populacionais, a região controle tem sido uma das mais

utilizadas, uma vez que sua alta variabilidade nucleotídica tem se mostrado útil


para a análise de relações entre táxons que divergiram recentemente (Stepien &

Kocher, 1997).

Vários trabalhos com peixes utilizaram esta região do genoma mitocondrial

em estudos populacionais com diferentes taxas evolutivas para a região, algumas

delas podem ser consideradas um tanto conservadoras, visto a rápida taxa de

mutação desta região. Koskinen et al. (2002) utilizou uma taxa de mutação de 0,5

e 2% por milhões de anos para Salmonidae. Donaldson & Wilson (1999)

calibraram uma taxa de divergência para região controle de 3,6% por milhões de

anos para Percoidei. Uma taxa de 6,5-8,8% por milhões de anos foi usada para

ciclídeos (Sturmbauer et al., 2001) e 10% por milhões de anos para Sparidae

(Bargelloni et al., 2003).

Portanto, a alta taxa de mutação da região controle tem se mostrado útil

em estudos de estrutura genética e filogeografia de peixes. A estrutura genética

de Mugil cephalus do Golfo do México, Atlântico e Pacífico foi avaliada usando a

região controle mitocondrial. As análises revelaram ausência de estruturação

genética e filogeográfica entre as amostras do Golfo e Atlântico, indicando a

existência de uma população panmítica, com alto nível de fluxo gênico entre

essas populações. Por outro lado, uma alta divergência genética foi verificada

entre as amostras do Atlântico e Pacífico (Rocha-Olivares et al., 2000).

A variabilidade genética e a estrutura populacional de Scomber scombrus

e S. japonicus ao longo do Mar mediterrâneo e Leste do Oceano Atlântico foram

investigadas por Zardoya et al. (2004). Os resultados obtidos através da região D-

loop mostraram que as populações de S. japonicus formam uma grande

população panmítica ao longo da área estudada, enquanto, as populações de S.

scombrus do Leste do Atlântico encontram-se separadas das populações do

oeste do Mar Mediterrâneo.

A estrutura populacional e a história demográfica de Pleuragramma

antarcticum foi investigada por Zane et al. (2006) utilizando D-loop do DNA

mitocondrial. As análises demográficas indicaram que todas as populações

apresentaram desvios de neutralidade, sugerindo um passado de expansão

demográfica, que foi apoiado por uma filogenia em forma de estrela e pelo padrão

unimodal da distribuição das diferenças par a par dos haplótipos. As análises de

variância molecular (AMOVA) indicaram uma fraca estrutura populacional para

esta espécie.


Lu et al. (2006) utilizaram sequencias completa da região controle do DNA

mitocondrial para investigar a estrutura genética de Xiphias gladius coletadas no

oceano Índico (sete populações) e Pacífico (duas populações). As análises de

AMOVA e Fst detectaram subdivisão populacional, indicando que as amostras

coletadas ao norte de Madagascar e na Baia de Bengal (oceano Índico) formaram

dois grupos distintos quando comparados com as outras populações do oceano

Índico e Pacífico. Os autores sugerem que a estrutura dos estoques de X. gladius

no Indo-Pacífico pode ser sumarizada nos seguintes grupos: uma área ao norte

de Madagascar, na Baia de Bengal e outra compreendendo o restante do oceano

Índico e Pacífico.

Garber et al. (2004) analisaram a estrutura genética populacional de

Lutjanus campechanus do Golfo do México e costa atlântica da Flórida, usando

cerca de 300 pares de base da região controle mitocondrial. Os autores

verificaram que essas populações não apresentam padrões de estruturação

genética, sendo consistente com a hipótese que L. campechanus é constituído

por uma única população panmítica ao longo da área amostrada.

Estudos populacionais, principalmente genéticos, envolvendo a dinâmica e

distribuição de estoques das espécies L. analis e L. jocu no litoral brasileiro, são

inexistentes, por consequência, não sabe-se até presente data qual dos modelos

populacionais anteriormente citados para L. purpureus e O. chrysurus, poderia ser

aplicado a estas espécies, com algumas informações advindas para L. analis do

Atlântico Norte (Shulzitski et al., 2009, Carson et al., 2011), apresenta-se por tanto

de fundamental importância estudos populacionais para estas duas espécies

objetivando-se indicar se L. analis e L. jocu, apresentaria algum tipo de

estruturação populacional ao longo do litoral do Brasil.


2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

De acordo com o exposto, tem-se como objetivo geral: Avaliar a

variabilidade genética de Lutjanus analis e Lutjanus jocu usando a região controle

do DNA mitocondrial.

2.2 Objetivos específicos

I. Determinar os padrões de estruturação populacional, através da

diversidade genética intra e interpopulacional nas espécies analisadas

de lutjanídeos, ao longo da costa brasileira;

II. Identificar possível depreciação na variabilidade genética das espécies

analisadas.

III. Estimar o número efetivo populacional de fêmeas para as espécies nas

diferentes localidades de coleta.

IV. Determinar os possíveis padrões de história demográfica para as

espécies analisadas neste trabalho.

V. Determinar possíveis divergências de estoques pesqueiros nas áreas

analisadas para as espécies em estudo.


3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Capítulo I

Diversidade genética em Lutjanus analis (Cuvier, 1828) e

evidências de panmixia ao longo do litoral brasileiro revelado por

análises de DNA mitocondrial


Diversidade genética em Lutjanus analis (Cuvier, 1828) e evidências de

panmixia ao longo do litoral brasileiro revelado po r análises de DNA

mitocondrial

Eurico Azevedo Dias Júnior*; Allyson Santos de Souza; Marcelo Nazareno Vallinoto de Souza e Wagner Franco Molina

Departamento de Biologia Celular e Genética, Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio

Grande do Norte, Natal, RN, Brasil.

* Autor correspondente

Eurico Azevedo Dias Júnior Departamento de Biologia Celular e Genética, Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Campus Universitário, s/n, Lagoa Nova, CEP 59078-970, Natal-RN, Brasil E-mail: [email protected] ** Este trabalho nunca foi publicado parcial ou integralmente. Resumo Lutjanus analis (mutton snapper) com extensa distribuição geográfica no Atlântico têm sido historicamente sobrexplorada ao longo da costa brasileira mesmo na ausência de informações sobre o status de divergência genética de suas populações. Análises das sequências hipervariáveis HVR 1 do DNA mitocondrial de 81 indivíduos de extensa área do litoral brasileiro revelaram valores de

diversidade haplotípica (h) entre 0,985 - 1,0 e nucleotídica (π) entre 0,029-0,033, sugerindo alta variabilidade genética para a espécie. Os testes de Tajima`s D e Fu`s Fs negativos, indicam um processo de expansão populacional que foi calculado com dados de coalescência entre 13.000- 61.000 anos antes do presente, cujos padrões histórico-demográficos demonstram terem sofrido efeitos dos eventos ocorridos no Pleistoceno. Já os valores de Fst, foram iguais a zero, com um valor final para o conjunto de dados igual a - 0,0049 (p = 0,545) indicando que L. analis, nesta região do Atlântico, pode ser considerada como uma única população panmítica com alta diversidade genética e com altos valores de número efetivo populacional Nef igual 58.200. Palavras-chave: Lutjanidae, filogeografia, cioba, região HVR 1, panmixia.


Abstract Lutjanus analis (mutton snapper) with extensive geographic distribution in the Atlantic have historically been overexploited along the Brazilian coast in the absence of information about the status of genetic diversity of their populations. Analysis of the hypervariable HVR 1 sequences of the mitochondrial DNA of 81 individuals from a large area of the Brazilian coast, showed values of haplotype

diversity (h) from 0.985 to 1.0, and nucleotide (π) between 0.029 to 0.033, suggesting high genetic variability for the species. The tests of Tajima `s D and Fu` s Fs negative, indicating a process of population expansion that was calculated with data of coalescence between 13,000 to 61,000 years before present, whose historical and demographic patterns have been demonstrated effects of events in the Pleistocene . The values of Fst were equal to zero, with a final value for the data set equal to - .0049 (p = 0.545) indicating that L. analysts, this region of the Atlantic, can be considered as a single panmitic population with high genetic diversity and high values of effective population number equal to 58,200 Nef.

Keywords: Lutjanidae, phylogeography, mutton snapper, HVR1, panmixia.


