O papel da poliploidia na diversificação e variação intraespecífica de Herbertia lahue (Iridaceae)

Abstract

Polyploidy, a condition that involves the presence of more than two complete sets of chromosomes in the nucleus, is an important mechanism in plant evolution. This study addresses the role of polyploidy in the intraspecific variation of Herbertia lahue (Iridaceae), a species that exhibits different levels of ploidy (2x, 6x, and 8x). Initially, in the first chapter, we present data on chromosome numbers and genome size of H. lahue, confirming the presence of the three cytotypes in different populations throughout its geographic distribution. These findings motivated the investigation of the implications of polyploidy on the morphological diversity of H. lahue, covered in the second chapter, where morphometric estimates based on floral and bulb characteristics reveal distinct morphological groups correlated to different ploidy levels. In the third chapter, the influence of polyploidy on the geographic distribution and ecological adaptations of cytotypes is explored through climatic niche modeling. The results show that H. lahue cytotypes exhibit similar and equivalent niches, with non-random spatial distribution, which may be due to the influence of climatic variables. Such variables as minimum temperature of the coldest month, average monthly temperature and precipitation of the wettest month play crucial roles in niche preferences. These findings highlight how polyploidy can shape the ecological distribution of plants. In the fourth chapter, preliminary data on the reproductive mechanisms between the cytotypes, to characterize the reproductive system of diploid H. lahue plants and evaluate the existence of reproductive isolation between the cytotypes. Diploids are shown to be self-incompatible, depending on cross-pollination for reproduction. In contrast, polyploids are self-compatible and perform self-pollination. Hand pollination experiments demonstrate that crosses between polyploid cytotypes result in viable fruits and seeds, while crosses between diploids and polyploids produce sterile or seedless fruits. These results indicate a reproductive barrier between cytotypes, which may facilitate their coexistence in sympatric natural populations. In conclusion, this study highlights the relevance of polyploidy in the intraspecific diversification of H. lahue, highlighting how different ploidy levels can impact morphological, ecological, and reproductive aspects.

A poliploidia, condição que envolve a presença de mais de dois conjuntos completos de cromossomos no núcleo, é um importante mecanismo na evolução das plantas. Este estudo aborda o papel da poliploidia na variação intraespecífica de Herbertia lahue (Iridaceae), uma espécie que exibe diferentes níveis de ploidia (2x, 6x e 8x). Inicialmente, apresentamos, no primeiro capítulo, dados sobre números cromossômicos e tamanho de genoma de H. lahue, confirmando a presença dos três citótipos em diversas populações ao longo de sua distribuição geográfica. Esses achados motivaram a investigação das implicações da poliploidia na diversidade morfológica de H. lahue, abordada no segundo capítulo, onde estimativas morfométricas baseadas em características florais e de bulbo revelam distintos grupos morfológicos correlacionados aos diferentes níveis de ploidia. No terceiro capítulo, a influência da poliploidia na distribuição geográfica e nas adaptações ecológicas dos citótipos é explorada por meio de modelagem de nicho climático. Os resultados mostram que os citótipos de H. lahue exibem nichos semelhantes e equivalentes, com distribuição espacial não aleatória, o que pode ser por influência das variáveis climáticas. Tais variáveis, como temperatura mínima do mês mais frio, temperatura média mensal e precipitação do mês mais chuvoso, desempenham papéis cruciais nas preferências de nicho. Esses achados ressaltam como a poliploidia pode moldar a distribuição ecológica das plantas. No quarto capítulo, dados preliminares sobre os mecanismos reprodutivos entre os citótipos, com intuito de caracterizar o sistema reprodutivo das plantas diploides de H. lahue e avaliar a existência de isolamento reprodutivo entre os citótipos. Os diploides mostram ser autoincompatíveis, dependendo da polinização cruzada para reprodução. Em contraste, os poliploides são autocompatíveis, e realizam autopolinização. Os experimentos de polinização manual demonstram que os cruzamentos entre citótipos poliploides resultam em frutos e sementes viáveis, enquanto os cruzamentos entre diploides e poliploides produzem frutos estéreis ou sem sementes. Esses resultados indicam uma barreira reprodutiva entre os citótipos, que podem facilitar sua coexistência em populações naturais simpátricas. Em conclusão, este estudo destaca a relevância da poliploidia na diversificação intraespecífica de H. lahue, evidenciando como diferentes níveis de ploidia podem impactar aspectos morfológicos, ecológicos e reprodutivos.