UESC Biologia Molecular: instrumento para o conhecimento da biodiversidade, o caso do pau-brasil Universidade Estadual de Santa Cruz – UESC Departamento.

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1 UESC Biologia Molecular: instrumento para o conhecimento da biodiversidade, o caso do pau-brasil Universidade Estadual de Santa Cruz – UESC Departamento de Ciências Biológicas 45662-000 - Ilhéus, BA Ronan Xavier Corrêa ronanxc@uesc.br “Subsídios do Programa Pau-brasil ao Plano Estadual de Conservação e Uso”

2 UESC Padrões Ambientes (Paisagens) Comunidades (Ecossistemas) Populações (Espécies) Genética (Genes) Composição de Genes Estrutura Genética Processos Funcionais Atributos de Biodiversidade em nível genético Indicadores de monitoramento da biodiversidade = Conservação

3 UESC Biodiversidade e diversidade genética Portanto, em genética da conservação, diversidade é um nível da biodiversidade. “Biodiversidade é diversidade de vida nos níveis de genes, populações, espécies, comunidades e ecossistemas” (Soulé, 1991, in: Gaston, 1996). “Biodiversidade é a variedade estrutural e funcional das formas vivas, nos níveis genético, populacional, de espécies, de comunidades e de ecossistemas” (Sandlund et al., 1993, in: Gaston, 1996).

4 UESC O que é diversidade genética em sentido estrito?  é a variabilidade de formas gênicas presentes nas populações.  é uma medida da variabilidade de genes entre e dentro de populações, feita com base em coeficientes de divergência ou dissimilaridade genética, estimados por métodos de distâncias euclidianas. Corrêa et al., 1999; Dias, 1999.

5 UESC a) redução populacional  perda de diversidade genética requer novas estratégias. b) redução de comunidades  perda de diversidade de espécies. c) perda de grupos funcionais  polinização, dispersão, reprodução e diversidade. d) perda cultural e econômica  símbolo nacional e uso sustentável da madeira e usos indígenas. Porque estudar diversidade genética?

6 UESC Conservar o que? Os genes associados com processos ecológicos chaves responsáveis pelos serviços dos ecossistemas e do homem Genética da conservação A variabilidade genética inter e intra-populacional, associado ao esforço de conservação de monitorar espécies chaves no contexto de paisagens e comunidades

7 UESC Como conservar a diversidade genética do pau-brasil? Exige indicadores de avaliação das parcelas para monitoramento da conservação (Dias et al., 2001): número de unidades por eco-região ou ecossistema representatividade e extensão da área protegida consideração de unidades ecológicas naturais consideração da biodiversidade (diversidade genética). Exige: parcelas permanentes grandes para conservação in situ (porque é árvore rara, Kageyama et al., 2001) in situ & ex situ

8 UESC Exige indicadores de avaliação dos bancos para monitoramento da conservação (Dias et al., 2001): representatividade de eco-regiões representatividade da variabilidade (diversidade genética) grau de intercâmbio entre bancos genéticos grau de utilização das coleções Exige bancos ativos de germoplasma para conservação ex situ e produção de sementes (proposta de trabalho) com acessos de múltiplas populações com representatividade da diversidade genética Como conservar a diversidade genética do pau-brasil? in situ & ex situ

9 UESC Indústria e biotecnologia Grandes plantações diversidade baixa Modelo convencional de conservação e utilização da biodiversidade Reservas naturais Pequenas plantações Áreas degradadas Material genético elite Banco de genes Diversidade alta Cultivares Gaston, 1996.

10 UESC Indústria e biotecnologia Plantações sustentáveis e com biodiversidade Modelo alternativo de conservação e utilização da biodiversidade Material genético elite Banco Ativo de genes Reservas naturais Arboretos Áreas em recuperação Fragmentos de mata atlântica

11 UESC 1 o passo: detectar e descrever variações nas características dos indivíduos amostrados nas populações. Como medir a diversidade genética das espécies a conservar? Morfológicas, comportamentais, fisiológicas, bioquímicas, cariotípicas e moleculares Características:

12 UESC Como medir a diversidade genética molecular? Exemplos de variações em nível molecular RAPD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 SSR *TTGCCTTTTATTAACGTTTAT *TTGCACTTAATTGACGTTTAT *TTGCCTTTTATTAACGTT-AT Seqüências gênicas

