172
CRISTIANA BARROS NASCIMENTO COSTA MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM ESPÉCIES SIMPÁTRICAS: BIOLOGIA REPRODUTIVA DE CHAMAECRISTA (LEGUMINOSAE-CAESALPINIOIDEAE) EM MUCUGÊ, BAHIA Feira de Santana – BA 2007

MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

  • Upload
    votruc

  • View
    215

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

CRISTIANA BARROS NASCIMENTO COSTA

MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM

ESPÉCIES SIMPÁTRICAS: BIOLOGIA REPRODUTIVA DE

CHAMAECRISTA (LEGUMINOSAE-CAESALPINIOIDEAE)

EM MUCUGÊ, BAHIA

Feira de Santana – BA

2007

Page 2: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM

ESPÉCIES SIMPÁTRICAS: BIOLOGIA REPRODUTIVA DE

CHAMAECRISTA (LEGUMINOSAE-CAESALPINIOIDEAE)

EM MUCUGÊ, BAHIA

CRISTIANA BARROS NASCIMENTO COSTA

Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação

em Botânica da Universidade Estadual de Feira de

Santana – BA como parte dos requisitos para a

obtenção do título de Doutora em Botânica.

ORIENTADOR Dr. Eduardo Leite Borba (UFMG)

CO-ORIENTADOR Dr. Luciano Paganucci de Queiroz (UEFS)

Feira de Santana – BA

2007

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BOTÂNICA

Page 3: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

Para Jorge, Meu Amor,

Meu Norte.

Para Jael (in memorian) e Valdinéa, Pelos ensinamentos e amor constantes.

Page 4: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

AGRADECIMENTOS

Quero aqui expressar meus sinceros agradecimentos a todos àqueles que contribuíram

direta ou indiretamente para a realização desta tese, especialmente:

Ao meu grande companheiro Jorge, por estar sempre ao meu lado e por toda dedicação e

apoio incondicionais cedidos para realização e finalização desta tese, seja no trabalho de

campo ou nas discussões científicas. Obrigada por fazer parte de meu caminho!!

À minha mãe Valdinéa, irmãos Washington e Ana Paula e sobrinhos Vanessa, Gabriel e

Caio por entenderem a minha ausência e por estarem sempre presentes em minha vida em

todos os momentos.

Ao meu orientador Eduardo, por todo apoio, compreensão, exemplo profissional e

inquestionável orientação. Agradeço também pela confiança, oportunidade, amizade e por

toda paciência dispensada, principalmente neste período final.

Ao meu co-orientador Luciano que, juntamente com Eduardo, me confiou este projeto com

Chamaecrista. Por toda atenção, incentivo, exemplo e apoio dispensados ao longo destes

anos.

Aos amigos Ciça e Perimar pelo estímulo constante e por fazer desta trajetória um caminho

mais agradável com muito companheirismo e atenção. Também não poderia deixar de

agradecer a ambos pelo apoio logístico nos meses finais do doutorado.

À dupla amiga Pati e Sil e ao amigo Marquinhos pelas divertidas conversas e apoio

constante ao longo desta jornada, tornando tudo muito mais agradável. Aos amigos

Viviane, Sérgio, Carlianne e Tati por tornarem as viagens de campo menos solitárias e

mais ricas, através da troca de experiências e agradável companhia.

Aos amigos de longas datas, Nanse, Clécia, Tom, Paty, Roni, Bruno, Carlos, Doriva e todo

o pessoal do PróDiversidade, por sempre estarem presentes e entenderem a ausência.

Aos colegas da Pós por toda amizade, incentivo e companheirismo, em especial a Ciça, Sil,

Pati, Marquinhos, Maria Clara, Hilder, Jomar, Elnatan, Eric, Élvia, Viviane, Teo, Janaína,

Sérgio, Daiane, Sabrina, Lia, Lázaro, Adilva, Pati Luz, Paula Dib, Déa, Tati, Luciene,

Paulino, Marileide, Kelly, Léa, Vânia, Carlianne, Rosineide e Maria.

Page 5: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

Às meninas do herbário: Téo, Zezé, Kelly, Elaine, Silvia e Renata por todo apoio e

atenção. Às meninas da Secretaria Adriana e Gardênia pelo apoio nos assuntos acadêmicos

em todas as horas. E à Vanilda, sempre disposta a ajudar!

À Adilva, pela atenção e apoio na identificação dos táxons de Chamaecrista. À Maria

Clara, pela amizade e incentivo nos estudos em Botânica.

À Favízia, pela atenção e apoio na identificação das abelhas. Ao Roy, pela disponibilidade

e prontidão nos serviços de tradução e à Ligia pela atenção cedida nas discussões sobre

fenologia.

Ao Coordenador do Projeto Sempre Viva (Mucugê) Euvaldo e ao Secretário de Meio

Ambiente de Mucugê, Oremildes, pelo apoio incondicional no campo para a realização

deste trabalho. Aos vigilantes Nilton e Adriano, pessoas maravilhosas que sempre se

mostraram muito solícitos e atenciosos. A toda família do Parque Municipal de Mucugê

pela constante atenção, suporte, segurança, colaboração e amizade concedidos durante

todos estes anos de atividades de campo. Muito Obrigada!

Aos pesquisadores Paulo Eugênio, Peter Gibbs e Christian Westerkamp pelas sugestões

metodológicas emitidas no início deste trabalho. Ao professor Marcelo de Paula pela

disponibilidade e apoio em algumas análises estatísticas.

À coordenadora do curso de Ciências Biológicas da UNEB Gianete Dutra e às amigas

Renata Dâmaso e Alessandra Cotrim pelo constante apoio e compreensão nesta etapa final.

Ao Programa de Pós Graduação em Botânica da UEFS que possibilitou a realização deste

trabalho. Aos professores deste programa que contribuíram de alguma forma para o bom

desenvolvimento deste trabalho.

À FAPESB pela concessão da bolsa de doutorado na fase inicial desta pesquisa e suporte

financeiro. Ao CNPq pela concessão da bolsa na fase final do doutorado.

A todos aqueles que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho, o meu

mais sincero obrigada!!!

Page 6: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS

RESUMO

ABSTRACT

INTRODUÇÃO GERAL 01

CAPÍTULO 1. Fenologia de táxons simpátricos de Chamaecrista (Leguminosae –

Caesalpinioideae): estratégias de floração e isolamento reprodutivo.

08

CAPÍTULO 2. Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista

(Caesalpinioideae – Leguminosae): aspectos morfológicos e isolamento

reprodutivo.

34

CAPÍTULO 3. Autocompatibilidade e potencialidade de cruzamento entre táxons

simpátricos de Chamaecrista (Leguminosae - Caesalpinioideae).

64

CAPÍTULO 4. Post-zygotic Reproductive Isolation Between Sympatric Taxa in the

Chamaecrista desvauxii Complex (Leguminosae – Caesalpinioideae).

99

CAPÍTULO 5. Biologia reprodutiva do híbrido natural Chamaecrista

×blanchetiformis (Leguminosae - Caesalpinioideae): potencialidade de

estabelecimento do híbrido e de introgressão nos parentais, C. blanchetii e C.

confertiformis.

115

5. CONCLUSÃO GERAL 140

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 144

Page 7: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

RESUMO

Chamaecrista Moench é um dos maiores gêneros da subfamília Caesalpinioideae

(Leguminosae), com cerca de 330 espécies distribuídas em sete seções. No Parque

Municipal de Mucugê (Chapada Diamantina, Bahia, Brasil), foram encontrados oito táxons

do gênero incluídos em seis espécies e uma noto-espécie, ocorrendo simpatricamente e

pertencentes a quatro seções: seção Absus (C. glaucofilix e C. chapadae), seção

Baseophyllum (C. confertiformis, C. blanchetii e C. ×blanchetiformis), seção Xerocalyx (C.

desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula) e seção Chamaecrista (C.

rotundifolia var. grandiflora). É possível ocorrer fluxo gênico entre táxons simpátricos

quando não existem barreiras para a manutenção do isolamento reprodutivo, ou quando

estas são fracas, possibilitando a formação de zonas híbridas, introgressão, ou mesmo

especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais e como mecanismos de

isolamento reprodutivo atuam entre táxons da mesma seção e de seções diferentes. Para o

esclarecimento sobre a atuação destas barreiras entre os táxons foram realizados estudos

sobre fenologia, biologia floral, guilda e comportamento dos polinizadores. Experimentos

de autopolinização, polinização cruzada, polinização aberta e polinização espontânea

foram realizados, além de cruzamentos intertáxons bidirecionais, e sementes provenientes

dos experimentos foram colocadas para germinar. Os táxons estudados de Chamaecrista

apresentaram diferentes estratégias de floração, com padrão anual e contínuo, com floração

durante todo o ano para a comunidade. Isolamento temporal completo de floração foi

encontrado apenas entre C. rotundifolia var. grandiflora e C. confertiformis, além de

isolamento parcial, com pequena sobreposição, entre esta última e C. blanchetii da mesma

seção. Foram verificados quatro diferentes tipos morfológicos de flores, com base na pétala

mediana (indiferenciada – seção Chamaecrista, curvada – seção Xerocalyx, falcada – seção

Baseophyllum e tubular – seção Absus), que estão diretamente relacionadas com os

Page 8: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

mecanismos de polinização, e que representam barreiras reprodutivas entre as seções Absus

e Baseophyllum, através de polinização pleurotríbica e nototríbica, respectivamente.

Enantiostilia monomórfica foi verificada em seis táxons, com favorecimento da

polinização intramorfo para a maioria dos táxons. O principal polinizador para quase todos

os táxons foi Bombus brevivillus (Hymenoptera: Apidae), com diferentes comportamentos

de coleta de pólen entre os táxons. Todos os táxons estudados são autocompatíveis e

apresentam baixa formação de sementes por fruto, porém com altas taxas de germinação

(acima de 70%). As duas subpopulações de C. chapadae estudadas apresentam baixa

intercompatibilidade, sendo sugerida a possibilidade da ocorrência de alterações

cromossômicas estruturais ou numéricas, se conformando com o modelo de especiação

estasipátrica. A principal barreira reprodutiva entre táxons das seções Absus e Xerocalyx

foi a inviabilidade da semente, com frutos formando exclusivamente sementes abortadas.

A análise dos dados ecológicos, reprodutivos e genéticos para os dois táxons da seção

Xerocalyx, C. desvauxii var. latistipula e de C. desvauxii var. graminea, sugere que estes

deveriam ser reconhecidos como espécies distintas, não ocorrendo fluxo gênico entre as

populações, que apresentaram inter-incompatibilidade e grande diferenciação genética.

Cruzamentos entre táxons de seções diferentes apresentaram um conjunto de barreiras pré-

zigóticas e pós-zigóticas atuando como filtros sobrepostos que impedem o fluxo gênico

entre eles. Intercompatibilidade foi encontrada apenas entre C. blanchetii e C.

confertiformis (seção Baseophyllum), que apresenta isolamento reprodutivo pré-zigótico

incompleto, levando a formação do híbrido Chamaecrista ×blanchetiformis com

características morfológicas florais e guilda de polinizadores similares a seus parentais.

Esse híbrido apresenta potencial de retrocruzamento com os parentais, podendo ocorrer

principalmente introgressão de C. blanchetii em C. confertiformis acarretando em maior

diversidade genética e maior potencial para novas adaptações ecológicas, causando

Page 9: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

alterações na identidade genética e ecológica desta espécie. Porém, Chamaecrista

×blanchetiformis apresenta também potencial de estabelecimento, apesar de sua reduzida

freqüência na comunidade.

Page 10: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

ABSTRACT

Chamaecrista Moench is one of the largest genera in the subfamily

Caesalpinioideae (Leguminosae), comprising approximately 330 species distributed among

seven sections. A total of eight taxa included in six species and one nothospecies belonging

to four sections were found growing sympatrically in the Mucugê Municipal Park

(Chapada Diamantina, Bahia State, Brazil): section Absus (C. glaucofilix and C.

chapadae), section Baseophyllum (C. confertiformis, C. blanchetii and C.

×blanchetiformnis), section Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea and C. desvauxii var.

latistipula) and section Chamaecrista (C. rotundifolia var. grandiflora). It is possible that

genetic flow occurs between sympatric taxa when there are no barriers to maintain

reproductive isolation, or when these barriers are weak, allowing the formation of hybrid

zones, introgression, or even speciation through hybridization. The present study sought to

identify the mechanisms acting in the reproductive isolation of taxa in the same sections,

and between the different sections. In order to investigate the nature of these inter-taxa

barriers, studies were carried out regarding the phenology and floral biology of these

plants, and the guilds and the behavior of their pollinators. Experiments of self-pollination,

cross pollination, open pollination and spontaneous pollination were preformed for each of

the taxa, in addition to bi-directional inter-taxa crosses; seeds resulting from all

experiments were tested for germination capacity. The different taxa of Chamaecrista

examined demonstrated different phenological strategies (both annual and continuous),

with continuous flowering during the year being observed for the community as a whole.

Complete temporal isolation of flowering was observed only between C. rotundifolia var.

grandiflora and C. confertiformis, and partial isolation (with a small overlap) between this

latter species and C. blanchetii, from the same section. Four different morphological

flower types were identified based on the morphology of the median petal (undifferentiated

Page 11: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

- section Chamaecrista; curved – section Xerocalyx; falcate – section Baseophyllum; and

tubular – section Absus) that are directly related to pollination mechanisms and that

represent reproductive barriers between the sections Absus and Baseophyllum, through

pleurotribic and nototribic pollination vectors, respectively. Monomorphic enantiostyly

was observed in six taxa, favoring intramorphic pollination in a majority of the taxa. The

principal pollinator for almost all the taxa was Bombus brevivillus (Hymenoptera: Apidae),

which demonstrated different pollen collection behaviors while visiting the different taxa.

All of the taxa examined were self-compatible and demonstrated low seed production per

fruit, although the seeds demonstrated high germination rates (higher than 70%). The two

subpopulations of C. chapadae studied present low intercompatibility, being suggested the

possibility of the occurrence of structural or numerical chromosomic alterations,

conforming with the stasipatric speciation model. The principal reproductive barrier

between taxa of the sections Absus and Xerocalyx was seed viability, as fruits formed only

with aborted seeds. The analysis of the ecological, reproductive, and genetic data for the

two taxa of the section Xerocalyx (C. desvauxii var. latistipula and C. desvauxii var.

graminea) suggests that these should be considered two distinct species, as no genetic flow

was observed to occur between their populations and they demonstrated inter-

incompatibility and significant genetic differentiation. Crosses among the different taxa

and sections demonstrated a series of pre-zygotic and post-zygotic barriers acting as

overlapping filters to impede genetic flow. Inter-compatibility was observed only between

C. blanchetii and C. confertiformis (section Baseophyllum), which demonstrated

incomplete pre-zygotic reproductive isolation, allowing the formation of the hybrid

Chamaecrista ×blanchetiformis, which demonstrated floral morphology and pollinator

guild characteristics similar to those of its parents. This hybrid demonstrated the potential

for back-crossing with the parent species, principally the introgression of C. blanchetii

Page 12: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

with C. confertiformis, which would result in greater genetic diversity, greater

opportunities for new ecological adaptations, and in alterations in the genetic and

ecological identity of this hybrid species. However, Chamaecrista ×blanchetiformis also

demonstrated potential for establishment, in spite of its reduced frequency in the

community.

