PHYLOGEOGRAPHIC STRUCTURE AND OUTBREEDING DEPRESSION REVEAL EARLY STAGES OF REPRODUCTIVE ISOLATION IN THE NEOTROPICAL ORCHIDEPIDENDRUM DENTICULATUM

Abstract

Phylogeographic studies provide an important framework for investigating the mechanisms operating during the earliest stages of speciation, as reproductive barriers can be examined among divergent lineages in a geographic context. We investigated the evolution of early stages of intrinsic postmating isolation among different populations and lineages of Epidendrum denticulatum, a Neotropical orchid distributed across different biomes in South America. We estimated genetic diversity and structure for both nuclear and plastid markers, using a haplotype network, differentiation tests, Bayesian assignment analysis, and divergence time estimates of the main lineages. Reproductive barriers among divergent lineages were examined by analyzing seed viability following reciprocal crossing experiments. Strong plastid phylogeographic structure was found, indicating that E. denticulatum was restricted to multiple refuges during South American forest expansion events. In contrast, significant phylogeographic structure was not found for nuclear markers, suggesting higher gene flow by pollen than by seeds. Large asymmetries in seed set were observed among different plastid genetic groups, suggesting the presence of polymorphic genic incompatibilities associated with cytonuclear interactions. Our results confirm the importance of phylogeographic studies associated with reproductive isolation experiments and suggest an important role for outbreeding depression during the early stages of lineage diversification.

Variation in reproductive isolation across a species range

“…One possibility is that within these Smoky populations, both the sterilizing cytoplasm and the corresponding nuclear restorer have gone to fixation, but the nuclear restorer is variable within the Eastern and Appalachian populations to which they were crossed. Gene flow through pollen generally occurs over greater geographic distances than gene flow through seed (Petit et al., 2005; Pinheiro et al., 2013), which could explain why the restorer, but not the sterilizing cytoplasm, may be found in these more distant Eastern and Appalachian populations.…”

Filogeografia de <i>Cattleya loddigesii</i> Lindl. e <i>Cattleya harrisoniana</i> (ex Lindl.) Bateman (Orchidaceae)

“…(2008) Estudos filogeográficos em espécies neotropicais têm sido importantes para testar zonas de refúgio na fauna e flora brasileira, e além disso, é possível inferir em outros padrões evolutivos que podem estar associados com a distribuição espacial das espécies (NOVAES et al, 2010;COOK et al, 2012;BRANDÃO, 2012;LIMA, 2012;ALVES, 2013;SCOTTI-SAINTAGNE et al, 2013;CORONADO et al, 2014;RUIZ-GARCÍA et al, 2015;MATOS et al, 2016). Entre as regiões mais estudadas se encontra a Mata Atlântica Brasileira, que possui grande parte dessa biodiversidade (CARNAVAL et al, 2009, COLOMBI et al, 2010THOMÉ et al, 2010;PINHEIRO et al, 2011;RIBEIRO et al, 2011;BATALHA-FILHO et al, 2012;AMARO et al, 2012;PINHEIRO et al, 2013;PINHEIRO et al, 2014;CARDOSO et al, 2015;RODRIGUES et al, 2015;RODRIGUES, 2015). Nesse contexto, estudos envolvendo biogeografia e filogeografia de diferentes seres vivos apontam a uma cadeia de eventos evolutivos que podem ter ocorrido no passado e que são responsáveis pela distribuição atual das espécies nos dias de hoje (TURCHETTO-ZOLET, 2013).…”

“…Contudo, diversos estudos ainda se concentram em dados moleculares citoplasmáticos e, na maioria das vezes, combinados com DNA nuclear (PALMA-SILVA, 2009;NEUBIG et al, 2009;NOVAES et al, 2010;SANTOS, 2011;NOVAES et al, 2013;PINHEIRO et al, 2013;LONGO et al, 2014;PINHEIRO et al, 2014;RODRIGUES et al, 2015).…”

“…A escolha desses marcadores foi baseada em trabalhos anteriores em que se mostraram propícios em estudos evolutivos no nível de populações e espécies em Orchidaceae (PINHEIRO et al, , 2013(PINHEIRO et al, , 2014SANTOS, 2011;RODRIGUES et al, 2015).…”

“…Os eventos de introgressão, como observados por van den , podem ser explicados como a ocorrência de intensas trocas gênicas interespecíficas que resultam em grande mistura de genes provenientes do retrocruzamento do híbrido com seus parentais (RIDLEY, 2006). Além disso, se o evento de introgressão é contínuo os genes podem se mover além das fronteiras das espécies utilizando indivíduos, ou até mesmo populações híbridas, como pontes de fluxo gênico e, assim, manterem a conectividade entre elas, colonizar novas áreas antes não habitadas e favorecer o surgimento de novas espécies PINHEIRO et al, 2010PINHEIRO et al, , 2013. Apesar da complexidade gênica que ocorre entre as populações nos eventos de introgressão, muitos dos genes específicos de cada espécie podem ser mantidos sem sofrer qualquer tipo de perda.…”