13 UESC Como medir a diversidade genética? Exemplo: 2 o passo: traduzir as características em termos genéticos: explicitar as relações entre os acessos por meio de matrizes de distâncias euclidianas, dispersão gráfica, disposição hierárquica... Dados qualitativos dadosmétodoresultado Nei e Li, 1979Matriz de distâncias Presença e ausência de bandas  0 e 1 Dispersão gráfica, dendrogramas, …

14 UESC Diversidade genética de pau-brasil com base em biologia molecular Diversidade genética Fluxo gênico Filogenia

15 UESC Diversidade genética do pau-brasil Região Cacaueira

16 UESC Diversidade genética do pau-brasil Locais de coletaAno 1. UESC* 2001 2. Ubatã2002 3. Porto Seguro2004 4. Jussari 2004 5. Potiraguá 2004/5 6. Itajú do Colônia 2004/5 7. Buerarema2004/5 8. Mascote2004/5 9. Guaratinga2004/5 * Material cultivado Filogenia PB 1 3 2 4 5 6

17 UESC Diversidade genética do pau-brasil com base em marcadores RAPD Fernanda Barbosa Cupertino, Sônia Cristina Oliveira Melo, Ronan Xavier Corrêa Dendrograma com base na matriz de coeficientes de similaridade genética Arboreto UESC Mata UESC ESPAB 1

18 UESC Diversidade genética do pau-brasil com base em marcadores SSR 2 Locos AHeHo CE 02 080,930,37 CE 07 120,860,79 CE 11 100,910,68 CE 25 090,830,95 Caracterização dos primers microssatélites: número de alelos por loco (A) e estimativa do He e do Ho por loco analisado Sônia Cristina Oliveira Melo, Fernanda Barbosa Cupertino, Ronan Xavier Corrêa

19 UESC Diversidade genética e fluxo gênico em populações naturais de pau-brasil 3 165 Km Maurício Moreau, 2005 Reserva Particular do Patrimônio Natural “SERRA DO TEIMOSO” (Jussari)) Estação Ecológica Pau-Brasil “ESPAB” (Porto Seguro)

20 UESC 3.1. Diversidade genética Diversidade genética com base em marcadores SSR Sônia Cristina Oliveira Melo, Fernanda Amato Gaiotto, Ivine Camile Costa, Ronan Xavier Corrêa

21 UESC 3.2. Fluxo gênico e paternidade Sônia Cristina Oliveira Melo, Fernanda Amato Gaiotto, Ronan Xavier Corrêa

22 UESC Caracterização molecular dos variantes morfológicos Fabrício Sacramento Juchum, Marco Antônio Costa, André Márcio Amorim, Ronan Xavier Corrêa 4 Coletas (Juchum et al., 2004. Relatos: Lewis, 1998; Lima, Lewis e Bueno, 2002. Fotos: Amorim, 2004 LVMVSVSV LVMVSV

23 UESC 500 a 600 pb em leguminosas rbcL foi considerado muito conservado para o estudo 4.1. Escolha da região genômica (rbcL e trnL) (Juchum et al., 2005 - CNG)

24 UESC Com base na distância genética de Jukes e Cantor, utilizando o programa MEGA, a partir de dados de trnL. ESP08-BU1 (SV: variante pequeno); PC1-PC2 (MV: variante médio); GL1-GL3 (LV: variante grande). CNG – 2005. LV SV MV 4.2. Dendrograma por agrupamento de vizinhos (Juchum et al., 2005 - CNG)

25 UESC Os resultados direcionam para uma proximidade entre os variantes pequeno (SV) e médio (MV) e ambos distantes do variante grande (LV). (em andamento) 4.3. Perspectiva de Análise filogenética (Juchum et al., 2006)

26 UESC Polliana Silva Rodrigues, Fabrício Sacramento Juchum, Marco Antônio Costa, André Márcio Amorim, Ronan Xavier Corrêa Citogenética 5 Perspectiva da análise citogenética e molecular: Ampliar a análise para diferentes espécies de Caesalpinia, para compreender aspctos evolutivos. (em andamento)

27 UESC Conservação do pau-brasil Espécies arbóreas: nas florestas grandes e nos fragmentos vizinhos a outros fragmentos. Onde encontrar a diversidade genética? Pau-brasil: nas populações representativas das diferentes regiões onde a espécie é encontrada naturalmente (Cardoso et al, 1998; Melo et al., 2002). Fragmentação da floresta: causa redução da diversidade genética e heterozigosidade.

28 UESC Conservação do pau-brasil Caracterizar diferentes populações (com N > 50). Colher ao acaso, mesmo número de sementes por planta (Vencovsky, 1987). Colher mesmo número de sementes por grupo de diversidade intra-populacional (Almeida, 2001). Como colher sementes para ter diversidade genética?”