Page 13: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

1

Introdução Geral

Leguminosae é uma das maiores famílias vegetais, com 727 gêneros e cerca de

19.300 espécies, apresentando distribuição cosmopolita (Lewis, 2005). A família está

tradicionalmente dividida em três subfamílias: Caesalpinioideae, Mimosoideae e

Papilionoideae (Judd, 2002), e apresenta alta diversidade morfológica de flores e frutos. A

grande variedade na morfologia floral das Leguminosae está diretamente relacionada com

diversos sistemas e estratégias de polinização (e.g., Gottsberger & Silberbauer-

Gottsberger, 1988; Gibbs & Sassaki, 1998; Lewis & Gibbs, 1999), sendo um dos fatores

responsáveis pelo grande sucesso ecológico e evolutivo encontrado na família (Arroyo,

1981). Quando comparado com a riqueza de espécies da família, o número de táxons

estudados em relação ao sistema de polinização ainda é escasso. Mesmo assim, uma

diversidade de sistemas de polinização tem sido observada entre as Leguminosae, sendo

que em todas as subfamílias a polinização por abelhas corresponde ao sistema

predominante.

Chamaecrista Moench possui flores predominantemente amarelas, pentâmeras,

actinomorfas e são polinizadas por abelhas através do processo de vibração das anteras

(Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988; Pinheiro et al., 1988; Costa & Ramalho,

2001). O gênero pertence, juntamente com Cassia e Senna, à subtribo Cassiinae (Lewis,

2005), sendo um dos maiores gêneros da subfamília Caesalpinioideae (Leguminosae).

Chamaecrista compreende sete seções (Conceição, 2006), com aproximadamente 330

espécies no total (Lewis, 2005), sendo representado no Brasil por cerca de 230 espécies

(Irwin & Barneby, 1982).

O gênero Chamaecrista está bem representado nos campos rupestres, com principal

centro de diversidade na Cadeia do Espinhaço (Irwin & Barneby, 1982; Conceição, 2006),

Page 14: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

2

constituída principalmente pelos maciços do Planalto de Diamantina e Serra do Cipó

(Minas Gerais) e Chapada Diamantina (Bahia), além de várias serras disjuntas da formação

principal. A Chapada Diamantina encontra-se a cerca de 700 a 2000 m de altitude

(Giulietti & Pirani, 1988), e é conhecida pela flora única que ocorre nas áreas mais

elevadas da região. O complexo mosaico de tipos de vegetação que caracteriza os campos

rupestres é resultado da heterogeneidade do ambiente, com variações na topografia,

declividade, natureza do substrato e do microclima resultante do local (Harley, 1995). As

áreas montanhosas são comparáveis a ilhas separadas pelas condições ecológicas muito

diferentes que existem nas terras baixas. Assim, baseado no passado climático e história

geológica das montanhas podem também vir a ser centros de concentração de

biodiversidade (Harley, 1995). As características encontradas ao longo da Cadeia do

Espinhaço, juntamente com a grande biodiversidade que vem sendo encontrada na

Chapada Diamantina (e.g., Giulietti & Pirani, 1988; Harley, 1988; Stannard, 1995; Guedes

& Orge 1998; Azevedo, 2004; Ribeiro et al., 2005) corroboram a afirmação acima.

O Parque Municipal de Mucugê, localizado no município de Mucugê, Chapada

Diamantina, possui área de 450 ha e fica a uma altitude em torno de 1000 m (Figura 1). Na

área do Parque, predominam os campos rupestres formados por plantas herbáceas e

arbustivas que ocorrem em diferentes microhabitats, como fendas entre pedras e margens

de rios (Figura 2A-D). Neste local, foram encontrados oito táxons incluídos em seis

espécies e uma noto-espécie de Chamaecrista ocorrendo simpatricamente, distribuídos em

quatro seções: seção Absus [C. glaucofilix (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby, C.

chapadae (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby], seção Baseophyllum [C. confertiformis

(Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis, C. blanchetii (Benth.) Conc.,

L.P.Queiroz & G.P.Lewis, C. ×blanchetiformis Conc., L.P.Queiroz & Borba], seção

Xerocalyx [C. desvauxii var. graminea Irwin & Barneby, C. desvauxii var. latistipula

Page 15: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

3

(Benth.) G.P.Lewis] e seção Chamaecrista [C. rotundifolia var. grandiflora (Benth.) Irwin

& Barneby].

Entre espécies simpátricas, a possibilidade de fluxo gênico através de

intercruzamentos pode resultar na formação de híbridos. Porém, este potencial de

intercruzamento pode ser reduzido por mecanismos pré-zigóticos (e.g. diferentes habitats,

floração, morfologia floral, polinizadores, isolamento gamético) e pós-zigóticos (e.g.

inviabilidade da semente, esterilidade do híbrido) que atuam como barreiras reprodutivas

entre táxons (Dobzhansky, 1937; Grant, 1981; Stace, 1989; Coyne & Orr, 2004).

Em Chamaecrista, alguns grupos apresentam delimitação taxonômica bastante

confusa, devido à sobreposição de caracteres morfológicos, formando complexos de

espécies. Estudos recentes, enfocando variabilidade morfológica e genética na seção

Baseophyllum, revelaram a existência de dois táxons híbridos ocorrentes na Chapada

Diamantina (Conceição, 2006). Isso demonstra que mecanismos de isolamento reprodutivo

não estão sendo eficientes para evitar o fluxo gênico entre espécies desta seção.

Chamaecrista ×blanchetiformis, um dos híbridos reconhecidos, ocorre no Parque

Municipal de Mucugê e a possibilidade de retrocruzamento com os parentais pode levar a

um processo de introgressão ou formação de zonas híbridas, que interfere evolutivamente

na identidade genética dos táxons envolvidos, ou mesmo podendo ocorrer especiação por

estabelecimento do híbrido.

O estudo do sistema reprodutivo e dos mecanismos de isolamento entre espécies

simpátricas auxilia no entendimento da complexidade taxonômica de algumas espécies e

nos padrões de fluxo gênico, sendo de básica importância para estudos em evolução e em

genética de populações (Stace, 1989; Richards, 1997; Coyne & Orr, 2004). Para a

compreensão dos mecanismos de isolamento que estão atuando entre espécies simpátricas,

estudos ecológicos são fundamentais para o conhecimento das estratégias reprodutivas que

Page 16: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

4

garantem o sucesso reprodutivo e a manutenção da identidade genética de cada espécie.

Assim, esse trabalho propõe investigar o sistema reprodutivo e as relações reprodutivas

existentes entre oito táxons simpátricos de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal

de Mucugê, pertencentes a quatro seções, no sentido de responder às seguintes questões:

1. Quais os mecanismos de isolamento reprodutivo presentes e como estes atuam em

táxons simpátricos de Chamaecrista?

2. Estes mecanismos de isolamento reprodutivo são eficientes, inviabilizando a

formação de híbridos e fluxo gênico entre as espécies?

3. Táxons mais relacionados (pertencentes a uma mesma seção) apresentam os

mesmos tipos de barreiras que táxons menos relacionados (pertencentes a diferentes

seções)?

4. Os táxons de seções diferentes estão isolados por barreiras genéticas?

5. Existe alguma correlação entre ocorrência de mecanismos de isolamento

reprodutivo pré-zigóticos e mecanismos pós-zigóticos?

Para responder a estas questões, foram estudadas as estratégias reprodutivas dos

oito táxons simpátricos de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de Mucugê. A

análise de mecanismos pré-zigóticos pré-polinização de período de floração (Cap. 1),

morfologia e biologia floral, guilda e comportamento dos polinizadores (Cap. 2) e

mecanismos pré-zigóticos pós-polinização e pós-zigóticos com análise do sistema

reprodutivo, crescimento de tubo polínico, fertilização e viabilidade das sementes (Cap. 3)

foi desenvolvida no sentido de esclarecer os processos ecológicos reprodutivos que

envolvem este gênero. Estudo envolvendo genética de populações nas variedades da seção

Xerocalyx (Cap. 4) e o potencial de retrocruzamento e introgressão na seção Baseophyllum

Page 17: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

5

a partir do híbrido C. ×blanchetiformis (Cap. 5) poderão também auxiliar em uma melhor

delimitação taxonômica no grupo.

Page 18: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

6

Figura 1. Mapa de localização da área de estudo em Mucugê, Bahia, Brasil.

Page 19: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

7

Figura 2. Áreas de campo rupestre no Parque Municipal de Mucugê. (A) Vista do rio

Piabinha; (B) ambiente arenoso com espécies herbáceas e arbustivas; (C) rio Piabinha em

época seca e (D) chuvosa.

Page 20: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

8

CAPÍTULO 1

Fenologia de táxons simpátricos de Chamaecrista

(Leguminosae – Caesalpinioideae): estratégias de

floração e isolamento reprodutivo.

Page 21: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

9

Resumo

O objetivo deste trabalho foi verificar se as estratégias de floração atuam como

mecanismos de isolamento reprodutivo pré-zigótico entre sete táxons simpátricos de

Chamaecrista no Parque Municipal de Mucugê, Chapada Diamantina, Bahia. O

acompanhamento da floração e frutificação foi realizado mensalmente, seguindo a

classificação de Fournier, durante o período de julho de 2003 a dezembro de 2005. A

comunidade de Chamaecrista possui flores e frutos durante todo o ano. Diferentes padrões

foram encontrados entre os táxons, com C. chapadae, C. desvauxii var. latistipula e C.

glaucofilix apresentando padrão de floração contínuo, enquanto C. blanchetii, C.

confertiformis, C. desvauxii var. graminea e C. rotundifolia var. grandiflora exibiram

floração anual, principalmente no período mais seco, entre abril e outubro. Apenas C.

confertiformis floresceu predominantemente no período chuvoso. Grande sobreposição do

período de floração foi encontrado entre os táxons, com exceção de C. confertiformis e C.

rotundifolia var. grandiflora, que mostraram completo isolamento temporal, e C.

confertiformis com C. blanchetii, com pequena sobreposição nos períodos de baixa

floração, representando um isolamento reprodutivo parcial. A frutificação ocorreu logo

depois do início da floração e a dispersão de sementes acontece por autocoria

principalmente no período seco. Os táxons de Chamaecrista apresentam estratégias de

floração que permitem a polinização interespecífica, não representando uma barreira pré-

zigótica pré-polinização eficiente para o isolamento reprodutivo entre a maioria dos táxons

estudados.

Page 22: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

10

Introdução

Estudos fenológicos envolvem diferentes eventos do ciclo de vida das plantas,

como florescimento, frutificação, brotamento e germinação. Entre esses, a fenologia da

floração é considerada um dos mais importantes traços da ecologia e evolução do sistema

de polinização em plantas (Rathcke & Lacey, 1985; Bawa et al., 2003; Bolmgren et al.,

2003). As estratégias reprodutivas de floração e frutificação apresentadas pelas diferentes

espécies e/ou comunidades de plantas, tanto na zona temperada quanto nos trópicos,

representam uma resposta às pressões seletivas de competição por polinizadores e

dispersores ou a fatores de sazonalidade, tais como temperatura, pluviosidade,

comprimento do dia, entre outros (Gentry, 1974; Bolmgren et al., 2003). Espécies

relacionadas, pertencentes a uma mesma família ou gênero, podem apresentar padrões

distintos de floração e frutificação ao longo do ano (e.g., Martin-Gajardo & Morellato,

2003; Costa et al., 2006), e as interações interespecíficas determinam os padrões

fenológicos que têm um importante papel na dinâmica da comunidade (Kochmer &

Handel, 1986; Ollerton & Lack, 1992).

A polinização é considerada como o fator mais importante na especiação de

angiospermas polinizadas bioticamente (Faegri & van der Pijl, 1979; Proctor et al., 1996;

Richards, 1997), mas diferentes estratégias de floração podem ser exibidas na atração de

polinizadores em plantas que compartilham o mesmo espectro de visitantes e com

morfologia floral similar (Gentry, 1974; Costa et al., 2006), podendo levar ao isolamento

reprodutivo. Entretanto, táxons simpátricos nem sempre exibem padrões de floração

diferenciados, o que resulta em fluxo gênico e subseqüente hibridação (Rieseberg, 1995;

Levin, 2000; Coyne & Orr, 2004).

Page 23: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

11

O gênero Chamaecrista (Leguminosae – Caesalpinioideae) apresenta cerca de 330

espécies distribuídas em sete seções (Conceição, 2006) e é representado no Brasil por cerca

de 230 espécies (Irwin & Barneby, 1982). O gênero é comum em campos rupestres, e tem

seu principal centro de diversidade na Cadeia do Espinhaço, onde em várias áreas são

freqüentemente encontradas diversas espécies em simpatria (Irwin & Barneby, 1982;

Lewis 1987; Conceição, 2006). Estudos com táxons simpátricos de Chamaecrista têm

demonstrado diferentes estratégias reprodutivas com padrões fenológicos que exibem

sobreposição de floração entre alguns táxons (e.g., Madeira & Fernandes, 1999; Costa et

al., 2007), o que pode ocasionar a formação de híbridos (Conceição, 2006) ou favorecer a

ocorrência de outras barreiras reprodutivas que evitam a hibridação (Costa et al., 2007;

Cap. 2, 3).

No Parque Municipal de Mucugê, Chapada Diamantina, porção norte da Cadeia do

Espinhaço no estado da Bahia, ocorrem táxons simpátricos de Chamaecrista pertencentes a

quatro seções do gênero: 1) seção Absus [C. glaucofilix (Irwin & Barneby) Irwin &

Barneby, C. chapadae (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby]; 2) seção Baseophyllum [C.

confertiformis (Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis, C. blanchetii (Benth.)

Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis]; 3) seção Xerocalyx [C. desvauxii var. graminea Irwin &

Barneby, C. desvauxii var. latistipula (Benth.) G.P.Lewis]; e 4) seção Chamaecrista [C.

rotundifolia var. grandiflora (Benth.) Irwin & Barneby]. Neste local, tem sido reportada a

ocorrência de híbridos entre táxons (Conceição, 2006), o que aparentemente é favorecida

pela sobreposição na guilda de visitantes florais e intercompatibilidade entre alguns táxons

(Cap. 2, 3).

Este trabalho teve como objetivo verificar as estratégias de floração e frutificação

apresentadas pelos táxons simpátricos de Chamaecrista do Parque Municipal de Mucugê.

