Diversidade genética e relacionamentos evolutivos em espécies de Petunia e Calibrachoa (Solanaceae)

Abstract

Species are fundamental biological units, essential for understanding biodiversity and its evolution and conservation. However, species delimitation faces significant challenges due to the complexity of defining them and the existence of multiple conflicting concepts. These challenges are exacerbated by processes such as recent speciation, gene flow, and phenotypic plasticity, which complicate the distinction between intraspecific variations and interspecific differences. Our objective was to understand the evolutionary, biogeographical, and taxonomic relationships of the genera Petunia and Calibrachoa (Solanaceae), contributing to the understanding of speciation, adaptation, and conservation processes in the grasslands of southern South America, using morphological, molecular, and ecological approaches. In Chapter 1, morphological and molecular data were integrated with niche modeling to delimit closely related species, C. thymifolia and C. linearis. The analyses highlighted the need to expand diagnostic characters to address the limitations of traditional methods, revealing morphological divergences and genetic proximity between the taxa. Chapter 2 explored the phylogenetic relationships and diversification processes in the long corolla tube clade of Petunia, revealing the influence of factors such as geographic isolation, microenvironment adaptation, and pollinator-mediated selection. The study confirmed the separation between highland and lowland species within the long-tube clade and highlighted the role of an albino ancestor in the clade's origin and diversification. In Chapter 3, biogeographic patterns and diversification in Petunia and Calibrachoa were analyzed, confirming their divergence approximately 8 million years ago. Petunia showed a strong influence of pollinators on floral adaptation, while Calibrachoa followed a more uniform strategy. Both genera exhibit phylogenetic niche conservatism, with adaptations associated with Pleistocene climatic cycles. Chapter 4 addressed hybridization and taxonomic challenges in Calibrachoa species and the commercial hybrids known as "Million Bells." Genomic analyses revealed patterns of paraphyly and polyphyly, interspecific gene flow, and hybridization, highlighting the evolutionary complexity of the genus. This thesis seeks to explore gaps in knowledge about the biodiversity of these groups, addressing taxonomic issues, distribution patterns, and evolutionary processes. Through an integrative approach involving genetic, morphological, and ecological data, the study contributes to the understanding of diversity in the grasslands of southern South America and proposes foundations for future conservation and management strategies.

As espécies são consideradas unidades fundamentais da biologia, essenciais para compreender a biodiversidade, sua evolução e conservação. No entanto, a delimitação de espécies enfrenta desafios significativos devido à complexidade de defini-las e à existência de múltiplos conceitos conflitantes. Esses desafios são agravados por processos como especiação recente, fluxo gênico e plasticidade fenotípica, que dificultam a distinção entre variações intraespecíficas e diferenças interespecíficas. Nosso objetivo foi entender as relações evolutivas, biogeográficas e taxonômicas dos gêneros Petunia e Calibrachoa (Solanaceae), contribuindo para o entendimento dos processos de especiação, adaptação e conservação dos campos do sul da América do Sul. Para isso, utilizamos abordagens morfológicas, moleculares e ecológicas. No Capítulo 1, foram integrados dados morfológicos, moleculares e modelagem de nicho para delimitar espécies intimamente relacionadas, C. thymifolia e C. linearis. As análises mostraram a necessidade de ampliar os caracteres diagnósticos para abordar limitações dos métodos tradicionais, evidenciando divergências morfológicas e proximidade genética entre os táxons. O Capítulo 2 explorou as relações filogenéticas e processos de diversificação no clado de tubo longo de Petunia, revelando a influência de fatores como isolamento geográfico, adaptação a microambientes e seleção mediada por polinizadores. O estudo confirmou a separação entre terras altas e baixas entre espécies do clado do tubo longo e destacou o papel de um ancestral albino na origem e diversificação do clado. No Capítulo 3, foram analisados os padrões biogeográficos e de diversificação em Petunia e Calibrachoa, confirmando sua divergência há cerca de 8 milhões de anos. Petunia apresentou forte influência de polinizadores na adaptação floral, enquanto Calibrachoa seguiu uma estratégia mais uniforme. Ambos os gêneros exibem conservadorismo de nicho filogenético, com adaptações associadas aos ciclos climáticos do Pleistoceno. O Capítulo 4 abordou a hibridação e os desafios taxonômicos nas espécies de Calibrachoa, e também nos híbridos comerciais "Million Bells". Análises genômicas revelaram padrões de parafilia e polifilia, fluxo gênico interespecífico e hibridação, destacando a complexidade evolutiva do gênero. Esta tese buscou explorar lacunas no conhecimento sobre a diversidade desses grupos, abordando questões taxonômicas, padrões de distribuição e processos evolutivos. Por meio de uma abordagem integrativa, envolvendo dados genéticos, morfológicos e ecológicos, o estudo contribuiu para a compreensão da diversidade nos campos do sul da América do Sul e propôs bases para futuras estratégias de conservação e manejo.