29 UESC Conservação do pau-brasil Não selecionar matrizes (colher ao acaso), pois a diversidade é importante (Freire, 2002). Considerar agrupamentos como uma só matriz. Não coletar sementes em árvores isoladas (muito distantes de florestas) (Freire, 2002). Coleta e distribuição regionais para uma melhor adaptação. Como colher sementes para ter diversidade genética?”

30 UESC Para que (finalidade) e por que (justificativa) descrever e conservar a diversidade do pau-brasil? Restaurar áreas degradadas com plantas com potencial de amplo espectro de adaptação. Possibilitar a conservação da variabilidade da espécie em bancos in situ e ex situ. Promover o enriquecimento das áreas re-vegetadas de modo a aproxima-las das características do bioma. Encontrar variações com potencial de produção econômica para busca de resistência a doenças e qualidade da madeira. Formar banco ativo de germoplasma representativo da espécie para produção de sementes.

31 UESC Utilizar os marcadores moleculares para caracterizar materiais a) Acessos de fragmentos de mata e arboretos para recomposição b) Populações naturais com N > 100 para recomposição e criação de bancos ativos de sementes c) Materiais promissores para gerar populações segregantes d) Criar kits para rápida identificação do potencial dos materiais coletados (barcodes) Perspectivas na genética do pau-brasil

32 UESC Bibliografia citada ; ALMEIDA, M.P. Ilhéus: UESC, 2001. Tese Cardoso et al., 1998. Molecular ecology, v.7, p. 601-607. Corrêa et al., 1999. Bragantia, v. 42, p. Freire, J.M. Linhares (ES): Rede RIOESBA, 2002. Estado da Arte Gaston, J.K. (Ed.) London: Blackwell Science, 1996. 396 p. MELO et al. Congresso Nacional de Genética, 2002. Resumo ODUM, E.P. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 1988. 434p. Livro WATSON et al. Cambrige: UNEP/Cambridge University. 1995. 46p. Livro WILSON, E.O. [Org.]. Rio de Janeiro: Nova Fronteira. 1997. 657p. Livro

33 UESC BUENO, E et al. Pau-Brasil. São Paulo: Axis Mundi, 2002. p. 39-76 POLHILL, R.M. & VIDAL, J.E. Caesalpinieae. In R.M. Polhill and P.H. Raven. Advances in Legume Sistematics 1. Royal Botanic Gardens, Kew. 1981. 81-95p. LIMA, H.C.; LEWIS, G.P. & BUENO, E. Pau-Brasil. In: BUENO, E. et al. Pau-brasil: uma biografia. São Paulo: Axis Mundi. 2002. 39-76 p. CARDOSO et al. (1998). Molecular Ecology, v.7, p. 601-608. Cruz e Viana, 1994. Brasilian J. of genetics, v.17, n.1, p. 69-73, 1994. DOYLE e DOYLE (1990). Focus, v. 12, n. 1, p. 13-15. NEI e LI (1979). Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v. 76, p. 5269-5273. WILLIAMS, et al. (1990). Nucl. Acids Research, v. 18, p. 6531-6535.

34 UESC Agradecimentos Equipe André Márcio Amorim, D.S.Prof. UESC, CEPLAC Fabrício S. Juchum, Grad.Mestrando, DTR2/FAPESB Fernanda B. Cupertino, Grad.Bolsista IC, UESC/CNPq Fernanda A. Gaiotto, DSProf a. UESC Marco Antônio Costa, D.S.Prof. UESC Polliana S. Rodrigues, Grad.Mestranda Sônia Cristina O. Melo, Grad. Bolsista IC, UESC/FAPESB Colaboradores Alessandra Reis, D.S.Cenargen/Embrapa Dário Grattapaglia, Ph.D.Cenargen/Embrapa Demosthenes Loureiro, D.S.CEPLAC Maurício Moreau, D.S.UESC/DCAA Paulo de Tarso Alvim, Ph.D.CEPLAC Sérgio Cruz Coutinho, M.Sc.Cenargen/Embrapa

35 UESC UESC: Apoio a projetos. FAPESB/CNPq: Bolsas e Editais PRODOC e PPP. Biodiversitas: Edital Programa Espécies Ameaçadas. CNPq: Edital PADCT/CNPq. CEPLAC/UESC, IPCI, COMURNAT, ABA, FUNPAB: Programa pau-brasil. Apoio Financeiro