Procurou-se relacionar os padrões fenológicos de floração como um possível mecanismo

Page 24: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

12

temporal no isolamento reprodutivo entre estes táxons, verificando a inter-relação destes

com a guilda de polinizadores de cada táxon (Cap. 2) e o grau de compatibilidade

interespecífica (Cap. 3). Desta forma, foi levantada a hipótese de que uma maior

sobreposição na fenologia de floração estaria associada a uma menor sobreposição na

composição da guilda de polinizadores e/ou menor intercompatibilidade. Foi também

sobreposta a relação entre as espécies no nível seccional e a estratégia fenológica de cada

táxon, sob a hipótese de que táxons mais proximamente relacionados teriam maior

deslocamento fenológico, devido a uma possível maior intercompatibilidade genética que

favoreceria a hibridação.

Material e Métodos

Área de estudo

O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de Mucugê,

estado da Bahia, Brasil, em uma área de aproximadamente 160.000 m2. O Parque está

situado na Chapada Diamantina, entre as coordenadas 12º59’02’’S a 13º00’18’’S e

41º20’41’’W a 41º20’33’’W, e a uma altitude em torno de 1.000 m. O tipo vegetacional

predominante são os campos rupestres, formados principalmente por plantas herbáceas e

subarbustivas em solo arenoso-pedregoso e herbáceo-arbustivas crescendo em

afloramentos rochosos (Giulietti & Pirani, 1988). O clima é do tipo Cwb na classificação

de Köppen (1948), mesotérmico com temperatura média anual de 19,8ºC. A precipitação

média anual varia entre cerca de 830 e 1192 mm. Os dados climáticos de temperatura e

precipitação foram coletados na estação meteorológica do Parque Municipal de Mucugê.

Dados correspondentes ao final do ano de 2004 e início de 2005 não puderam ser coletados

devido a problemas técnicos com a estação neste período.

Page 25: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

13

Táxons estudados

Os táxons de Chamaecrista estudados são arbustos (C. blanchetii, C.

confertiformis, C. glaucofilix) ou subarbustos (C. chapadae, C. desvauxii var. graminea, C.

desvauxii var. latistipula, C. rotundifolia var. grandiflora) (Tabela 1). Chamaecrista

confertiformis, C. blanchetii e C. desvauxii var. graminea são os táxons mais freqüentes na

área de estudo. Estes dois últimos táxons possuem aparentemente distribuição menos

agrupada, ocorrendo principalmente em solos arenosos, enquanto C. confertiformis ocorre

apenas nas margens do rio, formando agrupamentos densos de indivíduos. Chamaecrista

chapadae é menos freqüente na área e ocorre preferencialmente em ambientes úmidos e

sombreados, com indivíduos agrupados. Chamaecrista glaucofilix é menos freqüente

quando comparada com os outros arbustos, e ocorre amplamente dispersa na área, em

fendas e outros locais com solos rasos. Já C. desvauxii var. latistipula, que também

apresenta menor freqüência na área, ocorre preferencialmente em solos argilosos, enquanto

C. rotundifolia var. grandiflora possui apenas uma pequena população localizada,

ocorrendo em solos arenosos (Tabela 1).

Fenologia da floração e frutificação

Observações do período de floração e frutificação foram realizadas para os sete

táxons simpátricos de Chamaecrista entre julho de 2003 e dezembro de 2005, com exceção

de C. rotundifolia var. grandiflora, que teve o acompanhamento fenológico iniciado em

maio de 2004. Os táxons mais abundantes no local tiveram 100 indivíduos marcados para

acompanhamento fenológico (C. blanchetii, C. confertiformis e C. desvauxii var.

graminea). Os demais táxons tiveram marcados todos os indivíduos encontrados na área de

Page 26: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

14

estudo: C. desvauxii var. latistipula (23 indivíduos), C. chapadae (58 indiv.), C. glaucofilix

(50 indiv.) e C. rotundifolia var. grandiflora (57 indiv.).

O acompanhamento da floração e frutificação foi realizado mensalmente, seguindo

a classificação de Fournier (1974), com modificações. Essa é uma análise semiquantitativa

da classificação fenológica, estimada em percentual aproximado de floração e frutificação

seguindo uma escala de cinco categorias, utilizando uma escala de zero a quatro: 0 =

ausência da fenofase; 1 = presença da fenofase com magnitude entre 1% e 25% (baixa

floração e frutificação); 2 = presença da fenofase com magnitude entre 26% e 50% (média

floração e frutificação); 3 = presença da fenofase com magnitude entre 51% e 75% (média-

alta floração e frutificação); e, 4 = presença da fenofase com magnitude entre 76% e 100%

(elevada floração e frutificação). A magnitude da floração foi estimada visualmente em

relação ao potencial máximo de floração do indivíduo, a partir de uma comparação com o

indivíduo apresentando a maior densidade de floração na espécie, levando-se em

consideração a área da copa proporcional de cada indivíduo. A partir dos valores obtidos

em campo, foi calculada a percentagem de intensidade de cada fenofase através da seguinte

fórmula:

% de Fournier = ∑ Fournier x 100 4 x N

onde, ∑ Fournier é a somatória das categorias de Fournier dos indivíduos, a qual é dividida

pelo valor máximo de Fournier que pode ser alcançado por todos os indivíduos (N) na

amostra (Fournier, 1974; Martin-Gajardo & Morellato, 2003). A porcentagem de Fournier

é a variável a partir da qual os picos fenológicos podem ser evidenciados com maior

precisão e refinamento, representando melhor o comportamento fenológico das espécies

(Bencke & Morellato, 2002). O percentual de indivíduos floridos e frutificados também foi

Page 27: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

15

verificado para mostrar o período em que uma determinada fenofase ocorreu na maioria

dos indivíduos. Ao longo do período de observações não houve substituição dos indivíduos

que morreram para cada táxon.

A sincronia dos indivíduos de cada população de Chamaecrista foi calculada pelo

índice de sincronia de Augspurger (1983) através da seguinte fórmula:

XI = (1 / N-1)(1 / FI) ∑ =≠

n

j j ie1

onde, fi = número de meses do indivíduo i em floração; n = número de indivíduos na

população; ej = número de meses em que ambos os indivíduos i e j estão florescendo

sincronicamente, sendo j diferente de i. Quando X = 1 ocorre sincronia perfeita, ou seja,

todos os meses de floração do individuo i coincidem com todos os meses de floração dos

outros indivíduos na população, quando X = 0, não ocorre sincronia.

Foi também calculado o grau de sobreposição da floração dos táxons de

Chamaecrista pelo número de indivíduo com flores através de combinações aos pares,

utilizando a fórmula proposta por Krebs (1989) definida por:

Pjk = [ (minimum Pij, Pik) ] 100

onde, Pjk = Porcentagem de sobreposição de floração entre a espécie j e k; Pij, Pik =

proporção do recurso i em cada mês em relação ao recurso total ofertado pelas espécies j e

K no período de estudo; n = total de datas amostradas.

Vouchers das populações estudadas foram depositados no herbário da Universidade

Estadual de Feira de Santana (HUEFS): C.B.N.Costa 109 (Chamaecrista desvauxii var.

latistipula), C.B.N.Costa 110 (C. confertiformis), C.B.N.Costa 111 (C. blanchetii),

∑n

Page 28: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

16

C.B.N.Costa 112 (C. desvauxii var. graminea), C.B.N.Costa 113 (C. glaucofilix),

C.B.N.Costa 115 (C. chapadae) e C.B.N.Costa 128 (C. rotundifolia var. grandiflora).

Resultados

Com base nos dados climáticos de precipitação e temperatura coletados no local é

possível verificar a existência de dois períodos: um mais chuvoso (entre novembro e

março), que é marcado também pelas maiores temperaturas, característico das estações de

primavera e verão, e outro mais seco (entre abril e outubro), com temperaturas mais baixas

e menor precipitação, característico das estações de outono e inverno (Fig. 1). Ocorreu uma

grande variação na pluviosidade entre os três anos, com uma grande pluviosidade no verão

de 2004, com concentração das chuvas em janeiro deste ano, após um mês de dezembro

seco. Este ano também registrou as mais baixas temperaturas médias do período.

A comunidade de Chamaecrista possui flores e frutos durante todo o ano. O

percentual de indivíduos floridos e frutificados apresentou semelhança na intensidade das

fenofases do cálculo de Fournier. Houve redução da floração de 2004 para 2005, tanto em

intensidade quanto em número de indivíduos florescendo, em C. chapadae, C. glaucofilix e

C. confertiformis, e manutenção aproximada dos índices fenológicos em C. blanchetii, C.

desvauxii graminea e C. rotundifolia var. grandiflora. Em C. desvauxii latistipula ocorreu

aumento pronunciado da floração em 2005, após queda de 2003 para 2004. Em C.

glaucofilix ocorreu uma menor intensidade de floração de 2004 para 2005, porém se

mantendo aproximadamente constante o número de indivíduos florescendo em ambos os

anos, indicando que os indivíduos apresentaram menos flores em 2005, tendência

observada apenas nesta espécie (Figs. 2 e 3).

Page 29: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

17

As espécies da seção Absus (C. glaucofilix e C. chapadae) florescem durante todo o

ano, apresentando sobreposição dos picos de floração. Chamaecrista glaucofilix exibiu alta

intensidade de floração entre os meses de maio e setembro (Figs. 2C-D) e C. chapadae

teve maior intensidade de floração em período mais restrito, entre junho e agosto, quando

as temperaturas estão mais baixas (Figs. 2A-B). Esta espécie apresentou algumas variações

ao longo dos anos com pequenos períodos sem floração.

Na seção Baseophyllum, C. blanchetii e C. confertiformis apresentaram diferentes

períodos de floração. Chamaecrista blanchetii floresceu de maio a agosto, com grande

sincronia de indivíduos floridos. No entanto, alguns indivíduos tiveram a floração

prolongada, se estendendo até o mês de setembro ou outubro em diferentes anos (Figs. 2E-

F). Esta floração também coincidiu com o período mais seco e com as mais baixas

temperaturas na área. Chamaecrista confertiformis apresentou período de floração

diferenciado, florescendo entre outubro e dezembro (maiores temperaturas e pluviosidade),

com ausência de floração em novembro, nos anos de 2003 e 2004, mas com floração

concentrada em novembro no ano de 2004 (Figs. 2G-H). Eventualmente, há uma

antecipação de floração com baixa intensidade e baixo número de indivíduos florescendo

em setembro.

Chamaecrista desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula (seção

Xerocalyx) apresentaram estratégias de floração bastante diferenciadas. Chamaecrista

desvauxii var. graminea apresentou floração concentrada em um curto período do ano,

entre julho e agosto (Figs. 3A-B). Alguns indivíduos tiveram a floração antecipada,

apresentando poucas flores em maio, ou prolongada, tendo sido observados dois indivíduos

com flores em outubro. Chamaecrista desvauxii var. latistipula floresceu durante todo o

ano, com maior intensidade e percentual de indivíduos floridos entre os meses de junho a

Page 30: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

18

setembro (Figs. 3C-D). Ambos os táxons possuíram maior floração durante o inverno,

quando as temperaturas estão mais baixas.

Chamaecrista rotundifolia var. grandiflora (seção Chamaecrista) exibiu uma

floração anual, iniciando em abril e finalizando em junho. Este táxon é o que apresentou

menor extensão de floração entre as populações estudadas, florescendo apenas no outono,

durante a estação seca (Fig. 3E-F).

A sincronia de floração populacional foi variável entre os táxons, com C. blanchetii

e C. glaucofilix apresentando maior e menor índice, respectivamente (Tabela 1). A

sobreposição dos períodos de floração dos táxons de Chamaecrista é mostrada na Figura 4

e Tabela 1. A oferta de flores se apresentou constante durante todo o ano. Os maiores

percentuais de indivíduos em floração na comunidade ocorreram entre os meses de maio e

agosto, com táxons de diferentes seções, como C. glaucofilix, C. blanchetii e C. desvauxii,

exibindo grande sobreposição de floração durante este período. Nos meses de janeiro a

abril, a sobreposição de floração foi menos acentuada, com predomínio de C. glaucofilix e

C. desvauxii var. latistipula. De setembro a dezembro, além dos três táxons que

floresceram continuamente, ocorreu a maior intensidade de floração de C. confertiformis.

Ausência na sobreposição da floração ocorreu apenas entre C. rotundifolia var. grandiflora

e C. confertiformis (Tabela 1), ocorrendo apenas uma baixa sobreposição entre esta última

espécie e C. blanchetii, sendo esta limitada ao período de baixa floração de ambas as

espécies (Tabela 1). Da mesma forma, a sobreposição entre C. rotundifolia var. grandiflora

e C. desvauxii var. graminea ocorreu apenas no período de baixa floração de ambas as

espécies (Tabela 1).

As espécies arbustivas (C. blanchetii, C. confertiformis, C. glaucofilix)

apresentaram um maior período de amadurecimento dos frutos, podendo se estender por

até três meses para a liberação das sementes. Nos táxons subarbustivos (C. chapadae, C.

Page 31: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

19

desvauxii var. graminea, C. desvauxii var. latistipula, C. rotundifolia var. grandiflora), o

processo de amadurecimento dos frutos ocorre mais rapidamente estendendo-se após a

floração por cerca de um a dois meses até a maturação completa e liberação das sementes.

Todos os táxons apresentaram mortalidade de indivíduos acompanhados durante o estudo,

com um maior índice em C. desvauxii var. graminea (Tabela 2).

Page 32: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

20

Tabela 1. Índice de sincronia populacional (Augspurger, 1983) intratáxon (diagonal) e percentual de sobreposição do período de floração (Krebs,

1989) entre os táxons de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de Mucugê, Bahia.

C. chapadae C. glaucofilix C. blanchetii C. confertiformis

C. rotund. var.

grandiflora

C. desv. var.

graminea

C. desv. var.

latistipula

Chamaecrista sect. Absus

C. chapadae 0,51

C. glaucofilix 21% 0,29

Chamaecrista sect. Baseophyllum

C. blanchetii 27% 55% 0,63

C. confertiformis 20% 19% 3% 0,40

Chamaecrista sect. Chamaecrista

C. rotundifolia var. grandiflora 4% 21% 21% 0% 0,53

Chamaecrista sect. Xerocalyx

C. desvauxii var. graminea 14% 43% 54% 4% 4% 0,61

C. desvauxii var. latistipula 19% 55% 42% 25% 13% 44% 0,54

Page 33: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

21

Tabela 2. Preferências ambientais e percentual de mortalidade em táxons de Chamaecrista

ocorrentes no Parque Municipal de Mucugê, Bahia.

táxon microhabitat ocorrência mortalidade

% (N)

C. sect. Absus

C. chapadae solo arenoso- local

sombreado

pouco frequente 3,5 (2)

C. glaucofilix fendas de rochas- solo

arenoso

frequente 20 (10)

C. sect. Baseophyllum

C. blanchetii solo arenoso muito frequente 6 (6)

C. confertiformis margem do rio muito frequente 10 (10)

C. sect. Chamaecrista

C. rotundifolia var. grandiflora solo arenoso pouco frequente 8,8 (5)

C. sect. Xerocalyx

C. desvauxii var. graminea solo arenoso frequente 28 (28)

C. desvauxii var. latistipula solo argiloso frequente 4,3 (1)

Page 34: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

22

Figura 1. Distribuição da temperatura média (linha) e precipitação média (barras) coletados

mensalmente durante os anos de 2003 a 2005 na estação meteorológica do Parque

Municipal de Mucugê, Bahia.

