Populações marginais face a alterações climáticas:
estrutura genética de populações de algas marinhas
Cécile Perrin, Gareth Pearson, Ester Serrão
CCMAR-CIMAR Laboratório Associado, Universidade do Algarve, Faro
Questões principais:
Comparar a ecologia e evolução de:
• populações de regiões marginais e centrais da distribuição biogeográfica de espécies marinhas
• espécies com formas de reprodução contrastantes
Espécies modelo: Fucus spiralis e Fucus vesiculosus
Fucus
vesiculosu
s
Fucus
spiralis
Hermafrodita, autofecundação
hermafrodita
Dióica
dióica
ambígua
Xiphophora chondrophylla
F. vesic., F. spiralis, F. ceran., F. virs.
F. gardneri, F. distichus,F. evanescens
Fucus serratus
Hesperophycus californicus
Pelvetiopsis limitata
Pelvetia canaliculata
Silvetia compressa
Silvetia babingtonii
Silvetia siliquosa
Ascophyllum nodosum
Hormosira banksii
Serrão E.A., Alice L.A., Brawley S.H. (1999).
Evolution of the Fucaceae
(Phaeophyta) inferred from nrDNA-ITS. J.
Phycology. 35: 382-394.
http://www.marlin.ac.uk/images/species/distribution_maps/worldfucspi.jpg
Distribuição geográfica de F. spiralis e F. vesiculosus
Simpatria, regiões vastas de ocorrência conjunta
 Alopatria ocorre em algumas regiões
ex: separação por habitat na zona de distribuição Sul

Objectivos

Avaliar a integridade das espécies Fucus spiralis e Fucus vesiculosus

Estimar a diversidade genética populacional e a diferenciação ao longo da
distribuição geográfica para cada espécie

