Estudios filogeográicos en el complejo Turnera Sidoides L. (Passifloraceae) - Moreno, Ercilia María Sara (Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste (UNNE-CONICET), 2014)
Los actuales patrones de biodiversidad y distribución geográfica de las especies son el producto de historias evolutivas complejas relacionadas, al menos en parte, a cambios geológicos y eventos históricos. En particular, las fluctuaciones en el clima global ocurridas durante el Cuaternario han tenido importantes consecuencias para la mayoría de los seres vivos, influyendo tanto en la distribución de las especies como en la diversidad y en la estructura genética de sus poblaciones. Los cambios en la distribución geográfica ofrecieron oportunidades para la especiación a través del aislamiento y la hibridación luego de un contacto secundario El Hemisferio Sur, aunque no estuvo sujeto a extensas glaciaciones como el Hemisferio Norte, sufrió considerables cambios geomorfológicos y climáticos históricos. En el Dominio Fitogeográfico Chaqueño, los eventos más importantes que dieron lugar al escenario geomorfológico actual están relacionados con el emplazamiento de los cratones o escudos Brasileño y Andino, la orogenia andina, el relleno de la cuenca intracratónica, el redireccionamiento de los grandes ríos de la región y la formación de una gran llanura aluvial xérica a partir de los antiguos abanicos aluviales de los ríos. Además, en este período una secuencia de climas secos y húmedos ocurrió entre los 22ºS y 39ºS, en correspondencia con los ciclos de glaciación en los Andes. Estos cambios pudieron ser críticos en la determinación de los actuales patrones de distribución de las especies. Los escasos datos paleopalinológicos así como los estudios geomorfológicos y estratigráficos sugieren que, durante el Pleistoceno y Holoceno, la vegetación xerofítica y los tipos de vegetación tropical y subtropical habrían sufrido, alternativamente, desplazamientos con una dirección NE-SW. Las modificaciones en la vegetación, debido a estos cambios geomorfológicos y climáticos históricos, pudieron interrumpir el área de las especies, causar la extinción local de poblaciones y cambiar las presiones de selección, produciendo una considerable reorganización genética la cual puede reflejarse en los acervos génicos de las especies modernas. Sin embargo, los datos disponibles para probar las hipótesis planteadas en relación con la respuesta de los organismos a los cambios climáticos ocurridos en el Dominio Chaqueño son todavía escasos. Los estudios filogeográficos (i.e. el análisis de la distribución espacial de los linajes genealógicos) y evolutivos en especies clave pueden, por lo tanto, ser muy informativos y contribuir a la interpretación de los cambios en la biota del Dominio Fitogeográfico Chaqueño en respuesta a los procesos históricos. Algunas de la hipótesis propuestas para el Dominio Chaqueño han sido analizadas utilizando al complejo Turnera sidoides L., ya que constituye un modelo biogeográfico muy informativo y su distribución coincide en casi toda su extensión con la de este Dominio. Este complejo de hierbas perennes presenta una gran diversidad morfológica y ecológica y, además, posee una alta incidencia de la poliploidía. A partir de las investigaciones llevadas a cabo hasta el momento, se ha propuesto que la diferenciación morfológica de T. sidoides, así como la distribución actual de los citotipos, habrían estado influenciadas por procesos históricos. Los diploides habrían tenido una distribución ancestral continua a lo largo de los cordones montañosos que limitan la llanura Chaco-Pampeana. Los procesos geomorfológicos y los ciclos de sequía/humedad ocurridos en la región, habrían determinado la fragmentación del área de los diploides, interrumpiendo el flujo génico y conduciendo a la diferenciación de los mismos en alopatría. Los valles y las laderas de las montañas habrían mantenido condiciones ambientales más estables, ofreciendo refugios para la supervivencia de los diploides. Los tetraploides se habrían originado en múltiples eventos de poliploidización, ocupando los ambientes resultantes de los pulsos de expansión/contracción de la vegetación en la llanura Chaco-Pampeana, estableciendo contactos secundarios entre morfotipos y subespecies. A fin de probar estas hipótesis, el objetivo general de esta tesis es analizar los patrones filogeográficos del complejo Turnera sidoides en relación a los procesos geomorfológicos y climáticos históricos ocurridos en el Dominio Fitogeográfico Chaqueño. A tal fin, se analizó la variabilidad genética intraespecífica en dos regiones no codificantes de ADNcp en 160 individuos de 97 poblaciones representativas de la variabilidad morfológica y la distribución geográfica de T. sidoides. Se