Page 35: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

23

Figura 2. Intensidade de Fournier e percentual de indivíduos nas fenofases de floração e

frutificação dos táxons de Chamaecrista sect. Absus (C. chapadae e C. glaucofilix) e de C.

sect. Baseophyllum (C. blanchetii e C. confertiformis) no Parque Municipal de Mucugê,

Bahia.

Page 36: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

24

Figura 3. Intensidade de Fournier e percentual de indivíduos nas fenofases de floração e

frutificação dos táxons de Chamaecrista sect. Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea e C.

desvauxii var. latistipula) e C. sect. Chamaecrista (C. rotundifolia var. grandiflora) no

Parque Municipal de Mucugê, Bahia.

Page 37: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

25

Figura 4. Fenograma representando cinco diferentes categorias de intensidade de floração baseado no percentual de indivíduos floridos em

populações de sete táxons de Chamaecrista no Parque Municipal de Mucugê, Bahia, entre julho de 2003 e dezembro de 2005.

Page 38: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

26

Discussão

Padrões fenológicos

Diferentes padrões de floração foram encontrados entre os táxons de Chamaecrista,

com variações de padrões dentro e entre as seções. Os táxons da seção Xerocalyx

mostraram diferentes comportamentos fenológicos (ver Newstrom et al., 1994), com

floração anual para C. desvauxii var. graminea e floração contínua para C. desvauxii var.

latistipula. A sobreposição de floração nesta espécie propicia compartilhamento de

polinizadores, principalmente Bombus brevivillus, principal polinizador para ambos os

táxons (Cap. 2). A variedade “latistipula” exibiu estratégia de floração e frutificação

diferente da encontrada por Madeira & Fernandes (1999) na Serra do Cipó, porção sul da

Cadeia do Espinhaço, onde a floração ocorreu no final do ano, coincidindo com uma maior

precipitação local. A variação fenológica encontrada nos dois trabalhos pode ter se dado

pelas variações climáticas ao longo dos anos ou pela diferença na latitude dos locais

estudados.

O maior percentual de indivíduos mortos encontrado em C. desvauxii var. graminea

(seção Xerocalyx) pode estar relacionado à baixa biomassa deste táxon, que pode

apresentar de 20 cm a 1 m de altura. Madeira & Fernandes (1999) sugeriram que, dentre as

seções de Chamaecrista, a seção Xerocalyx tende a ter táxons mais afetados pelo período

seco, levando à mortalidade de indivíduos. Segundo Seghieri et al. (1995), plantas de

pequeno porte são mais afetadas pela variação climática devido a menor capacidade de

acumular água e nutrientes de reserva. Contudo, a ocorrência de recrutamento de

indivíduos de C. desvauxii var. graminea observados no Parque de Mucugê é constante

(obs. pess.) e isso mantém a densidade populacional do táxon aparentemente estável ao

longo do ano.

Page 39: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

27

Na seção Baseophyllum (C. blanchetii e C. confertiformis), o padrão de floração e

frutificação anual (Newstrom, 1994) se repete para ambas as espécies, mas em diferentes

épocas do ano. A baixa sincronia de floração entre os indivíduos de C. confertiformis está

relacionada principalmente com os dois picos de floração em outubro e dezembro. As

diferentes estratégias reprodutivas entre C. confertiformis e C. blanchetii parecem estar

relacionadas a fatores abióticos e bióticos. A diferença de microhabitat entre estas espécies

pode ser um fator responsável pela diferenciação no período de floração (Coyne & Orr,

2004). A ocorrência nas margens do rio proporciona à C. confertiformis um ambiente com

substrato mais úmido, e o estado reprodutivo (floração e frutificação) no período de maior

precipitação parece conferir uma vantagem adaptativa na associação com o micro-habitat.

A intercompatibilidade existente entre C. confertiformis e C. blanchetii (Cap. 3) também

pode estar exercendo pressão conferindo isolamento temporal entre estas espécies

proximamente relacionadas e que ainda não apresentam isolamento reprodutivo completo

(ver abaixo).

A guilda de polinizadores é bastante similar entre estas espécies e as demais

Chamaecrista que possuem floração sincronizada, basicamente todas compartilhando os

mesmos polinizadores principais (Cap. 2). Desta forma, a competição por polinizadores

não parece ser uma pressão seletiva forte que atue na diferenciação do período de floração,

como freqüentemente sugerido (Frankie et al.,1974; Gentry, 1974; Stone et al., 1998).

A seção Absus apresentou maior homogeneidade de estratégias de floração, com

florescimento contínuo (Newstrom, 1994) de C. chapadae e C. glaucofilix, exibindo picos

de floração similares durante o período mais seco, apesar do baixo percentual encontrado.

Madeira & Fernandes (1999) encontraram resultado similar para três dos cinco táxons

estudados nesta seção. Segundo Stone et al. (1998), a longevidade do período de floração

confere maior competitividade por polinizadores, contribuindo para o sucesso reprodutivo

Page 40: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

28

da espécie. Estas espécies apresentam morfologia floral similar (Cap. 2), mas diferem na

freqüência do principal polinizador, o que contribui para a diminuição do fluxo gênico

interespecífico (Cap. 2), além de apresentarem barreiras pós-zigóticas que impedem o

fluxo gênico (Cap. 3).

O predomínio da floração na estação seca observada pela maioria dos táxons de

Chamaecrista estudados é uma estratégia encontrada em um grande número de espécies de

ambientes tropicais (e.g., Koptur et al., 1988; Vieira, 2002; Bawa et al., 2003), inclusive

Leguminosae (e.g., Stone et al., 1998; Bulhão & Figueiredo, 2002). A comunidade de

Chamaecrista também exibiu floração contínua semelhante a outros estudos de

comunidades com Leguminosae em campo rupestre (Madeira & Fernandes, 1999; Dutra et

al., 2005).

A manutenção da grande sobreposição dos picos de floração na estação seca parece

indicar que a pressão seletiva para diversificação ou diferenciação no tempo de floração

através da competição por polinizadores é menor do que outros fatores abióticos e/ou

bióticos, que podem estar contrabalançando esta pressão, atuando na manutenção desta

similaridade na intensidade de floração. Esta sobreposição parece estar relacionada a

fatores ambientais como pluviosidade e temperatura, que parecem favorecer o sucesso

reprodutivo destes táxons, uma vez que há maior emissão de flores durante o período mais

seco, o que permite maior atividade dos polinizadores, bem como maior dispersão de

sementes por autocoria. Apesar da sobreposição do período de maior intensidade das

fenofases, os padrões fenológicos são distintos entre os táxons, o que pode indicar a não

ocorrência de restrição filogenética para as estratégias de floração e frutificação. Outro

estudo com comunidade de Leguminosae (Bulhão & Figueiredo, 2002) mostrou resultado

similar, em que os períodos de floração, assim como os padrões fenológicos, são distintos,

Page 41: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

29

não representando restrição filogenética e sim divergência e adaptação às condições

abióticas.

A dispersão das sementes dos táxons de Chamaecrista ocorre por autocoria,

geralmente no período seco, através do processo de explosão do fruto, que lança as

sementes a uma distância relativamente pequena. Este processo de dispersão de frutos

autocóricos geralmente está associado com maior intensidade na estação seca (Oliveira,

1998), tendo fatores abióticos, como precipitação, grande influência nas diferentes

estratégias de dispersão de sementes. Chamaecrista confertiformis é a única espécie que

apresenta distribuição restrita à margem do rio, e dispersão de sementes ocorrendo no

período de maior pluviosidade. Esses fatores provavelmente auxiliam no processo de

dispersão por hidrocória secundária, já que no período é comum grandes cheias no rio,

contribuindo para a dispersão das sementes a longa distância ao longo das margens dos

rios, local de ocorrência exclusivo da espécie.

Isolamento reprodutivo

O isolamento temporal não tem sido estudado tão minuciosamente como outras

barreiras reprodutivas, e evidências convincentes para este tipo de isolamento são mais

raras em plantas do que em animais (Coyne & Orr, 2004). Isso porque espécies com

isolamento temporal (diferenças no período de floração, de doação de pólen e de

receptividade estigmática) podem também mostrar isolamento de habitat, dificultando a

determinação do tipo de isolamento existente.

O deslocamento dos picos de floração entre C. confertiformis e C. blanchetii (seção

Baseophyllum) constitui uma barreira apenas parcial, devido a um prolongamento da fase

final de floração de alguns indivíduos de C. blanchetii ou pela antecipação da floração em

indivíduos de C. confertiformis. Essa baixa sobreposição de floração é suficiente para

Page 42: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

30

ocasionar fluxo gênico entre estas espécies, pois o compartilhamento de polinizadores

(Cap. 2) e ocorrência em sintopia de indivíduos possibilita a formação de híbridos no local

(Conceição, 2006; Cap. 3 e 5). Assim, o isolamento reprodutivo entre estes táxons é

parcialmente estabelecido pela baixa sobreposição na floração e a ocorrência preferencial

por ambientes distintos, uma vez que não existem outras barreiras pós-polinização

eficientes para evitar a hibridação (Cap. 3 e 5). Este deslocamento fenológico favorece o

isolamento reprodutivo entre estas espécies que apresentam intercompatibilidade (Cap. 3 e

5), Neste caso a hipótese de que táxons mais proximamente relacionados teriam maior

deslocamento fenológico devido a uma possível intercompatibilidade genética favorecendo

a hibridação é confirmada.

Entre os táxons da seção Xerocalyx e da seção Absus, a diferença nos padrões

fenológicos não impede a sobreposição de floração, o que poderia levar a um intenso fluxo

gênico entre eles devido ao compartilhamento de polinizadores (Cap. 2), caso não

houvesse uma interincompatibilidade, como a encontrada nos mesmos (Cap. 4). Este

resultado confirma a hipótese de ocorrência de barreiras reprodutivas entre táxons que

apresentam sobreposição de floração e/ou de polinizadores, ocorrendo um processo

diferente do observado na seção Baseophyllum.

A oferta de flores de Chamaecrista durante todo o ano, com grande sobreposição

do período de floração na maioria dos táxons, favorece o fluxo gênico interespecífico,

havendo oferta sincronizada de flores. Porém, um evidente isolamento temporal de

floração ocorre entre C. confertiformis (seção Baseophyllum) e C. rotundifolia var.

grandiflora (seção Chamaecrista), sendo os únicos táxons que florescem em períodos

inteiramente distintos, sem qualquer tipo de sobreposição. Apesar de ocorrerem em

microhabitats diferentes, caso houvesse sobreposição de floração, o fluxo gênico seria

possível devido à ação de polinizadores como Bombus brevivillus (Cap. 2), com raio de

Page 43: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

31

vôo superior a 10 km (Roubik, 1989), que poderia realizar visitas interespecíficas no local

onde estes táxons dispõem-se a cerca de 500 m de distância um do outro. Chamaecrista

desvauxii var. graminea (seção Xerocalyx) também apresenta, em grande parte, isolamento

temporal com C. confertiformis. Porém, pode haver pequena sobreposição de períodos com

baixa intensidade de floração. Entretanto, estes táxons, apesar de compartilharem os

mesmos polinizadores, apresentam barreiras reprodutivas pós-zigóticas que impedem a

formação de híbridos naturais (Cap. 3).

Dentre todos os táxons estudados, barreiras pré-zigóticas como diferentes

mecanismos de polinização, etologia do polinizador, freqüência de visitantes, diferenças na

morfologia floral (Cap. 2) e pós-zigóticas como incompatibilidade das sementes (Cap. 3 e

4) são encontradas, mantendo o isolamento reprodutivo. A sobreposição dos picos de

floração foi encontrada predominantemente entre táxons que apresentam outras barreiras

como estratégias para manutenção do isolamento reprodutivo (Cap. 2 e 3), seja entre

táxons da mesma seção ou de diferentes seções. Chamaecrista blanchetii e C.

confertiformis (seção Baseophyllum) são as únicas espécies estudadas que apresentam

intercompatibilidade (Cap. 3 e 5) e o deslocamento temporal do período de floração tem

importante função na diminuição do fluxo gênico entre estes táxons, atuando como barreira

pré-zigótica. De forma geral, os táxons de Chamaecrista apresentam estratégias de

floração que permitem o compartilhamento de polinizadores pela maioria dos táxons, não

representando um reforço pré-zigótico entre táxons que apresentam isolamento pós-

zigótico já fixado.

Literatura Citada

Page 44: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

32

Augspurger CK. 1983. Phenology, flowering synchrony, and fruit set of six neotropical

shrubs. Biotropica 15: 257-267.

Bawa KS, Kang H, Grayum MH. 2003. Relationships among time, frequency, and

duration of flowering in tropical rain forest trees. American Journal of Botany 90:

877-887.

Bencke CSC, Morellato LPC. 2002. Comparação de dois métodos de avaliação da

fenologia de plantas, sua interpretação e representação. Revista Brasileira de

Botânica 25: 269-275.

Bolmgren K, Eriksson O, Linder HP. 2003. Contrasting flowering phenology and

species richness in abiotically and biotically pollinated angiosperms. Evolution 57:

2001-2011.

Bulhão CF, Figueiredo PS. 2002. Fenologia de leguminosas arbóreas em uma área de

cerrado marginal no nordeste do Maranhão. Revista Brasileira de Botânica 25: 361-

369.

Conceição AS. 2006. Filogenia do gênero Chamaecrista (Leguminosae –

Caesalpinioideae) e taxonomia do grupo Baseophyllum. Tese de Doutorado,

Universidade de Feira de Santana, Brasil.

Costa CBN, Costa JAS, Ramalho M. 2006. Biologia reprodutiva de espécies simpátricas

de Malpighiaceae em dunas costeiras da Bahia, Brasil. Revista Brasileira de

Botânica 29: 103-114.

Costa CBN, Lambert SM, Borba, EL, Queiroz LP. 2007. Post-zygotic reproductive

isolation between sympatric taxa in the Chamaecrista desvauxii complex

(Leguminosae-Caesalpinioideae). Annals of Botany 99: 625-635.

Coyne JA, Orr HA. 2004. Speciation. Sunderland: Sinauer.

Page 45: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

33

Dutra VF, Messias MCTB, Garcia FCP. 2005. Papilionoideae (Leguminosae) nos

campos ferruginosos do Parque Estadual do Itacolomi, Minas Gerais, Brasil:

florística e fenologia. Revista Brasileira de Botânica 28: 493-504.

Faegri K, van der Pijl L. 1979. The principles of pollination ecology. Oxford: Pergamon

Press.

