Desenvolvimento e aplicações de microssatélites, análise de cpDNA e modelagem computacional para estudos da estrutura e dinâmica genética de maçaranduba - Manilkara huberi (Ducke) Chev. Sapotaceae

Abstract

Marcadores microssatélites têm sido utilizados com grande freqüência como uma ferramenta efetiva para estudos de estrutura genética de populações, fluxo gênico, parentesco e para quantificar os efeitos da fragmentação de habitats e guiar estratégias de conservação. Como parte do Projeto de Dendrogene nosso interesse está centrado na conservação e na definição de estratégias de manejo de árvores madeireiras da floresta amazônica. Este trabalho tem como objetivo estudar a diversidade e a estrutura genética de uma população natural de Manilkara huberi, conhecida como maçaranduba, usando marcadores microssatélites. Aliado a isso, avaliar a variabilidade do cpDNA e por estudo de modelagem avaliar o potencial efeito da exploração na estrutura genética populacional. Esta espécie é intensamente explorada pela indústria madeireira devido à alta densidade de sua madeira. Treze locos microssatélite altamente polimórficos foram desenvolvidos a partir de uma biblioteca genômica enriquecida para repetições de AG/TC. Os níveis de polimorfismo foram avaliados utilizando-se um total de 12 árvores adultas provenientes de uma população natural. Para os estudos de estrutura genética de populações, foram amostradas 481 árvores adultas, 88 regenerantes e 810 descendentes de uma população natural na FLONA Tapajós, PA, Brasil. Todos os indivíduos foram genotipados com sete locos microssatélites altamente polimórficos utilizando detecção florescente. Para adultos, regenerantes e descendentes respectivamente as seguintes estimativas foram obtidas: He= 0,867, 0,840 e 0,811. Os índices de fixação para as três gerações foram significativamente diferentes de zero (f= 0,221, 0,303 e 0,237), porém não estatisticamente diferentes entre si (IC 95%). A divergência genética (?p) entre as três gerações foi baixa para a média dos locos (0,018), mas consistente (IC 95%). A análise de distribuição espacial de genótipos detectou a existência de estruturação genética espacial significativa a uma distância de aproximadamente 450 metros de raio. As análises com marcadores de cpDNA confirmam a presença de estruturação. A taxa de cruzamento multiloco (tm) estimada foi de 0,995, indicando que a espécie é preferencialmente alógama e com fluxo de pólen restrito (49,5 m). Os resultados sugerem padrão de isolamento por distância e que programas de manejo e conservação in situ devem incluir grandes áreas e evitar a fragmentação. As análises genéticas revelaram ainda que para conservação ex situ, sementes devem ser coletadas de pelo menos 188 árvores maternas para que seja preservado um tamanho efetivo de 500. Como a espécie é espacialmente estruturada e de ampla distribuição, a distância mínima entre as árvores deve ser de 500 m. Os resultados obtidos indicam que a estrutura genética desta espécie está associada aos padrões de reprodução e demografia da população. Em análises de modelagem, a M. huberi necessitaria de 130 anos para recuperar a sua área basal original, considerando-se as recomendações atuais permitidas por lei, deixando evidente a insustentabilidade dos atuais ciclos de 30 anos recomendados para programas de manejo. Torna-se claro o entendimento crescente da biologia das espécies para uma redefinição de políticas públicas mais eficientes em relação à sustentabilidade da exploração madeireira e ao uso e conservação dos recursos florestais a longo prazo. Estas informações sobre a estrutura genética de M. huberi devem ser utilizadas para o planejamento adequado de práticas de manejo sustentável de populações da espécie na Floresta Amazônica Brasileira. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Microsatellite markers have been increasingly used as an effective tool for understanding population genetic structure, gene flow, parentage and to quantify the effects of habitat fragmentation and to guide conservation strategies. As part of the Dendrogene Project we are interested in the conservation and management strategies of timber trees from the Amazonian forest. This research aims to study the genetic diversity and population genetic structure of a natural population of Manilkara huberi, known as maçaranduba, using microsatellite markers. We also aim to study the cpDNA variability and by modeling analysis to examine the potential effects of forest logging on the population genetic diversity. This species is intensely exploited by the timber industry due to the high density of its timber. Thirteen highly polymorphic loci were developed from a genomic library enriched for AG/TC repeats. Polymorphisms levels were evaluated using a total of twelve individuals. For population genetic studies 481 adults trees, 88 plantules and 810 seedlings were sampled from an area at a natural population at FLONA Tapajós, PA, Brazil. All individuals were genotyped at seven highly polymorphic microsatellite loci using fluorescence detection technology. For the adults, plantules and the seedlings the following estimates were obtained: expected heterozigosity = 0.867, 0.840 and 0.811. The fixaton index for the three generations were high and significantly different from zero ( = 0.221, 0.303 and 0.237). The genetic divergence ( e H f p θ ) among the three generations was low for the mean over loci (0.018), but consistent (CI 95%). A spatial autocorrelation analysis detected the existence of significant spatial genetic structure at a radius of approximately 450 meters. That spatial structure was confirmed by the analysis based on cpDNA. The multilocus ( ) population outcrossing rate was high (0.995), suggesting that the species is predominantly allogamous, and its pollen flow is restricted to 49.5 m. The results fit into isolation by distance pattern and suggest that in situ conservation management programs should include large areas, avoiding fragmentation. The genetic data also reveal that for ex situ conservation, seeds must be collected from at least 188 maternal trees in order to keep an effective population size of 500 individuals. As the species is spatially structure and shows high distribution, the minimum distance among maternal trees should be 500 m. The results obtained indicate that the genetic structure of this species is associated with patterns of reproduction and demography within populations. The modelling analysis indicate that M. huberi needs about 130 years to recover the original basal area after a exploitation under the conditions recommended by law. The results show that the actual cutting cycle of 30 years, applied in management programs is unsustainable. The knowledge about the species biology is evident in order to apply efficient public policy in relation to the wood exploitation and the use and conservation of forest resources. This information about M.huberi genetic structure should be used to guide sustainable management program of the species in the Brazilian Amazon Forest.