1. Introdução

Dados genéticos são críticos no desenvolvimento de estratégias para a

delimitação de populações e conservação de espécies marinhas. A identificação

de fronteiras geográficas ou caracteres diagnósticos para subunidades genéticas

distintas desempenham um papel cada vez mais importante na definição de

espécies ameaçadas e unidades de conservação. Estas informações têm impacto

direto sob políticas de conservação e manejo (Morin et al., 2010).

Um pré-requisito essencial para a gestão sustentável da pesca é a

adequação entre os processos biológicos e as medidas de gestão, neste sentido,

as populações são as unidades biológicas centrais do processo. Apesar disto

padrões de distribuição espacial da diversidade genética ainda são raros para a

maioria das espécies comercialmente exploradas (Reiss et al., 2009).

A família Lutjanidae no Atlântico Ocidental, assim como em toda sua área de

distribuição geográfica, constitui um importante recurso pesqueiro (Allen, 1985;

Watanabe et al., 1998; Burton, 2002; Graham, 2008). No litoral do Brasil 12

espécies do gênero Lutjanus vêm sendo intensamente exploradas pela pesca

(Rezende et al., 2003).

Entre estas, Lutjanus analis (Cuvier, 1828), espécie distribuída em águas

temperadas e tropicais desde à Florida até o Sudeste do Brasil, representando

um recurso importante para comunidades costeiras devido ao grande valor

comercial (Rezende et al., 2003). Apesar disto dados sobre a estrutura

populacional, baseado em marcadores moleculares, que conduzam a uma

adequada estratégia de exploração não estão disponíveis. Isto torna-se

particularmente necessário uma vez que estima-se que diante da sobrexploração,

sua captura deveria sofrer uma redução de 80% a 90% (Frédou et al., 2009).

Apesar do conhecimento sobre diversos aspectos biológicos (e.g. Burton et

al., 2005; Resende et al., 2003; Mattos & Maynou, 2009; Teixeira et al., 2010) e

de algumas iniciativas no cultivo da espécie (Watanabe et al., 1998), dados

genéticos das populações são reduzidos (Shulzitski et al., 2009; Carson et al.,

2011), e ausentes para a extensa área representada pela Província brasileira.

Visando determinar o nível de conectividade populacional de L. analis ao

longo do litoral brasileiro, foram analisadas sequências hipervariáveis HVR 1 da

região D-loop do DNA mitocondrial de espécimes de quatro localidades


distribuídas do Nordeste ao Suldeste do Brasil, abrangendo cerca de 2.500 km

entre os pontos mais extremos amostrados. A alta homogeneidade genética e

diversidade haplotípica são aqui analisadas quanto à existência de uma grande

população panmítica no litoral brasileiro.

2. Material e Métodos

2.1 Coleta de material biológico

Foram coletadas amostras de tecido muscular ou hepático de 81 exemplares

de L. analis provenientes de pesca artesanal ao longo do litoral do Brasil (Figura

1). Um total de 27 indivíduos foram obtidos no litoral de Fortaleza, Estado do

Ceará (03º37'22,75'' S, 38º19'19,13'' O); 29 exemplares de Natal, Estado do Rio

Grande do Norte (5º44'5,29'' S, 35º4'3,94'' O); 17 de salvador, Estado da Bahia

(12º57'54,19'' S, 38º17'46,77'' O) e oito exemplares de Vila Velha, Estado do

Espírito Santo (20º22'53,10'' S, 40º15'32,32'' O). As amostras de tecido foram

acondicionadas em microtubos de 2,0 ml contendo solução fixadora de DNA

composta por álcool etílico 95º e armazenados a temperatura de -20°C. Os

exemplares foram identificados de acordo com Allen (1985).

Figura 1. Sítios de coleta de Lutjanus analis ao longo de regiões do nordeste ao sul do

litoral do Brasil. CE – Ceará; RN – Rio Grande do Norte; BA – Bahia; ES – Espírito

Santo).


2.2 Extração de DNA e amplificação da região contro le do DNA mitocondrial

A extração de DNA foi baseada no protocolo de Sambrook et al. (1989). O

tecido muscular foi incubado em tampão de extração a 37 °C por 1 hora na

presença de RNAse (ribonuclease), seguido de mais 2 - 4 horas de incubação a

55 °C com proteinase K. O DNA total foi extraído com fenol-clorofórmio-álcool

isoamílico (25:24:1) e precipitado com NaCl 5M e isopropanol 100%.

Para cada amostra de DNA a região hipervariável 1 (HVR1) da região

controle do DNA mitocondrial foi amplificada através dos Primers iniciadores L1

(5' CCTAACTCCCAAAGCTAGGTATTC 3') e H2 (5'

CCGGCAGCTCTTAGCTTTAACTA 3') (Gomes et al., 2008). Para as reações de

PCR foram utilizados 4 µl de DNTP mix (1,25 mM), 2,5 µl de tampão (10x), 1 µl de

MgCl2 (50 mM), 1,0 µl de cada iniciador (10 pmol/µl), 1-2 µl de DNA total, 0,2 µl de

Taq DNA Polimerase (5U/µl) (Invitrogen, EUA) e água ultra pura para um volume

final de 25 µl de reação, realizadas nas seguintes condições: desnaturação inicial

a 94 ºC por 2 minutos; 30 ciclos de desnaturação a 94 ºC por 30 segundos,

hibridização a 57 ºC por 1 minuto, extensão a 72 ºC por 2 minutos; e uma

extensão final a 72 ºC por 5 minutos. Os produtos da PCR foram purificados com

ExoSAP-IT® (USB) conforme recomendação do fabricante.

2.3 Sequenciamento da região controle do DNAmt

Para sequenciar os produtos de PCR utilizou-se o kit de reação BigDye

Terminator v3.1 na reação de marcação de bases. A solução de reação foi

composta de 3,5µL de Tampão Save-Money (MgCl2 1M; Tris-HCl 1M pH=9,0;

água q.s.p.200mL), 0,5µL de BigDye (Big DyerTerminator V3.1 9 Cycle

Sequencing Kit, Applied Biosystems) e 2µL do oligonucleotídeo iniciador a 3

pmol/µL. Utilizou-se uma placa de 96 cavidades adicionando-se a cada cavidade

3µL de água ultra pura, 1µL da amostra a ser seqüenciada e 6µL da solução de

reação. No final de todas as etapas, as amostras foram levadas ao seqüenciador

automático MegaBACE1000, seguindo as recomendações do fabricante.


2.4 Análise dos Dados

As sequências nucleotídicas para a região HVR1 do DNAmt com números

de acesso do GenBank (JQ727916-JQ72996), foram checadas e corrigidas

manualmente e alinhadas através do Clustal W (Thompson et al., 1994)

implementado no BioEdit 7.0.5.3 (Hall, 1999).

O melhor modelo evolutivo para as sequências analisadas foi definido

através do software JModeltest 0.1.1 (Posada, 2008), indicando o modelo

TIM2+I+G com gama = 0,318. O programa Arlequin 3.5.1.2 (Excoffier & Lischer,

2010) foi utilizado para estabelecer os índices de diversidade haplotípica (h) e

nucleotídica (π) de Nei (1987) e diferenciação genética entre as localidades, Fst

com testes de significância baseados em 10.000 permutações.

Complementarmente, análises de variância molecular (AMOVA) (Excoffier et al.,

1992) foram implementadas através do Arlequin para verificar possíveis

estruturações entre as diferentes regiões geográficas analisadas.

Análises de expansões demográficas históricas foram determinadas através

dos testes de neutralidade Fu's Fs (Fu, 1997) e Tajima's D (Tajima, 1989), com

10.000 permutações. A expansão populacional também foi investigada através da

distribuição mismatch com base nas frequências das diferenças par-a-par dos

haplótipos (Rogers & Harpending, 1992). O tempo de expansão expressa em

unidades de tempo mutacional Tau (τ) (Rogers & Harpending, 1992; Rogers,

1995) foram estimados através de uma abordagem não-linear de mínimos

quadrados generalizados e os intervalos de confiança dos parâmetros foram

calculados utilizando uma abordagem paramétrica de bootstrap (Schneider &

Excoffier, 1999).

Valores de τ foram transformados em tempo real, desde o tempo estimado

de expansão, através das equações, u = µmt, onde u representa a taxa

mutacional por geração, µ (mi) taxa de mutação estimada para a sequência

analisada; mt é a quantidade de bases nucleotídicas. O intervalo de tempo de

expansão foi calculado através de τ = 2ut, onde t é o tempo estimado de

ocorrência da expansão desde então. Para tanto, utilizou-se o tempo de geração

de 4 anos para L. analis (Burton, 2002). Baseado nos dados de coalescência,


também foram estimados os números efetivos de fêmeas (Nef), onde Theta W =

2(Nef)u (Watterson, 1975).