Comparar populações simpátricas versus alopátricas quanto a ocorrência de
indicadores de hibridação e introgressão entre as duas espécies
Amostragem
Para cada espécie em cada local, 2 x 24 indivíduos em zonas
separadas por 100 a 300 m
quadrado: 1-2 m2
N=24
N=
24
Pointe de la Crèche, França
100 – 300 m
Amostragem e metodologia
Norte da
França
Gris
Nez
Northern
Ireland
La
Crèche
5 km
Bretanha
England
Brittany
Northern
France
Penzé
River
Iberia
5 km
500 km
2941 indivíduos
38 regiões
de Marrocos à Noruega, Islândia, Maine
(+Pacífico e ilhas dos Açores e Canárias para F. spiralis)
Microssatélites: 5 loci (Engel et al. 2003)
+ 5 novos loci (Perrin et al. 2007)
Santec
Brignogan
Asturias
http://www.marlin.ac.uk/images/species/distribution_maps/worldfucspi.jpg
Batz
Island
F. spiralis
F. vesiculosus
Morlaix
River
Portugal +
La Guardia
Viana do Castelo
Mindelo
Lima River
Mondego River
Ribeira d’Ilhas
Magoito
Tagus River
VN de Milfontes
Almograve
100 km
Mira River
Gilão
Albufeira Ria River
Formosa
Engel CR, Brawley SH, Edwards KJ, Serrão EA (2003) Isolation and cross-species amplification of microsatellite loci from the fucoid seaweeds Fucus
vesiculosus, F. serratus and Ascophyllum nodosum (Heterokontophyta, Fucaceae). Molecular Ecology Notes, 3, 180–182.
Perrin C, Daguin C, Van de Vliet M, Engel CR, Pearson GA Serrão EA (2007) Implications of mating system for genetic diveristy of sister algal species :
Fucus spiralis and F. vesiculosus (Heterokontophyta, Phaeophyceae). European Journal of Phycology In press
Integridade das espécies
Fucus ceranoides
Brittany
2
Axis 2 (11.15 %)
NW Iberia
1
71
N Atlantic
Fucus spiralis
NW Iberia
NW Iberia
72
Fucus
vesiculosus
0
-1
65
-1
N AtlanticPacific
1
S IberiaCanary-AzoresNW Africa
S Iberia-NW Africa
Axis 1 (20.77 %)
FCA of samples of F. vesiculosus and F. spiralis based on allele frequencies.
F. ceranoides plotted as supplem. elements, bootstrap from a consensus NJ tree, Nei’s dist
Billard E, Daguin C, Pearson GA, Serrão EA, Engel C, Valero M. (2005).
Genetic isolation between the three closely related taxa:
Fucus vesiculosus, F.spiralis and F. ceranoides. J Phycology 41.:900-905
F. ves Iceland
F. ves Faroe
F. ves Norway
F. ves Ireland
F. ves England
F. ves France
F. ves N Spain
F. ves N Portugal
F. ves SW Portugal
F. ves Morocco
F sp Pacific
F.sp Iceland
F. sp Faroe
F. sp Norway
F. sp Ireland
F. sp England
F. sp France
F. sp N Spain
F. sp N Portugal
F. sp SW Portugal
F. sp Azores
F. sp Canary
F. sp Morocco
F. ceranoides
Diferenciação populacional
Fucus vesiculosus
Fucus spiralis
Penze 2
Rio del Eo 2
Rio del Eo 1
North+West Iberia
N IberiaFranceEngl-IrlNorwayFaroesIceland
Penze 1
Morlaix 2
63 North Ireland
Morlaix 1
66
LCSGNW
1
3
GNW
GNE1
2
LCS 2 GNE 3
GNEGNW
2 England
SW
3 Bude
1 SE
LCNSE
1 3 SW11 Norway 2
Brig 2
La Guardia2
Iceland 1
Brig 1
64
87
Batz
VS 2
LCN 2
Iceland 2
Rio Lima 3VSR 1 VNR 1
Rio Lima 2 Rio Lima 1
VNR 2
VNR
VSR
VS213VN 1
VN 2 Cornwall KH
Faroe
98
VSR 3
Mindelo 1
64
Mindelo 2
La Guardia1
Norway 1
Oviedo
“Rest of the world”
NW Iberia -France-England, IrelandNorway-Faroes-Iceland- Atlantic
USA, Pacific USA
NW Iberia
PacificQ1
Pacific Q2
Maine WQ
Maine WC
Iceland Q1
Iceland Q2
Norway Q1
N Ireland
La Creche 1
La Creche 2
Gris-Nez E
Santec W1
Brignognan 1
Brignognan 2
Rio del Eo
Cornwall KH
Bude
Gris-Nez W
94
69
Norway Q2
Santec E1
Ria
Formosa 1
Faroes
La Guardia 2
Viana S1
MondegoGL1MondegoFF3
MondegoGL3
MondegoFF1
61
Tavira 3
Tavira 4
Tavira 2
Rio Mira 3
Rio Mira 1
Tavira 1
SW Iberia,
Canary, Azores,
NW Africa
Tejo Rosa1
Tejo Alco2
Tejo Alco1
63
Tejo Rosa 3
Tejo Alco3
77
Morocco 1
Tejo Alco4
Morocco 2
Ribeiro 2
Magoito Milfontes 1
Azores Milfontes 2
Rio Mira P
