Incidence of polyploidy and genome evolution in Scrophulariaceae s.l.

Abstract

Na última década, o recurso a marcadores moleculares influenciou fortemente a filogenia actual das Angiospérmicas, com diversos taxa a transitarem para novas famílias ou para outras famílias já existentes. O conteúdo em ADN nuclear contribuiu para esta discussão, sendo considerado um caracter importante na biossistemática e na ecologia e biologia das populações. Também, como novas entidades evolutivas podem surgir num único evento genético, a poliploidia foi proposta como um mecanismo importante na génese de biodiversidade. Nos últimos anos, tem existido um interesse crescente em estudos relacionados com a evolução do tamanho do genoma e com a incidência da poliploidia, apesar de na família das Scrophulariaceae, existirem muito poucos estudos disponíveis. Para além disto, e contrariamente ao observado noutras regiões do globo, existem poucos estudos focados na incidêncida da poliploidia na flora da Península Ibérica, um centro importante de diversificação. Tendo estes factos em consideração, os objectivos principais desta tese de Mestrado foram avaliar a importância do tamanho do genoma, especialmente como marcador taxonómico, e o papel da poliploidia como um processo de génese e manutenção da diversidade das Scrophulariaceae s.l. na Península Ibérica. Para o efeito, foram realizadas análises em larga escala da variação do tamanho do genoma e do nível de ploidia usando a citometria de fluxo ao longo da região oeste da Península Ibérica. Cento e sessenta e duas populações de 59 taxa distintos foram analisadas, tendo sido analisados 3 indivíduos por população para estimativas do tamanho do genoma e 30 indivíduos para análises do nível de ploidia. Dos 59 taxa analisados, 86% representam as primeiras estimativas do tamanho do genoma. A maioria das espécies de Scrophulariaceae apresenta um tamanho do genoma muito pequeno ou pequeno (2C ≤ 7.0 pg), com uma espécie apenas a apresentar um tamanho do genoma intermédio. Também, na maioria dos géneros analisados, foi possível utilizar este caracter para separar alguns dos taxa, independentemente de estes géneros serem homoplóides (e.g., Digitalis, Linaria) ou heteroploides (e.g., Veronica). Ainda, foram observados outros fenómenos relacionados com a evolução do genoma, em particular, variação intra-específica do tamanho do genoma em alguns géneros (e.g., Scrophularia) e disploidia em Verbascum. No que diz respeito à poliploidia, apesar de terem sido detectados novos níveis de ploidia em Veronica, não foi descoberto nenhum taxa com citotipos múltiplos. Estes dados revelam que aparentemente, a poliploidia não é um dos principais mecanismos de especiação nas Scrophulariaceae, pelo menos nesta região.

In the last decade the genomic studies using DNA markers have strongly influenced the current phylogeny of Angiosperms, with several plant taxa being moved to new or existing families. The nuclear DNA content itself has contributed to this discussion being considered an important character in biosystematics and more recently in ecology and population biology. Also, as new evolutionary entities can arise in a single genetic event, polyploidy has been proposed as an important mechanism for generating biodiversity. In recent years, there has been an increasing focus in studies related with genome size evolution and polyploidy incidence, despite that in Scrophulariaceae only a few works are available. Furthermore, contrarily to other regions, only a few studies concerning polyploidy incidence were focused on the Iberian Peninsula flora, an important center of diversification. Considering this, the main objectives of this Master thesis were to assess the value of genome size, mostly as a taxonomic marker, and the role of polyploidy as a process of genesis and maintenance of plant diversity in Scrophulariaceae s.l. in Iberian Peninsula. For that, large scale analyses of genome size and ploidy level variation were performed using flow cytometry across the Western Iberian Peninsula. One hundred sixty two populations of 59 distinct taxa were analyzed, with 3 individuals per population being analysed for genome size and 30 individuals for ploidy level. From the 59 sampled taxa, 86% were first estimates of genome size. The majority of the Scrophulariaceae species presented very small to small genome sizes (2C ≤ 7.0 pg), with only one species presenting an intermediate genome size. Furthermore, in most of the analysed genera it was possible to use this character to separate several taxa, independently if these genera were homoploid (e.g., Digitalis, Linaria) or heteroploid (e.g., Veronica). Also, other genome related phenomena were detected, as intraspecific variation of genome size in some genera (e.g., Scrophularia) and disploidy in Verbascum. With respect to polyploidy, despite a few new DNA ploidy levels have been detected in Veronica, no multiple cytotypes have been found in any taxa, revealing that polyploidy apparently is not among the main mechanisms of speciation in Scrophulariaceae, at least in this region.