3. Resultados

3.1 Diversidade molecular

As amplificações por PCR da região hipervariável 1 (HVR1) do DNAmt das

81 amostras produziu uma sequência de 493pb. Entre os 72 haplótipos

determinados foi encontrado um total de 245 sítios polimórficos e 262

substituições nucleotídicas entre as amostras (39 transversões e 223 transições).

As sequências não apresentaram evidências de saturação entre transições e

transversões (ts/tv). Entre o total de haplótipos apenas cinco foram compartilhados

dentro e entre as diferentes localidades.

As sequências analisadas apresentaram o conteúdo A/T (61,7%) maior que

o G/C (38,3%). As amostras apresentaram alta variabilidade genética quanto à

diversidade haplotípica (h) e nucleotídica (π), cujos valores variaram

respectivamente de 0,985 a 1,0 e 0,029 a 0,033 (Tabela 1). Os altos valores de h

e π encontrados são compatíveis com o pequeno número de haplótipos

compartilhados.

Tabela 1. Características moleculares e de diversidade genética entre sequências D-loop DNAmt de Lutjanus analis por localidade.

Localidades N H Lp ts tv h π

Ceará (CE)

27

23

64

61

9

0,985 ± 0,012

0,032 ± 0,015

Rio Grande do Norte (RN)

29 29 76 69 11 1,000 ± 0,009 0,032 ± 0,016

Bahia (BA)

17 17 63 55 13 1,000 ± 0,020 0,033 ± 0,016

Espírito Santo (ES) 8 8 42 38 6 1,000 ± 0,062 0,029 ± 0,016

N – número de indivíduos, H – número de haplótipos, Lp – número de loci polimórficos, ts – número de transições, tv – número de transversões, h – diversidade haplotípica e π – diversidade nucleotídica.


3.2 Estrutura genética populacional

Os índices de Fst (Tabela 2) variaram de 0, entre as diferentes localidades,

a 0,053 entre Bahia e Espírito Santo, no entanto não significativo (p>0,05).

Tabela 2. Diferenciação genética entre as populações de Lutjanus analis a partir da estimativa de FST e valores de p, respectivamente abaixo e acima da diagonal. Nível de significância (p<0,05)

A ausência de estruturação populacional sugerida pelo Fst foi validada

através da análise de variância molecular (AMOVA). As amostras das diferentes

localidades foram consideradas uma única população, como predito pelos índices

de Fst encontrados. A AMOVA indicou ausência de variância entre as populações

(Tabela 3).

Tabela 3. Análise de variância molecular AMOVA de L. analis baseado nos índices de Fst entre as diferentes localidades amostradas.

Fonte de Variação GL SD Variância Variação %

Entre populações

3 20,718 -0,037 Va - 0,50

Dentro da população 77 587,208 7,620 Vb 100,50

Total 80 607,926 7,588 Fst = - 0,0049 (p = 0,545)

Localidades

geográficas Ceará Rio Grande do Norte Bahia Espírito Santo

Ceará

—------- (p=0,722) (p=0,762) (p=0,167)

Rio Grande do Norte

- 0.013 —------- (p=0,908)

(p=0,218)

Bahia

- 0.019 - 0.023 —------

(p=0,116)

Espírito Santo 0.034 0.014 0.053

—------


3.3 História demográfica

Diferentes parâmetros populacionais de expansão aplicados para o

conjunto de dados analisados não apresentaram valores inteiramente

concordantes. A distribuição mismatch revelou um padrão tipicamente bimodal

para todas as localidades (Figura 2), o que é compativel com populações estáveis

ao longo do tempo ou que sofreram contatos secundários (Grant & Bowen, 1998;

Rogers & Harpending, 1992).

Figura 2. Distribuição mismatch das diferenças par-a-par para a espécie L. analis barra contínua frequência observada e linha pontilhada frequência esperada.

O teste de Tajima D, apresentou valores negativos, mas não significativos,

para todas as populações, compatíveis com estabilidade populacional. Entretanto,

a estatística Fs (Fu), desenvolvida para detectar expansão populacional e mais

sensível para este tipo de análise (Ramos-Onsins & Rozas, 2002), apresentou

valores negativos e significativos (P<0,05), concordante com expansão

populacional demográfica recente para todas as localidades, exceto o ES

(P>0,05) (Tabela 4).


Os dados de coalescência baseados no Tau (τ) que variaram de 2,58 a

19,88, indicaram um período de expansão populacional entre 13.795 e 61.100

anos antes do presente para as diferentes localidades e entre 17.175 - 19.385,

quando considerada uma única população . Este dado não foi calculado para o

ES em virtude da ausência de indicação de expansão para a mesma. Já o Nef

para as diferentes localidades, com base no Theta de Watterson (W), revelaram

valores que variaram de 44.161 (ES) a 51.372 (RN) e um valor de 58.200 quando

considerada uma única população panmítica (Tabela 4).


Tabela 4. Índices dos testes de neutralidade, expansão populacional e Nef para Lutjanus analis ao longo do litoral do Brasil.

Locais Tajima´s D FS Fu Distribuição Mismatch

D p Fs p W Nef τ Tempo da expansão (ma)

CE - 0,05 0,58 - 8,32 0,00 16,34 44.559 5,06 13.631 - 15.385

RN - 0,58 0,28 - 16,78 0,00 18,84 51.372 9,04 24.646 - 27.816 BA - 0,31 0,40 - 6,85 0,00 18,63 50.805 19,88 54.200 - 61.171

ES - 0,62 0,30 - 1,47 0,13 16,19 44.161 2,58 ----------------------------

Total - 0,82 0,23 - 24,16 0,00 21,34 58.200 6,30 17.175 - 19.385

Tajima´s D = Estatística de Tajima (Tajima, 1989); FS Fu = Estatística de Fu (Fu, 1997); W. = theta de Watterson; Nef = número efetivo de fêmeas; τ =

(tau) Unidade de crescimento populacional; ma = Milhares de anos, respectivamente. Nível de significância P< 0,05. Tempo de geração de 4 anos.


4. Discussão

4.1 Diversidade genética e estrutura populacional d e L. analis

4.1.2 Diversidade genética

L. analis apresenta uma alta variabilidade genética em relação às

sequências HVR 1 da região controle do DNA mitocondrial. Esta condição se

reflete em um alto nível de diversidade haplotípica (h) e diversidade nucleotídica

(π), assim como na pequena quantidade de haplótipos compartilhados entre as

localidades (cinco em 72 haplótipos). Uma alta diversidade genética deste tipo é

esperada para populações sem depressão genética. Os valores de AT/GC

encontrados foram compatíveis com outros estudos para região controle do

DNAmt (Brown et al., 1986; Saccone et al., 1987; Chiang et al., 2006; Kong et al.,

2010), obedecendo ao padrão A > T > C > G (Sbisà et al., 1997).

Os peixes marinhos podem ser divididos em quatro categorias em relação à

diversidade haplotípica e nucleotídica das seqüências de DNAmt (Grant & Bowen,

1998). Desta forma, a priemira categoria representada por populações com baixos

valores de h e π; a segunda com altos valores de h e baixos valores de π; a

terceira com pequenos valores de h e altos valores de π; e a quarta com altos

valores de h e π.

A cioba se enquadra na última categoria listada, com h variando de 0,985 a

1,0 e valores de π entre 2,9% e 3,3%. Este perfil genético é compatível com a

hipótese de contatos secundários entre linhagens alopátricas previamente

diferenciadas (Grant & Bowen, 1998). Outras espécies de lutjanídeos têm

revelado valores similares L. campechanus (h = 0,93 - 1,0 e π = 1,8% a 2,5%)

(Garber et al., 2004), L. erythropterus (h = 0,99 e π = 3,0%) (Zhang et al., 2006), L.

purpureus (h = 0,99 e π = 2,7%) (Gomes et al., 2008).

Apesar de L. analis ser uma espécie em processo de sobrepesca no litoral

Nordeste brasileiro (Frédou et al., 2009) e considerada vulnerável (IUCN, 2011), o

efeito deste aspecto não pôde ser detectado diretamente sobre a variabilidade

genética de L. analis, o que não significa que a diversidade genética não sofra


impactos dessa condição. A alta variabilidade apresentada pode ser reflexo de

uma variabilidade ancestral não perdida nas seis décadas de exploração da

espécie ou devido à característica neutra do marcador molecular.