analizó la variabilidad genética y la historia demográfica de las poblaciones y, se analizaron las relaciones evolutivas entre haplotipos mediante la elaboración de una red de haplotipos y la realización de inferencias bayesianas. La estructuración de la variabilidad genética y la correlación entre las distancias genéticas y las distancias geográficas de las poblaciones fueron analizadas mediante un AMOVA y un test de Mantel, respectivamente. Además, se caracterizó la variabilidad genética intraespecífica del complejo a escala regional mediante el empleo de marcadores de ADNn. Finalmente se analizó la distribución geográfica de las variantes genéticas detectadas. Los análisis llevados a cabo en esta tesis constituyen el primer estudio filogeográfico del complejo Turnera sidoides y es también el primero realizado en una especie ampliamente distribuida en el Dominio Fitogeográfico Chaqueño. Los valores de diversidad haplotípica y nucleotídica detectados en el complejo Turnera sidoides sugieren que, durante su historia evolutiva, habría ocurrido un rápido crecimiento poblacional a partir de una población ancestral con pequeño tamaño poblacional efectivo, donde el tiempo fue suficiente para recuperar la variación haplotípica pero muy corto como para una gran acumulación de diferencias en las secuencias. El hallazgo de haplotipos exclusivos en poblaciones diploides de las diferentes subespecies y morfotipos sustenta la hipótesis que propone que la diferenciación de las subespecies / morfotipos de Turnera sidoides habría ocurrido a nivel diploide. Por otra parte, la discordancia parcial entre los haplotipos de ADNcp y los límites subespecíficos observada en el complejo sería el resultado de uno o más procesos diferentes como el polimorfismo ancestral, la introgresión y la captura de cloroplastos. Los análisis de la red de haplotipos y bayesianos revelaron una clara división de los haplotipos en cuatro haplogrupos o clados, los cuales representan cuatro unidades evolutivas que habrían permanecido estables a lo largo del tiempo, sugiriendo la ocurrencia de extensos períodos de aislamiento entre dichos haplogrupos en T. sidoides. Estos resultados fueron sustentados por los obtenidos de los análisis demográficos y los valores de distancia genética entre los haplogrupos. Asimismo, los resultados del AMOVA demostraron que tanto las subespecies como las regiones geográficas difieren en los niveles de variabilidad genética detectada tanto a partir del análisis de las secuencias de ADNcp como por RAPDs. Finalmente, la falta de correlación entre la divergencia genética y la distancia geográfica de las poblaciones T. sidoides revelada por el test de Mantel, sugiere que la variación genética en este complejo no está distribuida clinalmente, por lo que la diferenciación genética actual entre las poblaciones de T. sidoides no puede ser explicada bajo un modelo de flujo génico de aislamiento por distancia. A partir de los resultados obtenidos, se proponen posibles centros de diversificación y fijación de los haplotipos para el complejo Turnera sidoides asociados con los mayores sistemas orográficos en la región: Valles interandinos; Chaco Boliviano y salteño, Sierras de Córdoba, Mesopotamia, Cuchilla de Haedo, Serranías del Este y Rio Grande do Sul. El hallazgo del haplotipo ancestral en poblaciones diploides y poliploides de T. sidoides distribuidas en las regiones más elevadas del área del complejo, sustenta la hipótesis que sugiere que los diploides habrían ocupado un área más continua que la actual a lo largo del arco peripampásico, el que habría constituido una vía de migración de las poblaciones. Asimismo, el hallazgo de este haplotipo y de haplotipos de punta en poblaciones tetraploides de los morfotipos chaqueño (tanto del Chaco Oriental como del Occidental) y pampeano sustenta la hipótesis que propone que los tetraploides, que están distribuidos a lo largo de la llanura Chaco-Pampeana, habrían expandido su distribución a partir de las áreas de refugio hasta alcanzar los límites actuales. Las áreas de mayor diversidad específica y genética detectadas en Turnera sidoides representarían reservorios de la variabilidad genética de ésta como de otras especies; mientras que el arco serrano constituiría un importante corredor que mantendría la conectividad biológica entre dichos reservorios. El análisis de la congruencia de los patrones filogeográficos y de la distribución de las variantes genéticas de Turnera sidoides y de otros taxones codistribuidos en relación a patrones de variación ambiental y uso de la tierra a escala regional podría, por lo tanto, contribuir a la identificación de áreas prioritarias para la conservación de la diversidad vegetal de la región y a realizar predicciones para el estudio de otras especies.