Fournier LA. 1974. Un método cuantitativo para la medición de características

fenológicas en árboles. Turrialba 24: 422-423.

Frankie GW, Baker HG, Opler PA. 1974. Tropical plant phenology: applications for

studies in community ecology. In: Lieth H, ed. Phenology and seasonality modeling.

New York: Springer-Verlag, 287-296.

Gentry AH. 1974. Flowering phenology and diversity in tropical Bignoniaceae.

Biotropica 6: 64-68.

Giulietti AM, Pirani JR. 1988. Patterns of geographic distribution of some plant species

from the Espinhaço Range, Minas Gerais and Bahia, Brazil. In: Heyer WR,

Vanzolini PE, eds. Proceedings of a Workshop on Neotropical Distribution patterns.

Rio de Janeiro: Academia Brasileira de Ciências, 39-69.

Irwin HS, Barneby RC. 1982. The American Cassiinae: a synoptical revision of

Leguminosae tribe Cassieae subtribe Cassiinae in the New World. Memoirs of the

New York Botanical Garden 35: 636-895.

Kocmer JP, Handel SN. 1986. Constraints and competition in the evolution of flowering

phenology. Ecological Monography 56: 303-325.

Köppen W. 1948. Climatologia con un estudio de los climas de la tierra (transl. by Peres

PRH) Mexico City: Fondo de Cultura Económica.

Page 46: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

34

Koptur S, Harber WA, Frankie GW, Baker HG. 1988. Phenological studies of shrub

and treelet species in tropical cloud forests of Costa Rica. Journal of Tropical

Ecology 4: 323-346.

Krebs CJ. 1989. Ecological Methodology. New York: Harper and Row Publishers.

Levin DA. 2000. The origin, expansion, and demise of plant species. Oxford: Oxford

University Press.

Lewis GP. 1987. Legumes of Bahia. Kew: Royal Botanic Gardens.

Madeira JA, Fernandes W. 1999. Reproductive phenology of sympatric taxa of

Chamaecrista (Leguminosae) in Serra do Cipó, Brazil. Journal Tropical Ecology 15:

463-479.

Martin-Gajardo IS, Morellato LPC. 2003. Fenologia de espécies de Rubiaceae do sub-

bosque em floresta atlântica no sudeste do Brasil. Revista Brasileira de Botânica 26:

299-309.

Newstrom LE, Frankie GW, Baker HG. 1994. A new classification for plant phenology

based on flowering plants in lowland tropical rain forest trees at La Selva, Costa Rica.

Biotropica 26:141-159.

Oliveira PO. 1998. Fenologia e biologia reprodutiva das espécies de cerrado. In: Sano

SM, Almeida SP, eds. Cerrado: Ambiente e Flora. Planaltina: Embrapa-CPAC, 169-

192.

Ollerton J, Lack AJ. 1992. Flowering phenology: an example of relaxation of natural

selection? Trends in Ecology and Evolution 7: 274-276.

Proctor M, Yeo P, Lack A. 1996. The natural history of pollination. London: Harper

Collins Publishers.

Rathcke BJ, Lacey EP. 1985. Phenological patterns of terrestrial plants. Annual Review

Ecology and Systematics 16: 179-214.

Page 47: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

35

Richards A. J. 1997. Plant breeding systems. London: Chapman & Hall.

Rieseberg LH. 1995. The role of hybridization in evolution: old wine in new skins.

American Journal of Botany 82: 944-953.

Roubick DW. 1989. Ecology and natural history of tropical bees. Cambridge: Cambridge

University Press.

Seghieri J, Floret C, Pontanier R. 1995. Plant phenology in relation to water availability:

herbaceous and woody species in the savannas of northern Cameroon. Journal of

Tropical Ecology 11: 237-254.

Stone GN, Willmer P, Rowe JA. 1998. Partitioning of pollinators during flowering in an

African Acacia community. Ecology 79: 2808-2827.

Vieira AOS. 2002. Biologia reprodutiva e hibridação em espécies sintópicas de Ludwigia

(Onagraceae) no sudeste do Brasil. Tese de doutorado, Universidade Estadual de

Campinas, Brasil.

Page 48: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

36

CAPÍTULO 2

Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista

(Caesalpinioideae – Leguminosae): aspectos

morfológicos e isolamento reprodutivo

Page 49: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

37

RESUMO

Com a finalidade de verificar a atuação da morfologia, biologia floral e comportamento

dos polinizadores de Chamaecrista como mecanismos de isolamento reprodutivo entre

táxons mais relacionados filogeneticamente (mesma seção) e menos relacionados (seções

diferentes), aspectos da morfologia e biologia floral foram investigados em sete táxons

simpátricos de Chamaecrista no Parque Municipal de Mucugê, Chapada Diamantina,

Bahia. Foram realizadas observações sobre visitantes florais, horário de visita e

comportamento dos polinizadores. Chamaecrista oferece pólen como recurso e foram

encontrados quatros diferentes morfologias da pétala diferenciada entre os táxons: tubular

(seção Absus – C. chapadae, C. glaucofilix), falcada (seção Baseophyllum – C. blanchetii,

C. confertiformis), curvada (seção Xerocalyx - C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii

var. latistipula) e indiferenciada (seção Chamaecrista – C. rotundifolia var. grandiflora).

Enantiostilia monomórfica ocorre em todos os táxons, com exceção de C. rotundifolia var.

grandiflora, mas esta normalmente não impede a polinização intramorfos. O principal

polinizador para a maioria dos táxons foi Bombus brevivillus, que apresentou diferentes

comportamentos de coleta de pólen e mecanismos de polinização: nototríbica, pleurotríbica

e esternotríbica. A polinização pleurotríbica ocorre nas espécies da seção Absus e

representa uma barreira reprodutiva na transferência de pólen para os táxons da seção

Baseophyllum, que apresenta polinização nototríbica. A constância floral do polinizador

entre C. blanchetii e C. glaucofilix também diminui o fluxo gênico interespecífico. O

isolamento reprodutivo pré-polinização entre as Chamaecrista é estabelecido através de

uma sobreposição de barreiras morfológicas e de comportamento dos visitantes florais, que

diminuem o fluxo gênico entre táxons simpátricos.

Page 50: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

38

Introdução

O gênero Chamaecrista Moench (Leguminosae, Caesalpinioideae) possui seis

seções com aproximadamente 330 espécies distribuídas principalmente no Novo Mundo, e,

juntamente com Cassia e Senna, está incluído na subtribo Cassiinae (Lewis, 2005). No

Brasil, o gênero está representado por cerca de 230 espécies (Irwin & Barneby, 1982). A

ocorrência de espécies de Chamaecrista é bastante comum em áreas de campos rupestres

das Regiões Nordeste e Sudeste do Brasil, apresentando seu principal centro de diversidade

na Cadeia do Espinhaço (Irwin & Barneby, 1982; Lewis, 1987; Conceição, 2006).

As flores em Chamaecrista são pentâmeras, quase sempre enantiostílicas, sem

néctar, e possuem anteras com abertura em fendas apicais e estigma diminuto em forma de

câmara ou, mais raramente, crateriforme (Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988;

Owens & Lewis, 1989; Fenster, 1995; Lewis, 2000). Grande parte das espécies apresenta

também a pétala mais interna diferenciada em tamanho e forma, podendo funcionar como

guia para orientar o pouso dos polinizadores ou no direcionamento do pólen para o corpo

do visitante floral (Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988, Westerkamp, 2004). A

presença de anteras funcionalmente poricidas restringe o grupo de polinizadores, que é

constituído por abelhas grandes ou pequenas com capacidade de vibrar as anteras para

coletar pólen (Buchmann, 1983; Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988).

Características florais similares e sobreposições na guilda de polinizadores podem

ocasionar fluxo gênico entre espécies simpátricas, levando à formação de híbridos.

Entretanto, mecanismos de isolamento reprodutivo pré-zigóticos e pós-zigóticos podem

atuar reduzindo o potencial de cruzamento entre estes táxons (Dobzhansky, 1937; Grant,

1981; Stace, 1989). Estes mecanismos podem estar relacionados a diferentes características

morfológicas florais que podem representar barreiras ao fluxo entre espécies simpátricas.

Page 51: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

39

Segundo Moyle et al. (2004), é consensual que o aumento do isolamento reprodutivo está

geralmente associado com o aumento da diferenciação em traços morfológicos e

ecológicos. As flores de Chamaecrista apresentam variações na morfologia que podem

resultar em isolamento reprodutivo por atração de diferentes polinizadores ou proporcionar

diferentes mecanismos de polinização. Eventualmente, tem sido verificada a ausência de

barreiras pré-polinização em táxons relacionados de Chamaecrista, ocorrendo neste caso

barreiras pós-fertilização (Costa et al., 2007). Mesmo assim, tem sido documentada a

presença de híbridos naturais no grupo, usualmente entre espécies pertencentes a uma

mesma seção do gênero (Conceição, 2006).

Nas áreas de campos rupestres do Parque Municipal de Mucugê, Chapada

Diamantina, na porção norte da Cadeia do Espinhaço, estado da Bahia, ocorrem diversos

táxons de Chamaecrista em simpatria, distribuídos em quatro seções: seção Absus [C.

glaucofilix (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby, C. chapadae (Irwin & Barneby) Irwin &

Barneby], seção Baseophyllum [C. confertiformis (Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz &

G.P.Lewis, C. blanchetii (Benth.) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis], seção Xerocalyx [C.

desvauxii var. graminea Irwin & Barneby, C. desvauxii var. latistipula (Benth.) G.P.Lewis]

e seção Chamaecrista [C. rotundifolia var. grandiflora (Benth.) Irwin & Barneby].

Diferentes estratégias na fenologia de floração foram encontradas para estes táxons de

Chamaecrista em simpatria nesta região (Cap. 1), ocorrendo sobreposição no período de

floração de vários deles (Costa et al., 2007), possibilitando fluxo gênico entre espécies

intercompatíveis (Cap. 3).

Este trabalho teve como objetivo identificar possíveis barreiras reprodutivas pré-

polinização entre táxons simpátricos de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de

Mucugê, Bahia, Brasil, considerando atratividade e guilda de polinizadores para cada

táxon, mecanismos de polinização, variações morfológicas florais e diferenças nos

Page 52: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

40

microhabitats. Objetivou-se também relacionar a presença e a natureza destas barreiras

com as relações taxonômicas entre os táxons, em diferentes seções do gênero.

Material e Métodos

Área de estudo

O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de Mucugê, estado

da Bahia, Brasil, em uma área de aproximadamente 160.000 m2. O Parque está situado na

Chapada Diamantina, entre as coordenadas 12º59’02’’ e 13º00’18’’S e 41º20’41’’ e

41º20’33’’W, em uma altitude em torno de 1.000 m. O tipo vegetacional predominante é o

campo rupestre, formado principalmente por plantas herbáceas e subarbustivas em solo

arenoso-pedregoso e herbáceo-arbustivas crescendo em afloramentos rochosos (Giulietti &

Pirani, 1988). O clima é do tipo Cwb na classificação de Köppen (1948), mesotérmico com

temperatura média anual de 19,8ºC. A precipitação média anual varia entre cerca de 830 a

1192 mm. Vouchers das populações estudadas foram depositados no herbário da

Universidade Estadual de Feira de Santana (HUEFS): C.B.N.Costa 109 (Chamaecrista

desvauxii var. latistipula), C.B.N.Costa 110 (C. confertiformis), C.B.N.Costa 111 (C.

blanchetii), C.B.N.Costa 112 (C. desvauxii var. graminea), C.B.N.Costa 113 (C.

glaucofilix), C.B.N.Costa 115 (C. chapadae) e C.B.N.Costa 128 (C. rotundifolia var.

grandiflora).

Biologia floral

Foram realizadas observações sobre a forma, tamanho e o número de flores por

inflorescências, morfologia e coloração floral de cada táxon no campo e em laboratório. As

Page 53: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

41

flores coletadas foram conservadas em álcool 70%. A presença de flores enantiostílicas foi

analisada por indivíduo e por população.

O horário do início da antese e a disponibilidade das flores foram acompanhados

em campo para cada espécie. A receptividade estigmática foi verificada em campo em

cerca de 20 flores para cada táxon com emprego de peróxido de hidrogênio (Dafni, 1992),

em diferentes horários do dia e conforme a duração da flor. A liberação do pólen foi

observada em campo com visualização da abertura das anteras e toque com diapasão de

vibração para liberação dos grãos de pólen. A viabilidade do pólen de cinco anteras de

diferentes flores e indivíduos foi verificada para cada táxon através do teste enzimático

utilizando nitroblue-tetrazolium para determinar a atividade de desidrogenases (Dafni,

1992). Pelo menos 200 grãos foram contados para cada amostra, utilizando microscópio

óptico em laboratório na sede do Parque. A presença de pigmentos com absorção no

espectro do ultravioleta foi analisada expondo flores jovens à atmosfera de hidróxido de

amônia.

Os visitantes florais foram observados entre 5:30 e 18:00 h. As observações foram

realizadas principalmente durante o pico de floração de cada táxon. O tempo de observação

para cada táxon variou de 32 a 59 horas. Foi verificado o comportamento de forrageamento

e coleta do recurso floral, local de contato com o estigma e freqüência de visitas.

Exemplares das espécies de visitantes florais foram coletados, identificados por

especialista e depositados na Coleção Entomológica do Museu de Zoologia da

Universidade Estadual de Feira de Santana.

Resultados

Morfologia e Biologia floral

Page 54: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

42

Os táxons estudados apresentam diferenças nas inflorescências e no número de

flores expostas (Tabela 1). As flores de todos os táxons são amarelas e possuem pequena

variação no diâmetro floral, sendo que C. chapadae e C. desvauxii var. graminea

apresentam os menores e os maiores diâmetros, respectivamente (Tabela 1, Fig. 1). Entre

os táxons estudados, a diferença na morfologia floral se dá principalmente pela

modificação da pétala diferenciada, sendo que apenas C. rotundifolia var. grandiflora não

apresenta diferenciação desta pétala em relação às demais (Fig. 1A-B). Foram encontrados

três tipos morfológicos básicos para a pétala diferenciada: curvada (seção Xerocalyx - C.

desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula) (Fig. 1C-D), falcada (seção

Baseophyllum - C. blanchetii, C. confertiformis) (Fig.1E-F) e tubular (seção Absus - C.

chapadae e C. glaucofilix), com a pétala formando um tubo cuja base recobre o ápice das

anteras (Fig. 1 G-H). A relação filogenética entre as seções está representada na Figura 2.

As anteras em todos os táxons são centrais, em número de dez e de tamanhos

similares, exceto para C. desvauxii var. graminea, que apresenta anteras de diferentes

tamanhos, e C. rotundifolia var. grandiflora, que apresenta oito a nove anteras, das quais

três ou quatro centrais são eretas e cinco deflexas em relação ao eixo da flor. Em C.

blanchetii e C. confertiformis, as anteras quando abertas emitem odor perceptível,

suavemente adocicado. O gineceu é alongado em todos os táxons, com variação no número

de óvulos dentro de cada táxon (Tabela 1). O estigma é apical, envolvido por uma série de

tricomas simples formando uma câmara estigmática em todos os táxons estudados.