Entretanto, têm sido apontado para espécies marinhas e de água doce, que

baixos valores de h e π podem ser consequência da sobre-exploração da espécie

ocasionando baixa variabilidade genética (Rodrigues et al., 2008). Além do que,

em peixes marinhos a ausência de estruturação populacional e baixa diversidade

genética, identificadas por marcadores de DNAmt, podem representar uma

característica comum, acentuada nas ultimas décadas pela deterioração dos

ambientes marinhos e pressão da atividade pesqueira (Sherman, 1994). Embora

estes sinais não obrigatoriamente representem invariavelmente depressão

endogâmica ou outro problema genético (Smith et al., 1991), reduções bruscas da

diversidade genética e a perda de alelos de baixa freqüência (não detectadas

pelas estimativas de heterozigozidade) podem ter consequências na viabilidade

evolutiva das espécies marinhas (Ryman, 1991). Portanto, apesar da larga base

genética sugerida pelas populações de L. analis, não se pode mensurar os efeitos

futuros advindos do crescente nível de exploração desta espécie.

4.1.3 Estrutura populacional

Os dados presentes demonstram um alto nível de similaridade genética entre

as localidades amostradas, independente de sua grande distância geográfica. De

fato, as análises comparativas da região controle do DNA mitocondrial (HVR1)

não sugerem estruturação ou sub-estruturação genética de L. analis na larga faixa

costeira do litoral brasileiro (2.500km). Desta forma esta espécie parece constituir

uma única unidade panmítica para a região do Atlântico Sul ao longo da costa do

Brasil. Uma condição semelhante de homogeneidade genética foi identificada por

meio de marcadores microssatélites para populações ao longo das regiões do

Caribe, Dry Tortugas e Flórida (Shulzitski et al., 2009). Mais recentemente

análises envolvendo populações de L analis, sobrepondo algumas áreas

anteriormente amostradas, confirmaram um padrão similar de homogeneidade

genética, tanto para marcadores microssatélites como DNA mitocondrial. Contudo,

extensas variações nos valores da população efetiva (Ne) e da ação de correntes

oceânicas atuantes entre as localidades amostradas foram apontadas como


indicadores de pelo menos dois estoques distintos de L. analis no mar Caribenho

e Florida Keys (Carson et al., 2011).

Um dos objetivos no estudo genético das populações é explicar os padrões

espaciais de distribuição da variabilidade genética e estruturação populacional. Os

fatores que influenciam nesta distribuição são muitos e variados (Lecchini &

Galzin, 2003), podendo tanto favorecer a homogeneização das populações em

largas áreas de distribuição (Bowen et al., 2001) ou promover forte estruturação

genética entre elas (Bernardi et al., 2001).

As relações entre fatores físicos, padrões de distribuição e abundância no

ambiente marinho, podem prover interessante percepção sobre o papel dos

processos físicos na estruturação de comunidades em peixes (Lecchini et al.,

2003). A dispersão exerce papel fundamental em vários aspectos da biologia,

manejo e conservação de muitas espécies de organismos marinhos com fase

larval pelágica.

Os peixes de recifes têm geralmente estágios larvais pelágicos entre

semanas ou meses, os quais são capazes de participar ativamente do processo

de dispersão (Mora & Sale, 2002). Neste contexto, o nível de estruturação

genética no ambiente marinho, parece resultar de uma complexa interação

histórica entre fatores como conectividade entre habitats, período larval pelágico,

ecologia da espécie e características das correntes marinhas reinantes.

É provável que características biológicas comuns a grande parte dos

lutjanídeos, como vida longa, crescimento lento, maturação sexual tardia e

formação de agregação em períodos específicos de desova (Claro, 1981; Allen,

1985; Graham et al., 2008), aliadas à possível conectividade ambiental e um

sistema de correntes oceânicas não restritivo ao fluxo gênico venham a favorecer

a homogeneização genética de L. analis na extensa área compreendida desde o

litoral nordeste ao sul do Brasil.

A panmixia tem sido apontada como uma condição presente em grande

parte das espécies marinhas. A alta conectividade genética entre populações tem

sido atribuída à dispersão de larvas pelágicas ou migração ativa de adultos, em

um cenário de barreiras físicas ausentes ou reduzidas (Avise et al., 1987; Rivera

et al., 2004).

De fato, em geral se tem verificado estruturação genética em espécies com

comportamento migratório restrito, curto período pelágico larval e naquelas sob


efeito de mecanismos ativos de retenção larval (Planes et al., 2001; Stepien et al.,

2001). Desprovida destas restrições, L. analis, ao contrário, apresenta uma

condição aparentemente sinérgica favorável ao estabelecimento de uma grande

população intercruzante.

O período larval pelágico relativamente longo, de 27 a 37 dias (Shulzitski et

al., 2009), aliado às condições oceanográficas do litoral do Atlântico Ocidental,

onde atua a Corrente do Brasil, fluindo no sentido nordeste/sudeste e a Corrente

Norte do Brasil no sentido nordeste/norte (Lumpkin & Garzoli, 2005), propiciam

condições particularmente favoráveis à homogeneização genética ao longo do

litoral brasileiro.

Embora ocorram áreas de agregações reprodutivas em lutjanídeos (Allen,

1985), inclusive L. analis (Graham et al., 2008) isto não está documentando para a

espécie na área estudada. Aparentemente, tais agregações podem ocorrer

(Teixeira et al., 2010), o que, favoreceriam a marcada homogeneização genética

apresentada. Outros estudos genéticos em lutjanídeos Atlânticos têm fornecido

indicações de espécies constituindo largas unidades genéticas comuns na

província brasileira. Nesta região, Ocyurus chrysurus, lutjanídeo pelágico,

representa um único estoque ao longo de mais de 2.000 km de distribuição,

apresentando uma estruturação somente em relação a população do Caribe

(Vasconcellos et al., 2008).

Ainda se desconhece o papel da barreira do Amazonas/Orinoco na

manutenção da continuidade genética de L. analis no Atlântico. Uma situação

mais complexa de estruturação genética parece ocorrer entre as espécies de

Lutjanidae no Caribe e adjacências, que tem sido apontada como promotora de

diversidade (Rocha et al., 2008). Nesta região, incluindo o Golfo do México e

costa da Flórida diferentes níveis de estruturação genética têm sido identificados.

Assim, nesta região, enquanto L. campechanus parece formar uma única

população panmítica (Garber et al., 2004), ou uma metapopulação (Saillant &

Gold, 2006), L. synagris, mostra marcada diferenciação em dois estoques

conspícuos (Karlsson et al., 2009).

Em outras regiões marinhas, como no Indo-Pacífico evidências de coesão

genética estão presentes em L. kasmira onde não se encontram sinais de

estruturação genética populacional ao longo de mais de 12.000 km, exceto para o

arquipélago de Marquesas (Gaither et al., 2010).


O potencial para a coesão genética de L. analis em áreas do litoral brasileiro,

como identificado em outros lutjanídeos de larga distribuição geográfica, poderia

acessoriamente mitigar efeitos-gargalo provocados pela intensa redução

populacional e interferências ambientais que atingem a espécie.

4.2 História Demográfica

Na família lutjanidae as relações filogenéticas entre espécies do Atlântico

Ocidental não são bem estabelecidas (Gold et al., 2011), da mesma forma os

padrões demográficos para as diversas espécies desta família. De acordo com

Gold et al. (2011), a hipótese filogenética e as estimativas de divergência de

linhagens indicam que as espécies de lutjanídeos que hoje habitam a região do

Atlântico Ocidental surgiram da diversificação de linhagens do Indo-Pacífico no

início do Mioceno - final do Oligoceno (19-23 M.a), dispersando-se no Atlântico

através da abertura do istmo do Panamá. Após a colonização, diversificação e

flutuações demográficas no Atlântico, os processos evolutivos envolvidos neste

grupo apenas começam a ser conhecidos.

A utilização de múltiplas abordagens permitiu identificar aspectos da história

demográfica de L. analis no Atlântico Ocidental. Apesar de alguma divergência

entre os índices, a expansão populacional parece ser a condição presente em

larga faixa de distribuição de L. analis, exceto para as regiões mais ao sul (ES),

que sugerem estabilidade.