Ribeiro 1
Canary 2 64 Rio Mira
66
Canary 1
Morocco 1
67
Almograve 2
Almograve 1
Albufeira 1
Ria Formosa 2
0.1
Oviedo
Oviedo
Mindelo 3
Mindelo 4
Albufeira 2
Morocco 2
SW Iberia,
NW Africa
63
Viana N 1
0.1
NW Iberia
La Guardia 1
Relationships among samples for each species, unrooted NJ tree, pairwise Nei’s distances. Bootstrap above 60% shown (2000 reps).
Diversidade genética intra-populacional
Fucus spiralis
0.80
0.80
0.70
0.70
0.60
0.60
0.50
0.50
Ĥ
ˆHe
Ĥ
ˆHe
Fucus vesiculosus
0.40
0.40
0.30
0.30
0.20
0.20
0.10
0.10
0.00
0.00
NA-S
NF-S
N Atl/France
NI-S
NWI-S
N/NW Iberia
SI-A
Mo-A
Pac-A
S Iberia/Africa
NF-S
Pacific/N Atl/France
7.0
7.0
6.0
6.0
5.0
5.0
4.0
4.0
NI-S
NWI-S
SI-A
Mo-A
Az-A
Ca-A
N/NW Iber S Iber/Africa/Az/Can
A
A
NA-S
3.0
3.0
2.0
2.0
1.0
1.0
0.0
0.0
NA-S
NF-S
NI-S
NWI-S
SI-A
Mo-A
Pac-A
NA-S
NF-S
NI-S
Mean over populations within each group ± standard deviation
S: Sympatry A: Allopatry
NWI-S
SI-A
Mo-A
Az-A
Ca-A
Bretanha, N França
Populações simpátricas
(mais intermédios do que em parapatria)
Engel et al. 2005)
491
inds
Fv
2
Axis 2 (3.28 %)
Evidência de
hibridação/introgressão
Fs
334
inds
1
0
-1
-2
-1
0
1
Axis 1 (9. 64 %)
Fs
1
(mais intermédios do que em parapatria)
Engel et al. 2005)
Fv
Axis 2 (6.38 %)
Península Ibérica
Populações simpátricas
235
inds
0
225
inds
-1
-2
-1
0
Axis 1 (9.38 %)
1
Fv
Não há genótipos intermédios
Engel C.R., Daguin C. and Serrão E. A. 2005. Genetic entities and
mating system in hermaphroditic Fucus spiralis and its close dioecious
relative F. vesiculosus (Fucaceae, Phaeophyceae). Molecular Ecology, 14,
2033–2046
Fs
Axis 2 (4.59 %)
Península Ibérica
Populações alopátricas
1
0
311
inds
432
inds
-1
-1
0
Axis 1 (14.54 %)
1
FCA of F. vesiculosus
and F. spiralis based
on allele frequencies.
Barreira biogeográfica - Evidência de hibridação/introgressão
Frequências alélicas - locus 78
Fucus vesiculosus
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
North Atlantic - S
North France Brittany - S
North Iberia - S
North West Iberia
-S
South Iberia -AS
Morocco - A
North Atlantic - S
North France Brittany - S
North Iberia - S
North West Iberia
-S
South Iberia - A
S
Morocco - A
Fucus spiralis
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Pacific - A
simpatria
Azores - A
alopatria
Canary - A
Site B
Nível de maré (m)
sincronia de reprodução
inter e intra-espécies
Viana do Castelo
discos: 6.2 cm2
assentamento (óvulos.cm -2)
Site A
Fucus
spiralis
Fucus
vesiculosus
Sucesso da
fertilização
= 82-100%
ambas espécies
Conclusões

Diferenciação populacional:
 Atlântico NW e NE, Pacífico. Expansão recente proveniente de
uma única origem, provávelmente associada a refúgios glaciares

Noroeste ibérico: Zona de transição biogeográfica entre populações
diferenciadas de N e S
Populações Sul - elevada diferenciação interpop.,
baixa diversidade intrapop. Fragmentação de habitat

Conclusões cont.

Integridade das duas espécies: Fucus vesiculosus e Fucus spiralis

Especiação: Muito elevada diferenciação genética das populações sul de Fucus
vesiculosus indica isolamento reprodutivo nesta espécie, comparável ao
nível de diferenciação entre outras espécies de Fucus.
Hibridação:
Hibridação / introgressão aparente onde as distribuições das espécies se
sobrepõem, reprodução sincronizada intra- e entre- espécies
 Forte barreira contra fluxo genético interespecífico deve ocorrer para
manter integridade das espécies em simpatria

hip: sistema reprodutivo - predominantemente autofecundação em F.spiralis
Financiamento :
EC Sustainable Development, Global Change and Ecosystems Program Marine Genomics Europe Network of Excellence (GOCE-CT-2004-505403)
e
FCT (programas PDCTM e POCTI), FSE, FEDER