As flores apresentam diferentes durações do processo de abertura. Em C.

blanchetii, este dura quatro dias, com exposição das pétalas em diferentes graus durante

dois dias, formação de uma câmara floral no terceiro dia e abertura total no quarto dia. Em

C. confertiformis, o processo dura três dias, diferindo de C. blanchetii pela não formação

de uma câmara floral inicial. As demais espécies apresentam o início da abertura floral

Page 55: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

43

durante a madrugada e finalização no início da manhã do mesmo dia. No final do processo,

por volta de 06:00 h, as anteras já apresentam as fendas abertas com pólen disponível e o

estigma já está receptivo. As flores de C. chapadae têm uma pequena diferenciação no

horário, finalizando a antese por volta das 07:00 h. Sob condições climáticas adversas, tais

como dias nublados ou chuvosos, algumas espécies puderam apresentar a disponibilidade

de pólen retardada. O estigma permanece receptivo durante toda a duração da flor, e

grande parte do pólen pode ser coletado já nas primeiras visitas dos polinizadores. As

flores apresentam diferentes períodos de antese, com C. desvauxii var. latistipula

fenecendo na metade do primeiro dia, e C. chapadae após três dias (Tabela 1). Todas as

flores que foram testadas para a presença de pigmentos que absorvem no ultravioleta

tiveram alterações na coloração, com escurecimento das anteras indicando presença destes

pigmentos, o mesmo ocorrendo na base da pétala diferenciada de C. desvauxii var.

graminea.

Foi verificada ocorrência de enantiostilia em todos os táxons, com exceção de C.

rotundifolia var. grandiflora, que apresenta apenas o deslocamento do gineceu em relação

ao eixo central da flor sem distinção de morfos. Em todos os demais táxons, foram

encontrados dois morfos florais (gineceu com deflexão para a direita e para a esquerda do

eixo floral), sempre no mesmo indivíduo, caracterizando enantiostilia monomórfica. A

freqüência de cada morfo em um indivíduo variou conforme abertura das flores que

podiam ser levógiras ou dextrógiras, não apresentando predomínio de apenas um morfo em

um indivíduo. A deflexão do gineceu foi acompanhada por uma deflexão oposta da pétala

diferenciada para C. blanchetii, C. confertiformis, C. chapadae e C. glaucofilix. Em todos

os táxons, os estames apresentaram deflexão das anteras em direção à pétala diferenciada,

e em C. chapadae e C. glaucofilix o ápice das anteras é envolvido por esta pétala.

Page 56: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

44

Em C. desvauxii var. graminea, C. desvauxii var. latistipula, C. blanchetii e C.

confertiformis, a enantiostilia não evita a polinização intramorfo, uma vez que durante a

coleta de pólen pelas abelhas o estigma entra em contato com a região onde o pólen é

depositado. O pólen de ambos os morfos é depositado em praticamente todo o corpo da

abelha nas variedades de C. desvauxii, e principalmente em todo o dorso da abelha em

ambos os morfos de C. blanchetii e C. confertiformis, caracterizando polinização

nototríbica. Em C. chapadae e C. glaucofilix, a enantiostilia evita a polinização intrafloral,

pois o gineceu está sempre posicionado do lado oposto ao qual o pólen é depositado no

corpo da abelha (polinização pleurotríbica).

Visitantes florais

Foram observadas 15 espécies de abelhas visitando os táxons de Chamaecrista

(Tabela 2). Trigona spinipes Fabricius, 1793 (Apidae) foi observada na maioria dos táxons

com grande frequência e apresentou comportamento pilhador cortando as anteras para

coletar pólen (Fig. 3A). Apis mellifera Linnaeus, 1758 (Apidae) e Frieseomelitta francoi

Moure, 1946 (Apidae) também possuem comportamento pilhador, coletando pólen sobre as

pétalas após visita das abelhas que vibravam para coletar o pólen. Apis mellifera

apresentou comportamento antagonístico com Bombus brevivillus expulsando-a da flor

para coletar o pólen caído nas pétalas (Fig. 3B).

Todos os táxons tiveram como principais polinizadores espécies de abelhas que

realizavam processo de vibração das anteras para coleta de pólen (Tabela 2). Bombus

brevivillus Franklin, 1913 (Apidae) foi o principal polinizador para C. blanchetii, C.

confertiformis, C. glaucofilix, C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula

(Fig. 2D–H), sendo que nestes dois últimos táxons o comportamento de coleta de pólen se

Page 57: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

45

diferencia pelo processo de rotação da abelha na flor. Com o pólen espalhado por todo o

corpo da abelha, há também o contato do estigma com todas as partes do corpo.

Em C. chapadae e C. rotundifolia var. grandiflora outros polinizadores

apresentaram maior frequência de visitas, como Centris fuscata Lepeletier, 1841 (Apidae)

e Pseudaugochlora sp2, respectivamente. Em C. blanchetii e C. confertiformis, B.

brevivillus pousa na flor, agarra-se à base das anteras e realiza o processo de vibração.

Neste momento, o pólen é espalhado pela região ventral do corpo da abelha e parte dele

também é direcionado para a base da pétala falcada que, através do processo de ricochete,

cai sobre a região dorsal do tórax da abelha, local de contato com o estigma, caracterizando

polinização nototríbica. Após a visita às flores de um ou mais indivíduos destas espécies,

as abelhas realizam processo de limpeza do corpo, utilizando as pernas dianteiras para

coletar o pólen depositado no ventre e no dorso do tórax. Juntamente com Exomalopsis

analis Spinola 1853 (Apidae), Augochloropsis sp. e Pseudaugochlora sp1 e sp2 possuem

capacidade de vibração das anteras para coleta de pólen, mas não são polinizadoras, devido

principalmente ao comportamento de coleta, que vibra antera por antera sem contatar o

estigma. Exceção ocorre em C. rotundifolia var. grandiflora, em que as espécies de

Pseudaugochlora são polinizadoras, mantendo contato direto com o estigma durante a

coleta de pólen (Fig. 3C).

Em C. glaucofilix e C. chapadae a pétala diferenciada encobre o ápice das anteras

que, quando vibradas pelos polinizadores, tem os grãos de pólen direcionados por ricochete

através da pétala tubular para a lateral do tórax do polinizador, sempre do lado oposto ao

posicionamento do estigma. Assim, a polinização pleurotríbica só ocorre durante a

visitação a flores de morfos enantiostílicos diferentes. Não foi observada preferência de

morfos pelas abelhas durante as visitas nas flores, com ambos os morfos sendo visitados

aparentemente de forma indistinta em todos os indivíduos de Chamaecrista.

Page 58: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

46

As observações de forrageio interespecífico entre táxons de Chamaecrista foram

realizadas entre indivíduos que apresentaram sobreposição de micro-habitat e de floração.

Entre C. glaucofilix e C. blanchetii, indivíduos de B. brevivillus apresentaram vôo

preferencial sempre para um dos táxons, realizando apenas sobrevôo na outra espécie. Esse

comportamento foi observado em diferentes dias totalizando três observações de visitas

preferenciais para C. blanchetii e duas visitas preferenciais para C. glaucofilix. Porém,

Xylocopa cearensis, polinizador secundário destas espécies, apresentou comportamento

diferente de B. brevivillus, com visitas interespecíficas durante um mesmo forrageio. Esse

comportamento foi observado apenas uma única vez, sem ter sido verificado

comportamento preferencial por esta espécie. Euglossa sp. foi observada coletando pólen

apenas em C. desvauxii var. graminea, não visitando as flores de C. glaucofilix em nenhum

momento, apesar da disponibilidade de flores em indivíduos próximos. Embora exista

sobreposição de floração entre C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula,

bem como entre C. blanchetii e C. confertiformis, observações diretas de forrageio

intertáxons não foram realizadas devido a dificuldades encontradas em campo, como

distância entre indivíduos floridos.

Page 59: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

47

Tabela 1. Características florais das espécies de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de Mucugê, Bahia, Brasil. Flores por

inflorescência = média (mínimo-máximo). Viabilidade polínica apresentada como média ± desvio padrão. * Anteras maiores; ** Anteras

menores.

Táxon tipo de

inflorescência

flores /

inflorescência

diâmetro

floral

(cm)

forma da pétala

diferenciada

viabilidade

polínica %

duração da

flor

número

de óvulos

Chamaecrista Sect. Absus

C. chapadae corimbo 4,6 (2–9) 1,6 tubular 93,2 ± 3,48 3 dias 6-9

C. glaucofilix racemo 6,5 (4–9) 2,5 tubular 95,89 ± 3,03 1 dia 7-8

Chamaecrista Sect.

Baseophyllum

C. blanchetii corimbo 9,6 (3–20) 2,0 falcada 91,6 ± 3,13 3 dias 10-14

C. confertiformis corimbo 4,8 (2–12) 1,8 falcada 87,36 ± 2,86 2 dias 8-13

Chamaecrista Sect.

Chamaecrista

C. rotundifolia var. grandiflora axilar 1-3 2,3 indiferenciada 90,44 ± 1,54 1 dia 5-10

Chamaecrista Sect. Xerocalyx

C. desvauxii var. graminea axilar terminal 1,3 (1–2) 2,5 curvada 84,5 ± 3,1*

85,2 ± 2,7**

1 dia 11-13

C. desvauxii var. latistipula uniflora 1 2,0 curvada 94,2 ± 2,34 1/2 dia 12-13

Page 60: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

48

Tabela 2. Visitantes florais e número de visitas realizadas em táxons de Chamaecrista entre julho de 2003 a dezembro de 2005 em Mucugê,

Bahia, Brasil. h = horas de observação focal. Valores percentuais referentes à participação relativa da espécie nas visitas em relação à guilda de

visitantes de uma dada espécie de Chamaecrista.

Visitantes C. blanchetii

(59h)

C. confertiformis

(51h)

C. desvauxii var.

graminea (41h)

C. desvauxii var.

latistipula (32h)

C. chapadae

(34h)

C. glaucofilix

(37h)

C. rotundifolia var.

grandiflora (45h)

Total de

visitas

Polinizadores

Bombus brevivillus 127 (34,3%) 48 (15,0%) 138 (79,8%) 124 (79,0%) 9 (12,7%) 36 (48,0%) 9 (15,0%) 491

Centris trigonoides - 2 (0,6%) - - - - - 02

Centris fuscata 7 (1,9%) 15 (4,7%) 5 (2,9%) 5 (3,2%) 18 (25,4%) 14 (18,7%) - 64

Centris sp. 2 (0,5%) - - - - 02

Epicharis sp. - 4 (1,2%) - - - 3 (4,0%) - 07

Euglossa sp. 7 (4,0%) 3 (1,9%) - - 1 (1,7%) 11

Thygater sp. 7 (4,0%) 9 (5,7%) - - - 16

Xylocopa cearensis 5 (1,4%) 17 (5,3%) - - - 10 (13,3%) - 32

Xylocopa sp. - 5 (1,6%) - - - - - 5

Pilhadores

Apis mellifera 63 (17,0%) 37 (11,6%) - - - - - 100

Augochloropsis sp. 5 (1,4%) - - - 6 (8,5%) 6 (8,0%) - 17

Exomalopsis analis 10 (2,7%) - - - - - - 10

Frieseomelitta francoi 5 (1,4%) 12 (3,8%) - - - - - 17

Pseudaugochlora sp1 12 (3,2%) - 1 (0,6%) - - - 7 (11,7%) * 20

Page 61: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

49

Visitantes C. blanchetii

(59h)

C. confertiformis

(51h)

C. desvauxii var.

graminea (41h)

C. desvauxii var.

latistipula (32h)

C. chapadae

(34h)

C. glaucofilix

(37h)

C. rotundifolia var.

grandiflora (45h)

Total de

visitas

Pseudaugochlora sp2 - 13 (4,1%) 9 (5,2%) 12 (7,6%) - - 12 (20,0%) * 46

Trigona spinipes 134 (36,2%) 166 (52,0%) 6 (3,5%) 4 (2,5%) 38 (53,5%) 6 (8,0%) 31 (51,7%) 385

Total de visitas 370 319 173 157 71 75 60 1225

* Polinizador para C. rotundifolia var. grandiflora

Page 62: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

50

Page 63: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

51

Figura 1. Flores de Chamaecrista. (A, B) Flores não enantiostílicas de C. rotundifolia

var. grandiflora, sem pétala diferenciada; (C) flor enantiostílica de C. desvauxii var.

graminea, com pétala curvada e gineceu lateral (seta); (D) C. desvauxii var. latistipula

com anteras avermelhadas voltadas para a pétala curvada; (E) flores de C. blanchetii

com enantiostilia monomórfica em uma mesma inflorescência, com pétala falcada; (F)

C. confertiformis, apresentando pétala falcada; (G) C. chapadae com flores do mesmo

morfo em uma inflorescência, com pétala diferenciada em forma de tubo; (H) flor

enantiostílica de C. glaucofilix, com pétala diferenciada em forma de tubo com a base

envolvendo o ápice das anteras e a parte terminal em direção oposta ao estigma (seta).

Barras de escala: A = 0,4 cm; B, E = 0,57 cm; C, D, F, G = 0,5 cm; H = 0,64 cm.

Page 64: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

52

Grupo externoApoucouitaAbsusBaseophyllumChamaecristaXerocalyxChamaecristaCaliciopsisChamaecrista

Figura 2. Representação das seções de Chamaecrista, baseada em uma análise com

Máxima Parcimônia, combinando as regiões de trnL-F e ITS (modificado de Conceição,

2006).

Page 65: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

53

Page 66: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

54

Figura 3. Visitantes florais em Chamaecrista. (A) Trigona spinipes cortando antera para

coletar pólen em C. chapadae; (B) Apis mellifera em comportamento antagonístico com

B. brevivillus em C. blanchetii; (C) Pseudaugochlora sp2 coletando pólen por vibração

em C. rotundifolia var. grandiflora; (D) Bombus brevivillus em C. blanchetii com pólen

direcionado para o dorso do corpo da abelha pela pétala falcada, local de contato com o

estigma (seta); (E) B. brevivillus em comportamento de limpeza de pólen da região

dorsal do tórax com a perna dianteira (seta), após coleta em C. confertiformis; (F-H) B.

brevivillus coletando pólen em (F) C. glaucofilix, (G) C. desvauxii var. graminea e (H)

C. desvauxii var. latistipula. Barras de escala: A-E, G, H = 0,5 cm; F = 0,4 cm.

Page 67: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

55

Discussão

Mecanismos de polinização

Os táxons de Chamaecrista estudados apresentam características comuns ao

gênero, como flores amarelas, anteras funcionalmente poricidas, pigmentos que

absorvem luz ultravioleta, oferta de pólen como recurso floral e presença de câmara

estigmática (Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988; Owens & Lewis, 1989;

Costa et al., 2007). Segundo Dulberger (1994), a câmara estigmática atua na captação

de pólen e proteção da pouca secreção estigmática produzida por espécies de alguns

grupos que têm estigmas diminutos. Nos táxons estudados, os tricomas das câmaras

captam o pólen a partir do corpo da abelha, que permanecem no estigma mesmo após

várias visitas dos polinizadores. A secreção estigmática nestas espécies fica retida

dentro da câmara e é necessária para a fixação e germinação dos grãos de pólen. Costa

et al. (2007) notaram que a forma mais eficiente de realizar polinizações experimentais

manuais neste grupo é através da fricção das cerdas de um pincel nos tricomas da

câmara estigmática antes de depositar o pólen, possivelmente atuando como um

estímulo similar ao realizado pelo contato do polinizador.