Os índices D (Tajima, 1989) e Fs (Fu, 1997) em L. analis apresentaram

valores conflitantes, entretanto Fs mais sensível para identificação de súbitas

expansões populacionais (Ramos-Onsins & Rozas, 2002) se mostrou negativo e

significativo para a maioria das localidades, apoiando a hipótese de expansão

populacional súbita. Todos os índices demonstraram evidências de estabilidade

populacional para ES, embora o reduzido número amostral desta localidade possa

ter interferência nesta condição.

Algumas informações genéticas preliminares de outras espécies de peixes

recifais, tem sugerido uma reduzida mas consistente divergência genética para o

litoral do ES (Cunha, 2008; Souza, 2011). Estes dados, juntamente com os aqui

obtidos para L. analis, podem indicar um cenário evolutivo diferenciado para esta

região.


O período de datação das expansões populacionais para L. analis variaram

de 13.631 a 61.171 anos antes do presente, sendo compatíveis com o último

período glacial ocorrido entre 120.000 - 12.000 anos atrás (Martinson et al., 1987).

Neste aspecto, a história demográfica de L. analis parece estar relacionada com

mudanças ocorridas no ambiente marinho durante o Pleistoceno que afetaram a

biogeografia local ocasionando gargalos populacionais, assim como expansões da

distribuição de espécies, resultantes de ciclos de isolamento e contatos

secundários (Benzie, 1999; Lourie & Vicente, 2004).

Estes eventos do Pleistoceno, têm sido apontados como agentes

importantes nos padrões demográficos de outras espécies da família lutjanidae,

como L. kasmira, L. fulvus (Gaither et al., 2010) e L. erytrhopterus (Zhang et al.,

2006), além de várias outras espécies de peixes marinhos recifais (Domingues et

al., 2005; Gaither et al., 2011; Eble et al., 2011).

Entre os fatores atrelados à viabilidade evolutiva das espécies deve ser

considerado o número efetivo de fêmeas (Nef). O Ne representa o número efetivo

de indivíduos que realmente se reproduzem na população (Wright, 1931) e

contribuem para manter o equilíbrio entre a perda de variação genética adaptativa

devido à deriva genética e sua restituição por mutação (Schultz & Lynch, 1997).

Desta forma, representa um importante indicativo de resposta da população frente

às forças evolucionárias e ecológicas (Waples, 2010) e pertubações ambientais

(Anderson, 2005).

Embora o Nef determinado para L. analis, não represente necessariamente

o real valor contemporâneo, devido ao tipo de marcador utilizado e aos dados de

coalescência, seus valores são compatíveis aos encontrados em L. kasmira e L.

fulvus na região Indo-Pacífico (Gaither et al., 2010), e superiores ao Ne de L.

analis observado para região do Atlântico Norte (Carson et al., 2011), fornecendo

dados comparativos úteis a serem observados no estudo de genética de

populações de espécies marinhas (Hare et al., 2011). Estes valores se mostraram

relativamente elevados, que associados à alta diversidade haplotípica são

indicativos de resiliência a sobre-exploração dos estoques.

As análises das sequências da região HVR 1 do mtDNA sugerem que L.

analis no Atlântico Sul, distribuída ao longo do litoral brasileiro, representa um

único e grande estoque com alto nível de variabilidade genética e tamanho efetivo

populacional compatíveis com populações sem depreciação genética. A


habilidade de se utilizar de substratos rochosos, características biológicas e,

aparentemente, reduzidos obstáculos físicos à dispersão poderiam explicar a

ausência de estruturação genética para a espécie.

Nosso trabalho apesar de indicar que L. analis apresenta-se como uma única

população sem sub-divisões ao longo da costa brasileira com alta variabilidade

genética, não foi possível ao marcador utilizado acessar os níveis de depreciação

genética da espécie decorridos do processo de sua exploração, caso eles

existam, demonstrando que estudos futuros utilizando novos dados genômicos

devem ser conduzidos associados a estudos ecológicos com fins de conservação

da espécie, vista a importância de ambas as informações advindas destes para o

desenvolvimento de políticas de conservação e ou exploração sustentável de um

recurso natural.

Agradecimentos

Os autores deste manuscrito agradecem as comunidades de pescadores

artesanais das localidades geográficas utilizadas na pesquisa, aos biólogos

Priscilla Malafaia e Flávio P. Filho pela ajuda nas coletas, a aos órgãos

fomentadores de pesquisa no Brasil, CNPq e CAPES.


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Capítulo II

Filogeografia e história demográfica do dentão, Lutjanus jocu

(Perciformes, Lutjanidae) no litoral do Brasil


Filogeografia e história demográfica do dentão, Lutjanus jocu (Perciformes,

Lutjanidae) no litoral do Brasil

Eurico Azevedo Dias Junior*; Allyson Santos de Souza e Wagner Franco Molina

Departamento de Biologia Celular e Genética, Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio

Grande do Norte, Natal, RN, Brasil.

* Autor correspondente

Eurico Azevedo Dias Junior Departamento de Biologia Celular e Genética, Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Campus Universitário, s/n, Lagoa Nova, CEP 59078-970, Natal-RN, Brasil E-mail: [email protected] ** Este trabalho nunca foi publicado parcial ou integralmente. Resumo O dentão, Lutjanus jocu representa um importante recurso pesqueiro ao longo do litoral brasileiro com forte impacto socioeconômico em populações de pescadores artesanais. Apesar de intensamente explorada, aspectos da distribuição espacial da diversidade genética da espécie voltados para o monitoramento dos estoques pesqueiros ao longo da costa brasileira são desconhecidos. Amplificação de 394 pares de bases e posterior análises da região HVR1 do DNA mitocondrial em 100 exemplares distribuídas desde o litoral Nordeste ao Sudeste do Brasil (+- 2.500km), revelaram 91 haplótipos e 272 sítios polimórficos, além de altas

diversidades haplotípica (h) e nucleotídica (π), que variaram respectivamente de 0,991 a 1,0 e 0,035 a 0,038. Lutjanus jocu apresenta ausência de estruturação populacional pela AMOVA (Fst = - 0,01375, p=0.954) no litoral brasileiro e números efetivos Nef considerados altos (72.000). Dados de demografia histórica sugerem expansão populacional delineada por eventos de regressão e transgressão marinha ocorridos no Pleistoceno período indicado pelos dados de coalescência como datado para as expansões populacionais para a espécie entre 37.000 e 55.000 anos atrás. Evidências de uma única grande população panmítica em vasta região geográfica já identificadas para outras espécies de Lutjanidae sugerem a ação sinérgica de fatores biológicos e geográficos na homogeneização genética na área estudada. Estudos posteriores envolvendo populações ao norte da barreira do Amazonas-Orinoco, na região Caribenha, subsidiarão aspectos sobre a real integridade genética da espécie em todo o Atlântico. Palavras Chaves: dentão, conservação genética, DNA mitocondrial, estrutura genética.


Abstract Dog snapper, Lutjanus jocu represents an important fishery resource along the Brazilian coast with strong socioeconomic impact on populations of fishers. Although extensively explored aspects of the spatial distribution of genetic diversity of the species targeted for monitoring of fish stocks along the Brazilian coast are unknown. Amplification of 394 base pairs and subsequent analysis of the HVR1 region of mitochondrial DNA in 100 copies distributed from the coast to the Northeast Southeast Brazil (+- 2,500km), revealed 91 haplotypes and 272 polymorphic sites, and high haplotype diversity (h) and nucleotide (π), respectively ranging from 0.991 to 1.0 and from 0.035 to 0.038. Lutjanus jocu shows absence of population structure by AMOVA (Fst = - 0.01375 - p = 0954) in the Brazilian coast and Nef actual numbers are considered high (72,000). Data suggest that historical demography population expansion events outlined by regression and marine transgression occurred during the Pleistocene period indicated by the data of coalescence and dated to the expansions for the species population between 37,000 and 55,000 years ago. Evidence of a single large population in panmitic vast geographical area already identified for other species of Lutjanidae suggest the synergistic action of biological and genetic homogeneity in the geographical area studied. Further studies involving populations north of the Amazon-Orinoco barrier in the Caribbean region, subsidize aspects of the real genetic integrity of species across the Atlantic. Keywords: Dog snapper, conservation genetics, mitochondrial DNA, genetic structure.


1. Introdução

A família Lutjanidae é constituída por 17 gêneros com 103 espécies,

organizadas em quatro subfamílias, Etelinae, Apsilinae, Paradicichthyinae e

Lutjaninae, a qual possui cinco gêneros (Macolor, Ocyurus, Pinjalo, Rhomboplites

e Lutjanus).