Current patterns of biodiversity and species distribution are the results of complex evolutionary histories related, at least in part, to geological changes and historical events. Particularly, Quaternary fluctuations of global climate had important consequences for most organisms, influencing not only biodiversity and species distribution but the genetic structure of populations as well. Such changes would offer opportunities for speciation by isolation and hybridization after secondary contact. The Southern Hemisphere, although was not subject to extensive glaciations, suffered considerable geomorphologic and climatic changes. The most important events that gave rise the currents landscapes are related to the emplacement of the Brazilian and Andean cratons, the Andes orogeny, the mobilization and deposition of sediments transported by northerly winds, the intensive migration of the fluvial belts of the main rivers and the formation of a great xeric alluvional plain. Moreover, in this period a sequence of dry and wet climates occurs between the 22ºS and 39ºS, in correspondence with the glaciations cycles in the Andes. These changes would be critical in the determination of the currents patterns of species distribution. The scarce paleopalinological data as well as the geomorphologic and stratigraphical studies suggest that, during Pleistocene and Holocene, the xerophytic vegetations and the tropical and subtropical vegetation types would have suffered, alternatively, NE-SW displacements. Vegetation changes resulted of such geomorphologic and climatic changes must have disrupted species ranges, caused the extinction of local populations, and changed selective pressures, producing a considerable genetic reorganization that may be reflected in the gene pools of the modern species. Notwithstanding, the information available to test hypotheses related to the biological response to the historical changes occurred in the Chaqueño Phytogeographical Domain is still scarce. Therefore, phylogeographic (i.e. the analysis of spatial distribution of genealogical lineages) and evolutionary studies in key species would be informative and may contribute to the interpretation of biota changes in response to the historical events of the Chaqueño Phytogeographical Domain. The values of haplotypic and nucleotidic diversity indices detected in Turnera sidoides complex suggest that, during its evolutionary history, would occur a fast population grow from an ancestral population with a low effective population size, being the time sufficient to recover haplotypic variation but not to accumulate great differences among sequences. The finding of private haplotypes in diploid populations of the different subspecies / morphotypes supports the hypothesis of subspecies / morphotypes of Turnera sidoides differentiation at diploid level. Moreover, the partial disagreement among the cpDNA haplotypes and subspecific limits would result from different processes such as ancestral polymorphisms, introgression and chloroplast capture. The network and the Bayesian analysis showed a clear haplotype division in four haplogroups or clades, which would represent four evolutionary units that may have remained stable for a long time, suggesting the occurrence of extensive isolation periods among such haplogroups of T. sidoides. These results were supported by those obtained from demographic analyses and the genetic distance among haplogroups. Moreover, the results of AMOVA showed that both subspecies and geographical regions differed in the levels of genetic variability detected from the analyses of cpDNA sequences and RAPD markers. Finally, the results of Mantel test suggest that the genetic variation is not clinally distributed and, thus, the genetic differentiations among populations of T. sidoides cannot be explained under an isolation by distance model. From the results here obtained, putative centers of diversification and haplotype fixation were proposed for Turnera sidoides complex associated to the main orographic systems of the region: Interandean Valleys; Chaco Boliviano and salteño, Sierras de Córdoba, Mesopotamia, Cuchilla de Haedo, Serranías del Este and Rio Grande do Sul. The finding of the ancestral haplotype in diploid and polyploidy populations of T. sidoides distributed along the higher regions in the complex area, supports the hypothesis that diploids would have occupied a more continuous area than today along the peripampasic arc, which would have constituted a path for populations migration. In addition, the finding of the ancestral and derived haplotypes in tetraploid populations of the chaqueño (from both Western and Eastern Chaco) and pampeano morphotypes support the hypothesis that tetraploids, that are currently distributed along the Chaco Pampean plain, would have expanded their distribution from such refuges to their current limits. The areas with a major specific and genetic diversity detected in Turnera sidoides would represent reservoirs of genetic variability for this and other species; while the peripampasic arc would constitute and important corridor that would maintain the biological connectivity among such reservoirs. Therefore, the analysis of the congruence of the phylogeographic and genetic patterns of Turnera sidoides and other co-distributed taxa in relation to the patterns environmental change and management at a regional scale, would contribute to the identification of priority areas for conservation of the flora biodiversity of the region and to make predictions for the study of other species.
Keywords: Filogeografía; Turnera sidoides (passifloraceae); ADN genómico; ADN cloroplástico; ADN nuclear