A pétala diferenciada em Chamaecrista tem sido bastante discutida quanto à sua

forma e funcionalidade (e.g. Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988; Wolfe &

Estes, 1992). Wolf & Estes (1992) verificaram a importância desta pétala na atração do

polinizador para C. fasciculata, havendo 5% de formação de frutos em flores nas quais a

pétala foi removida, e 45% de frutificação em flores não manipuladas. Esse resultado,

porém, não levou em consideração outra função atribuída à pétala modificada, que é o

direcionamento do pólen para o corpo do polinizador (mecanismo tipo ricochete),

podendo a redução na frutificação ter sido influenciada por uma menor eficiência na

Page 68: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

56

deposição do pólen no polinizador. Nos táxons da seção Xerocalyx (C. desvauxii var.

graminea e C. desvauxii var. latistipula), a pétala curvada parece direcionar o pouso das

abelhas, funcionando ainda como atrativo ou guia para os polinizadores na primeira

variedade, que apresenta pigmentos que absorvem no ultra-violeta. Segundo Costa et al.

(2007) não existem barreiras pré-zigóticas entre estes táxons, que têm morfologia floral

similar, sobreposição do período de floração e compartilhamento de polinizadores. A

pétala curvada presente nestes táxons parece ser uma característica comum à seção

Xerocalyx, e essa morfologia floral não representa barreira ao fluxo gênico neste grupo,

uma vez que ao coletar a abelha tem pólen espalhado por todo o corpo. Além disso, esse

padrão de deposição de pólen também favorece a transferência de pólen para flores de

outros táxons simpátricos de Chamaecrista que florescem em sincronia (Cap. 1), já que

nem todo pólen espalhado no corpo da abelha é retirado durante o processo de limpeza.

As pétalas diferenciadas de morfologia falcada (seção Baseophyllum - C.

blanchetii e C. confertiformis) e tubular (seção Absus - C. glaucofilix e C. chapadae)

parecem não atuar no papel de atração e guia de pouso dos polinizadores, devido tanto à

sua forma quanto à ausência de guias visuais. Essas pétalas têm importante função na

transferência de pólen para o corpo da abelha, favorecendo a polinização intramorfo

enantiostílico em C. blanchetii e C. confertiformis, e intermorfos em C. chapadae e C.

glaucofilix. Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger (1988) denominam as pétalas

curvadas como “pétala cuculus” e “pétala tubo”, dependendo do grau de dobramento da

pétala, e reconhecem para o segundo tipo a função de direcionamento do pólen. A pétala

falcada observada nas espécies aqui estudadas é uma forma intermediária entre os

morfos descritos por Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger (1988), com função similar

à da pétala tubo. A função de direcionamento do pólen através da pétala diferenciada

parece ser uma tendência dentro das seções Absus e Baseophyllum. Este direcionamento

Page 69: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

57

parece estar relacionado a uma mudança de polinização esternotríbica (deposição do

pólen na região ventral), mais comum em espécies com polinização por vibração, para

nototríbica (deposição dorsal). Esta mudança aparentemente acarreta um aumento na

proteção dos grãos de pólen, devido à maior dificuldade das abelhas de limparem a

região dorsal do que a ventral. Outros táxons analisados por Gottsberger & Silberbauer-

Gottsberger (1988) e Conceição (2006) revelam morfologia floral similar para espécies

destas seções, o que pode representar a mesma funcionalidade. A não diferenciação da

pétala interna em C. rotundifolia var. grandiflora é também encontrada na variedade

típica da espécie. Este último táxon apresenta baixa freqüência de visitantes

(Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988), como foi também observado em C.

rotundifolia var. grandiflora. Isso pode representar uma divergência no padrão de

atração dos polinizadores pela diferenciação morfológica floral em Chamaecrista.

Segundo a hipótese filogenética baseada em dados moleculares apresentada por

Conceição (2006) para o gênero, a seção Apoucouita (não incluída neste estudo) é a

mais basal do gênero. Subsequentemente, a seção Absus constitui o grupo-irmão de

todas as demais seções, com a seção Chamaecrista aparecendo como mais derivada.

Este última seção apresenta-se parafilética, estando a seção Caliciopsis inserida neste

grupo nas análises de Máxima Parcimônia realizadas combinando as regiões de ITS e

trnL-F (ver Conceição, 2006). Baseado nesta hipótese filogenética e na relação com os

caracteres da morfologia floral, é possível inferir que existe uma tendência ao

desdobramento da pétala diferenciada neste gênero, que vai desde uma pétala tubular na

seção Absus até uma pétala mais distendida no clado mais derivado.

A enantiostilia foi encontrada em quase todas as espécies de Chamaecrista e

parece ser uma característica comum ao gênero e à subtribo Cassinae (Dulberger et al.,

1994; Carvalho & Oliveira, 2003; Marazzi et al., 2006). Segundo Endress (2001), essa

Page 70: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

58

característica é mais comum em flores de pólen que são polinizadas por vibração e

evoluiu por convergência, ocorrendo em famílias de plantas não relacionadas. O

polimorfismo no posicionamento do gineceu tem sido amplamente discutido quanto a

sua função evolutiva (e.g., Dulberger, 1981; Dulberger et al., 1994; Fenster, 1995;

Barrett et al., 2000; Jesson & Barrett, 2002a,b; Westerkamp, 2004). Jesson & Barrett

(2002a,b) demonstraram que a enantiostilia é uma característica geneticamente

determinada que reduz os níveis de geitonogamia e favorece a polinização cruzada,

quando comparadas com flores não enantiostílicas. No entanto, a hipótese de

favorecimento da polinização cruzada pela enantiostilia tem sido vista como insuficiente

para explicar o significado adaptativo da enantiostilia monomórfica (e.g., Dulberger,

1981; Fenster, 1995; Westerkamp, 2004).

Os táxons de Chamaecrista com enantiostilia são monomórficos e apresentam

diferentes estratégias de polinização, como favorecimento de polinização intrafloral em

C. blanchetii, C. confertiformis, C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var.

latistipula, e de polinização intermorfos em C. glaucofilix e C. chapadae, levando à

geitonogamia ou à alogamia. Os resultados com estas duas últimas espécies corroboram

os estudos de Jesson & Barrett (2002a,b), que demonstram a eficiência da enantiostilia

para a polinização cruzada. Porém, a enantiostilia monomórfica dos demais táxons

contrapõe essa hipótese, uma vez que a autopolinização intrafloral não é dificultada.

Estes táxons apresentam sistema reprodutivo autocompatível (Cap. 3) e a enantiostilia

não representa um mecanismo que favorece a polinização cruzada. Segundo Dulberger

(1981), a enantiostilia pode ter evoluído como um processo adaptativo que reduz os

danos causados ao gineceu durante o processo de visita das abelhas, e Westerkamp

(2004) afirma que, para as Cassiinae, a enantiostilia evoluiu por um processo adaptativo

que favoreceu a aproximação das abelhas para a coleta de pólen.

Page 71: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

59

Chamaecrista rotundifolia var. grandiflora apresenta deflexão do gineceu e de

parte das anteras, mas diferentes morfos não foram encontrados no indivíduo nem na

população, não sendo caracterizada então a enantiostilia. O deslocamento do gineceu foi

verificado também em outros gêneros, tais como Cassia (Leguminosae), Melastoma e

Tibouchina (Melastomataceae) e algumas espécies de Cyanella (Tecophilaeaceae)

(Dulberger, 1981). O significado desta variação floral também permanece em aberto,

mas aparentemente facilita o acesso das abelhas à coleta de pólen e diminui danos ao

estilete e ao estigma (Dulberger, 1981), reforçando a idéia de uma adaptação que evita

danos ao pistilo.

Isolamento reprodutivo

Isolamento reprodutivo pré-zigótico tem recebido considerável atenção e é

freqüentemente citado como mais importante e efetiva barreira para fluxo gênico do que

o isolamento pós-zigótico (Coyne & Orr, 2004). Isolamento reprodutivo pré-polinização

em Leguminosae foi encontrado entre espécies de Cercidium que apresentaram

diferentes padrões florais ultravioleta, diferenciação ecológica e divergentes períodos de

floração (Jones, 1978). Porém, entre espécies de Dahlstedtia tem sido observado

isolamento pós-polinização pré-fertilização, aparentemente comum em Leguminosae

(Teixeira & Ranga, 2004).

Para as Chamaecrista fatores como fenologia, comportamento de forrageio,

constância floral do polinizador e diferentes mecanismos de polinização podem

funcionar como barreiras reprodutivas entre táxons simpátricos. O isolamento temporal

de floração de C. confertiformis com C. rotundifolia var. grandiflora é evidenciado pela

ausência completa de sobreposição do período de floração (Cap. 1), o que impede o

fluxo gênico, independente da morfologia floral e da sobreposição de polinizadores.

Page 72: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

60

Entre C. confertiformis e C. blanchetii, eventualmente ocorre sobreposição de floração

com prolongamento da fase final de floração de C. blanchetii e antecipação da floração

de C. confertiformis no mês de setembro (Cap. 1). Estas duas espécies, que pertencem à

mesma seção, possuem morfologia floral similar e compartilham o mesmo polinizador.

Assim, elas apresentam condições para ocorrência de fluxo gênico e não possuem

barreiras pré-zigóticas pós-polinização ou pós-zigóticas (Cap. 3). O potencial

reprodutivo interespecífico, neste caso, é confirmado pela ocorrência de sementes

híbridas viáveis provenientes de polinizações experimentais (Cap. 3) e pela presença de

alguns indivíduos híbridos na área de estudo (Conceição, 2006). Segundo Coyne & Orr

(2004), a raridade de indivíduos híbridos provavelmente significa que existe um

incompleto isolamento pré-zigótico, como observado entre C. blanchetii e C.

confertiformis, quando há sobreposição de floração (Cap. 1). O período de floração não

representa uma barreira reprodutiva também para os outros táxons, ocorrendo extensa

sobreposição entre eles (Cap. 1).

As diferenças na morfologia floral desses táxons de Chamaecrista,

principalmente em relação à pétala diferenciada, induzem a diferentes comportamentos

de coleta de pólen e mecanismos de polinização que podem facilitar ou mesmo impedir

o fluxo gênico. O comportamento de rotação de B. brevivillus na flor, com conseqüente

deposição de pólen por todo o corpo durante as visitas em C. desvauxii var. graminea e

C. desvauxii var. latistipula (seção Xerocalyx) facilita a transferência de pólen destes

táxons para os demais. Já em C. glaucofilix e C. chapadae (seção Absus), a morfologia

floral leva a um comportamento restrito de coleta de pólen, com mecanismo de

polinização pleurotríbica (deposição lateral). Esta especificidade favorece o fluxo

gênico entre morfos enantiostílicos destas espécies, mas impede a transferência de pólen

para C. blanchetii e C. confertiformis (seção Baseophyllum), que apresentam

Page 73: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

61

mecanismo de polinização nototríbica. Em situação inversa, existe a possibilidade

destas espécies da seção Baseophyllum doarem pólen para todos os demais táxons,

através do pólen depositado na região ventral e dorsal do corpo da abelha. Entre C.

glaucofilix e C. chapadae, a polinização interespecífica pode ser minimizada por fatores

ambientais que parecem servir como barreiras sobrepostas formando um filtro que

minimiza o fluxo gênico, tais como diferentes estratégias de floração, diferentes

preferências por microhabitats e diferença na freqüência do polinizador principal de

cada espécie.

A constância floral do polinizador é outro fator que diminui a polinização entre

táxons. Entre C. glaucofilix e C. blanchetii deve haver redução no fluxo gênico

interespecífico devido ao comportamento de forrageio de B. brevivillus que, nestas

espécies, exibe constância floral. Essa constância pode estar associada a diferenças na

durabilidade da flor e na quantidade de flores oferecidas por indivíduo. Em C.

glaucofilix, o número de flores abertas por dia é bastante reduzido quando comparado

com C. blanchetii. Isso faz com que a oferta de pólen também seja diferenciada nestas

espécies, o que pode levar B. brevivillus a ter uma maior preferência por C. blanchetii.

Contudo, o polinizador secundário destas espécies, Xylocopa cearensis, não possui esse

tipo de comportamento preferencial, realizando coleta de pólen heterotípica,

promovendo assim fluxo gênico entre estas espécies. Outro aspecto importante é o

comportamento periódico de limpeza do corpo de B. brevivillus, que recolhe o pólen

após cada forrageio em um ou poucos indivíduos de uma espécie, diminuindo a

quantidade de pólen disponível para polinização interespecífica.

Neste estudo, o isolamento reprodutivo pré-zigótico entre as Chamaecrista é

estabelecido através de uma sobreposição de barreiras fenológicas, morfológicas e de

comportamento dos visitantes florais que diminuem o fluxo gênico entre os táxons

Page 74: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

62

simpátricos. Segundo Coyne & Orr (2004), estudos de pares de espécies têm

demonstrado que o fluxo gênico é bloqueado por um conjunto de barreiras de

isolamento. Vieira (2002) encontrou resultado semelhante para as Onagraceae, com

barreiras sobrepostas atuando como filtro para o fluxo gênico em espécies simpátricas

de Ludwigia. Além da sobreposição de barreiras pré-zigóticas entre as Chamaecrista,

barreiras pós-zigóticas também atuam no isolamento reprodutivo, levando a redução de

fluxo gênico entre estes táxons simpátricos (Costa et al., 2007; Cap. 3).

Literatura Citada

Augspurger CK. 1983. Phenology, flowering synchrony, and fruit set of six

neotropical shrubs. Biotropica 15:257-267.

Barrett SCH, Jesson LK, Baker AM. 2000. The evolution and function of stylar

polymorphisms in flowering plants. Annals of Botany 85: 253-265.

Buchmann SL. 1983. Buzz pollination in angiosperms. In: Jones LE, Little RJ, eds.

Handbook of experimental pollination biology. New York: Scientific and

Academic Editions, 73-113.

Carvalho DA, Oliveira PE. 2003. Biologia reprodutiva e polinização de Senna

sylvestris (Vell.) H.S. Irwin and Barneby (Leguminosae, Caesalpinioideae).

Revista Brasileira de Botânica 26: 319-328.