O gênero Lutjanus possui 65 espécies, entre elas 12 de ocorrência no

Atlântico Ocidental (Allen, 1985). A exceção de Lutjanus alexandrei, endêmica da

costa brasileira, todas possuem distribuição desde a região caribenha até regiões

ao sul da costa brasileira (Moura & Lindeman, 2007).

Este gênero é constituído por peixes de médio a grande porte, predadores

demersais que em grande parte habitam manguezais durante seus estágios

juvenis e quando adultos passam a habitar ambientes marinhos de recifes de

corais ou fundos rochosos (Cocheret et al., 2003). Intensamente explorados em

todas as fases do desenvolvimento, representam um importante recurso nas suas

áreas de distribuição (Allen, 1985).

Uma das espécies de grande interesse na pesca e potencialmente de

cultivo, Lutjanus jocu, o dentão, apresenta ampla distribuição ao longo do Atlântico

Ocidental. Sua distribuição se estende da costa de Massachusetts (EUA) à costa

Sudeste do Brasil, incluindo Golfo do México, Mar do Caribe e ilhas oceânicas

(Allen, 1985).

A presença de características biológicas, em geral comuns aos lutjanídeos,

como vida longa, crescimento lento, maturação sexual tardia e formação de

agregações em áreas comuns de reprodução (Allen, 1985; Graham, 2008;

Teixeira et al., 2010), aliada à falta de estratégias específicas de exploração

sustentável (Frédou et al., 2009) torna o dentão vulnerável quanto à sua

conservação.

Lutjanus jocu, apresenta comportamento ontogenético de partição de

habitat ao longo da costa Nordeste brasileira. Juvenis menores que sete

centímetros podem ser encontradas em manguezais e estuários. Enquanto que

em regiões costeiras rasas são encontrados indivíduos que variam de 10 a 30 cm

e em recifes mais profundos, indivíduos maiores que 40 cm (Freitas et al, 2011,

Moura et al., 2011).


Estudos envolvendo genética de populações são escassos para espécies

atlânticas da família Lutjanidae (Garber et al., 2004; Zhang et al., 2006; Li & Chu-

Wu, 2007; Karlsson et al., 2009), e insuficientes para o Atlântico Ocidental (Salles

et al. 2006; Gomes et al. 2008; Vasconcellos et al. 2008). Apesar da abundância

relativa e importância produtiva e ecológica de L. jocu, não existem dados sobre a

diversidade genética apresentada pela espécie ao longo de sua área de

ocorrência no Atlântico. O conhecimento da variação genética intra-específica é

fundamental para a utilização e conservação dos recursos genéticos naturais e da

biodiversidade (Tzeng et al., 2004; Zhang et al., 2006) e compreensão dos seus

aspectos evolutivos.

Neste trabalho é avaliada a variabilidade e estrutura genética de amostras

geográficas de Lutjanus jocu ao longo de larga faixa costeira do litoral brasileiro,

através da análise da região hipervariável 1 do DNA mitocondrial (HVR1). As

evidências obtidas implicam na ação sinérgica de fatores biológicos e históricos

na modelagem do padrão genético apresentado pela espécie.

2. Material e Métodos

2.1 Coleta de material biológico Foram coletadas amostras de tecido muscular ou hepático de 100

exemplares de L. jocu ao longo do litoral do Brasil, provenientes de pescarias de

embarcações de pequeno porte. As amostras foram compostas por 31 indivíduos

de Fortaleza-CE (03º37'22,75''S, 38º19'19,13''W); 39 indivíduos de Natal-RN

(5º44'5,29''S, 35º4'3,94''W); 14 indivíduos de Salvador-BA (12º57'54,19''S,

38º17'46,77''W) e 16 indivíduos de Vila Velha-ES (20º22'53,10''S, 40º15'32,32''W)

(Figura1). Fragmentos de tecido foram acondicionados em microtubos de 2,0 ml

com álcool etílico 95º e armazenados à temperatura de -20°C. Os exemplares

foram identificados conforme chave taxonômica de Allen (1985).

Estrutura genético populacional de cioba e dentão no litoral brasileiro

Figura 1. Sítios de coleta de Ceará; RN – Rio Grande do Norte; BA Espírito Santo (Região Sudeste do Brasil).

2.2 Extração de DNA e a A extração de DNA foi baseada no protocolo de Sambrook


presença de RNAse (ribonuclease), seguido de mais 2

55 °C com proteinase K. O DNA tota

isoamílico (25:24:1) e precipitado com NaCl 5M e isopropanol 96º.

A região HVR 1 da região (D

através de PCR usando os

e H2 5’-CCGGCAGCTCTTAGCTTTAACTA


Sítios de coleta de Lutjanus jocu ao longo do litoral brasileiro. CE Rio Grande do Norte; BA - Bahia (Região Nordeste do Brasil); e ES

Espírito Santo (Região Sudeste do Brasil).

Extração de DNA e a mplificação da região controle do DNA mitocondrial

A extração de DNA foi baseada no protocolo de Sambrook


presença de RNAse (ribonuclease), seguido de mais 2 - 4 horas de incubação a

55 °C com proteinase K. O DNA total foi extraído com fenol-


A região HVR 1 da região (D-loop) do DNA mitocondrial foi amplificada

através de PCR usando os primers L1 5’-CCTAACTCCCAAAGCTAGGTATTC

CCGGCAGCTCTTAGCTTTAACTA-3’ (Gomes et al., 2008).


ao longo do litoral brasileiro. CE – Bahia (Região Nordeste do Brasil); e ES –

mplificação da região controle do DNA mitocondrial

A extração de DNA foi baseada no protocolo de Sambrook et al. (1989). O


4 horas de incubação a

-clorofórmio-álcool


loop) do DNA mitocondrial foi amplificada

CCTAACTCCCAAAGCTAGGTATTC-3’

., 2008).Para as


reações de PCR foram utilizados 4 µl de DNTP mix (1,25 mM), 2,5 µl de tampão

(10x), 1 µl de MgCl2 (50 mM), 1,0 µl de cada iniciador (10 pmol/µl), 1-2 µl de DNA

total, 0,2 µl de Taq DNA Polimerase (5U/µl) (Invitrogen®, EUA) e água ultra pura

para completar o volume final de 25 µl por reação, realizadas nas seguintes

condições: desnaturação inicial a 94 ºC por 2 minutos; 30 ciclos de desnaturação

a 94 ºC por 30 segundos, hibridização a 57 ºC por 1 minuto, extensão a 72 ºC por

2 minutos; e uma extensão final a 72 ºC por 5 minutos. Os produtos da PCR foram

purificados com a enzima ExoSap-IT® (USB) conforme recomendação do

fabricante.

2.3 Sequenciamento da região controle do DNAmt

Para sequenciar os produtos de PCR utilizou-se o kit de reação BigDye

Terminator v3.1 na reação de marcação de bases. A solução de reação foi

composta de 3,5µL de Tampão Save-Money (MgCl2 1M; Tris-HCl 1M pH=9,0;

água q.s.p.200mL), 0,5µL de BigDye (Big DyerTerminator V3.1 9 Cycle

Sequencing Kit, Applied Biosystems) e 2µL do primer iniciador (3 pmol/µL).

Utilizou-se uma placa de 96 cavidades adicionando-se a cada cavidade 3µL de

água ultra pura, 1µL da amostra a ser sequenciada e 6µL da solução de reação.

No final de todas as etapas, as amostras foram levadas ao sequenciador

automático MegaBACE1000, seguindo as recomendações do fabricante.

2.4 Análises dos dados

As sequências nucleotídicas para a região HVR1 do DNAmt, foram

checadas e corrigidas manualmente e alinhadas através do Clustal W (Thompson

et al., 1994) implementado no BioEdit 7.0.5.3 (Hall, 1999).

O melhor modelo evolutivo para as sequências analisadas foi definido

através do software JModeltest 0.1.1 (Posada, 2008), indicando o modelo

TIM2+G com gama = 0,397. O programa Arlequin 3.5.1.2 (Excoffier & Lischer,

2010) foi utilizado para estabelecer os índices de diversidade haplotípica (h) e

nucleotídica (π) de Nei (1987) e diferenciação genética entre as localidades, Fst

com testes de significância baseados em 10.000 permutações.

Complementarmente, análises de variância molecular (AMOVA) (Excoffier et al.,


1992) foram implementadas através do Arlequin para verificar possíveis

estruturações entre as diferentes regiões geográficas analisadas.

Análises de expansões demográficas históricas foram determinadas

através dos testes de neutralidade Fu's Fs (Fu, 1997) e Tajima's D (Tajima, 1989),

com 10.000 permutações. A expansão populacional também foi investigada

através da distribuição mismatch com base nas frequências das diferenças par-a-

par dos haplótipos (Rogers & Harpending, 1992). Os períodos de expansão

expressa em unidades de tempo mutacional Tau (τ) (Rogers & Harpending, 1992;

Rogers, 1995) foram transformados em tempo real, desde o tempo estimado de

expansão, através das equações, u=µmt, onde u representa a taxa mutacional

por geração, µ (mi) taxa de mutação estimada para a sequência analisada; mt é a

quantidade de bases nucleotídicas. O intervalo de tempo de expansão foi

calculado através de τ=2ut, onde t é o tempo estimado de ocorrência da

expansão desde então. Para tanto, utilizou-se o tempo de geração de 4,6 anos

para L. jocu, (Martinez-Andrade, 2003). Baseado nos dados de coalescência,

também foram estimados os números efetivos de fêmeas (Nef), onde Theta W =

2(Nef)u (Watterson, 1975).

3. Resultados

3.1 Características de diversidade molecular

As amplificações por PCR da região hipervariável I (HVR1) do DNAmt das

100 amostras produziu uma sequência consenso de 394pb. Entre os 91 haplótipos

determinados foram encontrados um total de 272 sítios polimórficos e 278

substituições nucleotídicas (27 transversões e 251 transições), destes, apenas nove

haplótipos foram compartilhados dentro e entre as diferentes localidades. Assim

como em outros estudos, as sequências apresentaram quantidade de bases

nucleotídicas de acordo com a regra A > T > C > G (Sbisà et al., 1997). As

localidades apresentaram alta variabilidade genética em nível de diversidades

haplotípica (h) e nucleotídica (π), que variaram respectivamente de 0,991 a 1,0 e

0,035 a 0,038 (Tabela 1).


Tabela 1. Características moleculares e de diversidade genética entre sequências de DNAmt de Lutjanus jocu por localidade.

N – número de indivíduos, H – número de haplótipos, Lp – número de loci polimórficos, ts – número de transições, tv – número de transversões, h – diversidade haplotípica e π – diversidade nucleotídica.

3.2 Estrutura genética populacional

Os dados demonstram um alto nível de similaridade genética entre as

localidades amostradas, com um índice de distância genética para população total

( Fst = - 0,014 - p=0.95). Valores de Fst negativos como os observados, indicam

ausência de estrutura populacional (Shulzitski et al., 2009). De fato, o nível de

similaridade se mostra independente da distância geográfica entre as amostras

(Tabela 2), não sendo percebido qualquer indício de estruturação ou

subestruturação genética para L. jocu, ao longo das regiões geográficas

amostradas.

Os dados de AMOVA (Tabela 3), demonstram que a variação genética na

espécie é representada por seu componente de variação intrapopulacional.

Resultado indicativo da grande variabilidade genética da população e de ausência

de estruturação.

Localidades N H Lp ts tv h π Ceará (CE)

31

30

78

74

4

0,997 ± 0,008

0,038 ± 0,019

Rio Grande do Norte (RN)

39 37 84 78 9 0,997 ± 0,006 0,035 ± 0,017

Bahia (BA)

14 14 55 49 7 1,000 ± 0,027 0,036 ± 0,019

Espírito Santo (ES) 16 15 55 50 7 0,991 ± 0,025 0,036 ± 0,019


Tabela 2. Diferenciação genética entre as populações de Lutjanus jocu a partir da estimativa de FST (abaixo da diagonal) e respectivos valores de p (acima da diagonal).

Localidades Ceará Rio Grande do Norte Bahia Espírito Santo

Ceará

—------- (p=0,852) (p=0,916) (p=0,763)

Rio Grande do Norte

- 0.010 —------- (p=0,863)

(p=0,652)

Bahia

- 0.022 - 0.017 —------ (p=0,553)

Espírito Santo - 0.013 - 0.009 - 0.009 —------

Nível de significância (p<0,05).

Tabela 3. AMOVA para as amostras de Lutjanus jocu baseado nos índices de Fst.

Fst = - 0,014 (p=0.95)

3.3 História demográfica

Os testes de Tajima D e Fs de Fu, apresentaram valores negativos,

indicando expansão demográfica súbita da espécie. A estatística de Fu mais

sensível para identificação de súbitas expansões populacionais (Ramos-Onsins &

Rozas, 2002) se mostrou significativa para todas as localidades (P<0,05). O

gráfico de distribuição mismatch demonstrou um padrão bimodal para as

localidades como um todo, indicativo de contatos secundários, ao longo do

período de expansão populacional da espécie (Figura 2).

Fonte de variação GL SD Variância Variação %

Entre populações

3 14,47 - 0,09 Va - 1,38

Dentro da população

96 680,84 7,09 Vb 101,38

Total 99 695,32 6,99


Figura 2. Gráficos de distribufrequência observada, e os pontos unidos por linha sugerem a frequência esperada.


Gráficos de distribuição mismatch para L. jocu. Barra contínua indica a frequência observada, e os pontos unidos por linha sugerem a frequência


. Barra contínua indica a

frequência observada, e os pontos unidos por linha sugerem a frequência


Tabela 4. Índices dos testes de neutralidade, expansão populacional e Nef para Lutjanus jocu ao longo do litoral do Brasil.

Localidade Tajima´s D FS Fu Distribuição Mismatch

D p Fs p W Nef τ Tempo da expansão (ma)

CE - 0,84 0,21 - 16,52 0,00 19,02 56.421 12,81 37.970 - 42.854

RN - 1,10 0,12 - 23,38 0,00 19,86 58.913 16,96 50.132 - 55.577

BA - 0,76 0,23 - 4,96 0,01 16,98 50.132 15,66 42.276 - 52.229

ES - 0,60 0,31 - 4,14 0,02 16,57 48.945 12,40 36.783 - 41.515

Pop. total - 1,38 0,05 - 24,13 0,00 24,33 72.173 14,55 43.161 - 48.713 Tajima´s D = Estatística de Tajima (Tajima, 1989); FS Fu = Estatística de Fu (Fu, 1997); W = theta de Watterson; Nef = número efetivo de fêmeas; τ = (tau) Unidade de crescimento populacional; ma = Milhares de anos, respectivamente. Nível de significância P< 0,05. Tempo de geração de 4,6 anos.


4. Discussão

4.1 Diversidade genética e filogeografia de L. jocu

Lutjanus jocu apresentou uma alta variabilidade haplotípica e nucleotídica.

condição que tem sido observada em outras espécies do gênero como L.

argentimaculatus (Ovenden & Street, 2003); L. campechanus (Garber et al.,

2004); L. malabaricus (Blader et al., 2005); L. erythropterus (Zhang et al., 2006);

L. purpureus (Gomes et al., 2008), e L. analis (Capítulo I).

Grandes efetivos populacionais e capacidade de manter homogeneidade

genética em largas áreas geográficas parecem representar condições

compartilhada para espécies deste gênero. Para as mesmas regiões amostradas

estudos populacionais em Serranidae (Souza, 2011) revelaram valores similares

aos encontrados aqui, contudo para Scianidae (Rodrigues et al., 2008) revelaram

baixa diversidade haplotípica e nucleotídica, segundo os autores poderiam ser

reflexos ou da sobre-exploração do recurso ou da perda de hábitat pela

degradação antrópica de regiões estuarinas, berçário para a espécie.

Os valores de Fst entre as amostras de L. jocu, baseados na análise

populacional da região controle do DNA mitocondrial (HVR1) demonstram

ausência de estruturação genética entre as diferentes localidades amostradas.

Desta forma, nas regiões continentais do Atlântico Sul, ao longo da costa do

Brasil, Lutjanus jocu, constitui uma única unidade panmítica, a qual deve ser

tratada como um estoque único sem subdivisões.

Um único grande estoque também foi previamente identificado para a

espécie L. analis nas mesmas áreas de distribuição (Capitulo I), sugerindo

respostas evolutivas compartilhadas decorrentes de similaridades biológicas e

evolutivas a que estão submetidas estas espécies. Outros lutjanideos na província

brasileira demonstram ausência de estruturação genética como L. purpureus

(Gomes et al., 2008, Salles et al., 2006) e Ocyurus chrysurus (Vasconcellos et al.,

2008).

Fatores físicos com implicações biogeográficas são importantes no

processo de diferenciação genética de populações. Neste aspecto as

características oceanográficas do litoral do Brasil, com ação da Corrente do Brasil


no sentido sul (Lumpkin & Garzoli, 2005) abrangendo vasta área de distribuição

da espécie facilita o fluxo gênico entre as populações destas regiões.

Adicionalmente, a ausência de estruturação é influenciada pelos aspectos

biológicos e ecológicos das espécies (Lecchini & Galzin, 2003). Neste aspecto, L.

jocu compartilha com outras espécies da família características biológicas

comuns, como grande período larval pelágico, alto potencial dispersivo de

indivíduos adultos, formação de agregações reprodutivas, maturidade tardia,

todas apontadas juntas ou isoladas como promotores, em maior ou menor grau,

de homogeneidade genética populacional.

Assim como outros lutjanídeos, L. jocu forma agregações estáveis para

desova, onde conjuntos de indivíduos se reúnem em grandes densidades em

áreas comuns de reprodução, com agregações de até 1000 indivíduos (Carter &

Perrine, 1994), esta característica possibilita um alto fluxo gênico com

consequente aumento da variabilidade genética e homogeneização das

populações. Algumas destas características, presentes em outras espécies, têm

sido apontadas como agentes causadores de homogeneidade genética no litoral

brasileiro (Cunha, 2008, Souza, 2011).

Inexistem dados sobre aspectos genéticos de L. jocu para a região

caribenha. Comparações entre lutjanídeos distribuídos ao norte e sul da barreira

biogeográfica promovida pelas descargas do Amazonas/Orinoco são incipientes.

Estudos conduzidos isoladamente para populações de L. analis da costa do

Caribe e Florida (Shulzitski et al., 2009) e no Atlântico Sul (Capítulo I) sugerem

panmixia em cada uma destas áreas. Contudo o papel da barreira do

Amazonas/Orinoco não está inteiramente estabelecido quanto à manutenção do

fluxo gênico através desta barreira.

A estruturação entre populações de Ocyurus chrysurus, lutjanídeo pelágico,

entre o Caribe e o Brasil (Vasconcellos et al., 2008), podem indicar um papel

importante desta barreira como promotora de divergência genética. De fato, têm

sido apontadas, especificidades evolutivas atreladas a diversificação e

biogeografia da região caribenha.


Dados moleculares e filogeográficos de algumas espécies apontam o Caribe

como área promotora e exportadora de diversidade (Rocha et al., 2008). Padrões

de estruturação populacional nos lutjanídeos L. synagris (Karlsson et al., 2009) e

L. campechanus (Gaber et al., 2004), parecem apoiar uma história evolutiva

diferenciada entre o Caribe e província brasileira.

Os padrões de diversidade constrastantes nestas regiões para grupos

biologicamente relacionados, demonstra que os estudos das relações entre

fatores físicos, biológicos e padrões de distribuição e abundância no ambiente

marinho, podem prover interessante percepção sobre os processos de

estruturação no ambiente marinho (Lecchini et al., 2003).

Em peixes marinhos, a combinação de parâmetros de alta variabilidade

haplotípica e nucleotídica sugere a ocorrência de contatos secundários entre

linhagens previamente diferenciadas (Grant & Bowen, 1998). A alta variabilidade

genética apresentada por L. jocu é de primordial importância no contexto

conservativo da espécie, visto que populações com maior variabilidade genética,

muitas vezes descrita como diversidade genética, têm maior potencial de

adaptação às alterações ambientais, proporcionada por migrantes que chegam e

introduzem novas variantes genéticas (alelos e / ou haplótipos) para as

populações (Van Oppen & Gates, 2006).

A espécie L. jocu apresenta evidências de expansão populacional histórica

ao longo da costa brasileira, conforme indicados pelos testes de Tajima (D)

(Tajima, 1989) e de Fu (Fs) (Fu, 1997). O tempo de expansão populacional entre

as diferentes áreas variou entre 37 e 55 mil anos antes do presente condizente

com mudanças determinadas no ambiente marinho no Pleistoceno, durante o

último período glacial entre 120.000 e 12.000 anos atrás (Martinson et al., 1987).

Neste aspecto, a história demográfica de L. jocu é compatível aquela

apresentada por L. analis (presente trabalho), que contudo, apresenta um período

de expansões populacionais de maior amplitude variando de 13 a 61 mil anos

antes do presente.

O Nef apresentado para as localidades, assim como para a população

como um todo, pode ser considerado alto e suficiente para manter a um equilíbrio

entre a perda da variabilidade por deriva genética e sua reposição por novas

mutação. Eventos pleistocênicos de retração e elevação do nível do mar em


ciclos sucessivos parecem ter atuado de forma geralizada sobre várias espécies

de peixes marinhos recifais, inclusive outros lutjanídeos, como L. kasmira e L.

fulvus (Gaither et al., 2010) e L. erytrhopterus (Zang et al., 2006).

As alterações históricas do nível do mar afetaram a biogeografia local

promovendo gargalos e expansões populacionais, resultantes de ciclos de

isolamento e contatos secundários (Benzie, 1999; Lourie & Vicente, 2004). Nas

amostras de L. jocu, o padrão bimodal das distribuição das diferenças par-a-par

dos haplótipos (mismatch) sugere contatos secundários (Grant & Bowen, 1998)

decorrentes do processo de expansão populacional.

As análises genéticas em L. jocu sugerem uma marcante coesão genética

da espécie ao longo do litoral brasileiro. Estes dados somados aos de outras

espécies, cujos resultados indicam panmixia para a mesma região geográfica

parecem sugerir uma cenário de ausência de barreiras físicas e características

biológicas favoráveis a manutenção de unidades panmíticas extensas, modeladas

por contingências históricas ocorridas no Pleistoceno.

Ao longo da história geológica, especialmente no Quaternário, que

corresponde aos últimos 1,8 milhões de anos passados, registram-se de forma

sólida, evidências de variações flutuantes na posição da zona costeira associadas

a variações verticais de longo prazo do nível do mar. Durante os períodos glaciais

ocorre o aprisionamento da água nas calotas polares e por consequência um

avanço da linha da costa devido à regressão marinha.

No Brasil, aproximadamente a 18 mil anos, a linha da costa estava

posicionada cerca de 120 metros abaixo da atual (Hearty, 1998, Barreto et al.,

2002), esta condição pode influenciar a disponibilidade de habtats para espécies

costeiras como o dentão, determinando seus padrões de colonização.

Agradecimentos

Os autores deste manuscrito agradecem as comunidades de pescadores

artesanais das localidades geográficas utilizadas na pesquisa, aos biólogos

Priscilla Malafaia e Flávio P. Filho pela ajuda nas coletas, a aos órgãos

fomentadores de pesquisa no Brasil, CNPq e CAPES.


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Conclusões

Com as informações obtidas no presente trabalho conclui-se que:

1. Lutjanus analis e Lutjanus jocu apresentam alta diversidade genética haplotípica e nucleotídica, refletindo uma alta variabilidade genética para as espécies nos diferentes pontos de distribuição amostrados.

2. A variabilidade genética é maior dentro das regiões geográficas que entre elas como demonstrado pela AMOVA.

3. Os diferentes índices utilizados apontam um processo de expansão histórico para L. analis e L. jocu ao longo do litoral do brasileiro com ocorrência estimada durante o Pleistoceno.

4. L. analis e L. jocu apresentam elevado número populacional efetivo de fêmeas compatível com a diversidade genética presente na população.

5. As espécies L. analis e L. jocu, representam uma única população panmítica ao longo do litoral brasileiro, e isto deve ser levado em consideração no desenvolvimento de futuros planos de manejo deste recurso.

6. A sobre-pesca atualmente presente para ambas as espécies não demonstra efeitos detectáveis com o marcador utilizado na variabilidade genética das mesmas.

7. Os dados genéticos não excluem riscos decorrentes da exploração histórica sofrida por L. analis e L. jocu.

8. L. analis e L. jocu aparentemente apresentam variabilidade genética suficiente para formação de estoques doadores em possíveis futuras iniciativas de piscicultura para as espécies.

9. Os dados por hora demonstrados devem ser somados a futuros estudos com utilização de mais marcadores moleculares seletivamente neutros e novas ferramentas genômicas, para desenvolvimento de futuros planos de manejo e conservação de ambas as espécies.

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