Conceição AS. 2006. Filogenia do gênero Chamaecrista (Leguminosae –

Caesalpinioideae) e taxonomia do grupo Baseophyllum. Tese de Doutorado,

Universidade de Feira de Santana, Brasil.

Costa CBN, Lambert SM, Borba, EL, Queiroz LP. 2007. Post-zygotic reproductive

isolation between sympatric taxa in the Chamaecrista desvauxii complex

(Leguminosae-Caesalpinioideae). Annals of Botany 99: 625-635.

Page 75: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

63

Coyne JA, Orr HA. 2004. Speciation. Sunderland: Sinauer.

Dafni A. 1992. Pollination ecology – a practical approach. New York: Oxford

University Press.

Dobzhansky T. 1937. Genetics and the origin of species. New York: Columbia

University Press.

Dulberger R. 1981. The floral biology of Cassia didymobotrya and C. auriculata

(Caesalpiniaceae). American Journal of Botany 68: 1350–1360.

Dulberger R, Smith MB, Bawa KS. 1994. The stigmatic orifice in Cassia, Senna, and

Chamaecrista (Caesalpinioideae): morphological variation, function during

pollination, and possible adaptive significance. American Journal of Botany 81:

1390-1396.

Endress PK. 2001. Evolution of floral symmetry. Plant Biology 4: 86-91.

Erdtman G. 1960. The acetolysis method. A revised description. Svensk Botanisk

Tidskrift 54: 561-564.

Fenster CB. 1995. Mirror image and their effect on outcrossing rate in Chamaecrista

fasciculata (Leguminosae). American Journal of Botany 82: 46-50.

Giulietti AM, Pirani JR 1988. Patterns of geographic distribution of some plant

species from the Espinhaço Range, Minas Gerais and Bahia, Brazil. In: Heyer

WR, Vanzolini PE, eds. Proceedings of a workshop on Neotropical distribution

patterns. Rio de Janeiro: Academia Brasileira de Ciências, 39-69.

Gottsberger G, Silberbauer-Gottsberger I. 1988. Evolution of flower structures and

pollination in neotropical Cassiinae (Caesalpiniaceae) species. Phyton 28: 293-

320.

Grant V. 1981. Plant speciation. New York: Columbia University Press.

Page 76: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

64

Irwin HS, Barneby RC. 1982. The American Cassiinae: a synoptical revision of

Leguminosae tribe Cassieae subtribe Cassiinae in the New World. Memoirs of the

New York Botanical Garden 35: 636-895.

Jesson LK., Barrett SCH. 2002a. The genetics of mirror-image flowers. Proceedings

of the Royal Society of London, Series B, Biological Sciences 269: 1835-1839.

Jesson LK., Barrett SCH. 2002b. Enantiostyly: solving the puzzle of mirror-image

flowers. Nature 417: 707.

Jones CE. 1978. Pollinator constancy as a pre-pollination isolating mechanism between

sympatric species of Cercidium. Evolution 32:189-198.

Köppen W. 1948. Climatologia con un estudio de los climas de la tierra (transl. by

Peres PRH) Mexico City: Fondo de Cultura Económica.

Krebs CJ. 1989. Ecological Methodology. New York: Harper and Row Publishers.

Lewis GP. 1987. Legumes of Bahia. Kew: Royal Botanic Gardens.

Lewis GP, Simpson BB, Neff JL. 2000. Progress in understanding the reproductive

biology the Caesalpinioideae (Leguminosae). In: Herendeen PS, Bruneau A, eds.

Advances in Legume Systematics, vol. 9. Kew: Royal Botanical Garden, 65-78.

Lewis GP. 2005. Tribe Cassieae. In: Lewis GP, Schrire B, MacKinder B, Lock M, eds.

Legumes of the world. Kew: Royal Botanical Gardens.

Marazzi B, Endress PK, Queiroz PL, Conti E. 2006. Phylogenetic relationships

within Senna (Leguminosae, Cassiinae) based on three chloroplast DNA regions:

patterns in the evolution of floral symmetry and extrafloral nectaries. American

Journal of Botany 93: 288-303.

Moyle CL, Olson MS, Tiffin P. 2004. Patterns of reproductive isolation in three

angiosperm genera. Evolution 58: 1195-1208.

Page 77: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

65

Owens SJ, Lewis GP. 1989. Taxonomic and functional implications of stigma

morphology in species of Cassia, Chamaecrista and Senna (Leguminosae:

Caesalpinioideae). Plant Systematics and Evolution 163: 93-105.

Stace CA. 1989. Plant taxonomy and biosystematics. London: Edward Arnold.

Teixeira SP, Ranga NT. 2004. Biosystematics of the genus Dahlstedtia Malme

(Leguminosae, Papilionoideae, Millettieae). Revista Brasileira de Botânica 27:

37-45.

Vieira AOS, 2002. Biologia reprodutiva e hibridação em espécies sintópicas de

Ludwigia (Onagraceae) no sudeste do Brasil. Tese de Doutorado, Universidade

Estadual de Campinas, Brasil.

Westerkamp C. 2004. Ricochet pollination in Cassias – and how bees explain

enantiostyly. In: Magalhães FB. & Pereira JO, eds. Solitary bees: conservation,

rearing and management for pollination. Fortaleza: Universidade Federal do

Ceará, 225-230.

Wolfe AD, Estes JR. 1992. Pollination and the function of floral parts in Chamaecrista

fasciculata (Fabaceae). American Journal of Botany 79: 314-317.

Page 78: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

66

CAPÍTULO 3

Autocompatibilidade e potencialidade de cruzamento

entre táxons simpátricos de Chamaecrista

(Leguminosae - Caesalpinioideae)

Page 79: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

67

Resumo

O sistema reprodutivo de sete táxons simpátricos de Chamaecrista ocorrentes no Parque

Municipal de Mucugê, Chapada Diamantina, Bahia foi estudado com o objetivo de

determinar a ocorrência de autoincompatibilidade e de mecanismos genéticos de

isolamento reprodutivo no grupo. Foi testada a hipótese de se táxons mais relacionados

(pertencentes a uma mesma seção) apresentam os mesmos tipos de barreiras

reprodutivasque táxons menos relacionados (pertencentes a diferentes seções). Foram

realizados experimentos manuais de autopolinização, polinização cruzada e

autopolinização espontânea, além de polinização aberta para verificar a formação

natural de frutos na população. Cruzamentos intertáxons foram feitos de forma

bidirecional. Sementes de frutos formados em cada cruzamento foram colocadas para

germinar. Todos os táxons são autocompatíveis e apresentam elevada taxa de aborto das

sementes tanto em autopolinização quanto em polinização cruzada. As sementes

formadas apresentam alto potencial germinativo (acima de 70%). As duas

subpopulações de C. chapadae estudadas apresentam baixa intercompatibilidade, sendo

sugerida a possibilidade da ocorrência de alterações cromossômicas estruturais ou

numéricas, se conformando com o modelo de especiação estasipátrica. Nos cruzamentos

entre táxons da mesma seção, isolamento pós-zigótico de inviabilidade das sementes foi

observado para os pares C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula (seção

Xerocalyx) e C. chapadae e C. glaucofilix (seção Absus), em que barreiras pré-zigóticas

são menos eficientes como mecanismos de isolamento reprodutivo.

Intercompatibilidade entre espécies de uma mesma seção ocorre em C. blanchetii e C.

confertiformis (seção Baseophyllum), com formação de sementes viáveis. Entre seções

diferentes, foi verificado isolamento reprodutivo pré-zigótico gamético, sem haver

Page 80: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

68

penetração de tubo polínico no óvulo, principalmente nos cruzamentos com C.

rotundifolia var. grandiflora, além da formação de sementes abortadas, exibindo um

isolamento pós-zigótico por inviabilidade das sementes. A interincompatibilidade na

maioria dos táxons de Chamaecrista provavelmente é dada por uma incongruência

genômica, mantendo a identidade genética destes táxons que ocorrem em simpatria,

florescem em sincronia e compartilham polinizadores.

Page 81: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

69

Introdução

O estudo do sistema reprodutivo freqüentemente ajuda no entendimento da

complexidade taxonômica de algumas espécies e nos padrões do fluxo gênico, sendo de

importância básica para estudos da evolução e genética de populações, bem como para o

esclarecimento do processo de especiação e das relações genéticas entre as espécies

(Bawa, 1974; Stace, 1989; Richards, 1997). O entendimento do processo de especiação

envolve a determinação de quais barreiras reprodutivas estão envolvidas na redução do

fluxo gênico entre populações e o entendimento de quais forças evolutivas as produzem

(Nosil & Crespi, 2006).

Barreiras ao fluxo gênico entre espécies são freqüentemente categorizadas como

mecanismos de isolamento pré e pós-zigóticos (Dobzhansky, 1937; Grant, 1981; Stace,

1989; Tiffin et al., 2000; Coyne & Orr, 2004). Evolucionistas têm realizado diversos

estudos sobre biogeografia, ecologia e especiação para um melhor entendimento sobre a

evolução destes mecanismos de isolamento reprodutivo entre espécies simpátricas

(Sorensson & Brewbaker, 1994; Coyne & Orr, 1997, 2004; Borba et al., 1999, 2001;

Vieira, 2002; Orr, 2005).

O gênero Chamaecrista (Leguminosae, Caesalpinioideae) pertence à subtribo

Cassiinae e apresenta cerca de 330 espécies distribuídas em sete seções (Conceição,

2006), sendo representado no Brasil por cerca de 230 espécies (Irwin & Barneby, 1982).

Este gênero é bastante comum em áreas de campos rupestres (Irwin & Barneby, 1982;

Lewis 1987; Conceição, 2006) e apresenta sete espécies que ocorrem em simpatria no

município de Mucugê, Chapada Diamantina. Neste local, tem sido reportada a

ocorrência de híbridos entre alguns táxons (Conceição, 2006), o que aparentemente é

favorecida pela sobreposição na guilda de visitantes florais e no período de floração de

Page 82: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

70

alguns táxons (Cap. 1, 2). Poucos trabalhos foram desenvolvidos sobre o sistema

reprodutivo de Chamaecrista, sendo C. fasciculata (Fenster, 1995), C. keyensis (Liu and

Koptur, 2003) C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latispipula (Costa et al.,

2007) espécies autocompatíveis, com apenas um trabalho apresentando dados sobre

compatibilidade interespecífica no gênero (Costa et al., 2007).

Estudos com fenologia, biologia floral, guilda e etologia de polinizadores têm

sido desenvolvidos (Cap. 1 e 2) buscando um maior conhecimento dos mecanismos que

atuam no isolamento reprodutivo de táxons simpátricos de Chamaecrista. Diferentes

estratégias de floração têm sido encontradas em Chamaecrista simpátricas, com grande

período de sobreposição da floração para a maioria dos táxons (Madeira & Fernandes,

1999; Cap. 1), enquanto alguns táxons apresentaram um isolamento temporal atuando

como uma barreira reprodutiva pré-polinização. Da mesma forma, diferenças na

morfologia floral e nos mecanismos de polinização (Cap. 2) representam barreiras pré-

zigóticas entre estes táxons simpátricos, formando filtros sobrepostos que diminuem o

fluxo gênico entre as espécies de Chamaecrista.

Como forma de entender as estratégias evolutivas que envolvem os mecanismos

de isolamento reprodutivo pré-zigótico pós-polinização e pós-zigótico, este trabalho tem

como objetivo conhecer o sistema reprodutivo dos táxons simpátricos de Chamaecrista

bem como o potencial de hibridação entre eles, através de polinizações experimentais. A

partir destas informações será testado se: 1) os mecanismos de isolamento reprodutivo

são eficientes entre os táxons simpátricos de Chamaecrista, inviabilizando a formação

de híbridos; 2) táxons mais relacionados (pertencentes a uma mesma seção do gênero)

apresentam os mesmos tipos de barreiras que táxons menos relacionados (pertencentes a

diferentes seções); 3) se existe alguma correlação entre ocorrência de mecanismos de

isolamento reprodutivo pré e pós-zigóticos.

Page 83: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

71

Material e Métodos

Área de estudo

O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de

Mucugê, estado da Bahia, Brasil, em uma área de aproximadamente 160.000 m2. O

Parque está situado na Chapada Diamantina, porção Norte da Cadeia do Espinhaço,

entre as coordenadas 12º59’02’’S a 13º00’18’’S e 41º20’41’’W a 41º20’33’’W e

altitude em torno de 1.000 m. O tipo vegetacional predominante é campo rupestre,

formado principalmente por plantas herbáceas e subarbustivas em solo arenoso-

pedregoso e herbáceo-arbustivas crescendo em afloramentos rochosos (Giulietti &

Pirani, 1988). O clima é do tipo Cwb na classificação de Köppen (1948), mesotérmico

com temperatura média anual de 19,8ºC. A precipitação média anual varia de cerca de

830 a 1192 mm. Vouchers das populações estudadas foram depositados no herbário da

Universidade Estadual de Feira de Santana (HUEFS): C.B.N.Costa 109 - Chamaecrista

desvauxii var. latistipula (Benth.) G.P.Lewis; C.B.N.Costa 110 - C. confertiformis

(Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis; C.B.N.Costa 111 - C. blanchetii

(Benth.) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis; C.B.N.Costa 112 - C. desvauxii var.

graminea Irwin & Barneby; C.B.N.Costa 113 - C. glaucofilix (Irwin & Barneby) Irwin

& Barneby; C.B.N.Costa 115 - C. chapadae (Irwin & Barneby) Irwin & Barneby;

C.B.N.Costa 128 - C. rotundifolia var. grandiflora (Benth.) Irwin & Barneby.

Táxons estudados

Foram estudados sete táxons incluídos em seis espécies de Chamaecrista,

pertencentes a quatro seções do gênero, ocorrendo em simpatria: 1) seção Absus (C.

Page 84: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

72

glaucofilix, C. chapadae); 2) seção Baseophyllum (C. confertiformis, C. blanchetii); 3)

seção Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea, C. desvauxii var. latistipula); e 4) seção

Chamaecrista (C. rotundifolia var. grandiflora). Chamaecrista confertiformis, C.

blanchetii, C. desvauxii var. graminea são mais freqüentes na área de estudo. Esses dois

últimos táxons possuem aparentemente distribuição menos agrupada, enquanto C.

confertiformis ocorre apenas nas margens do rio, formando agrupamentos densos de

indivíduos. Subjetivamente, foi estimada a ocorrência dos táxons, sendo Chamaecrista

glaucofilix menos freqüente quando comparada com os outros arbustos, e ocorre

amplamente dispersa na área, em fendas e outros locais com solos rasos. Já C. desvauxii

var. latistipula também apresenta menor freqüência na área e ocorre preferencialmente

em solos argilosos, enquanto C. rotundifolia var. grandiflora possui apenas uma

pequena população local, ocorrendo em solos arenosos. Chamaecrista chapadae é

menos freqüente na área e ocorre preferencialmente em ambientes úmidos e

sombreados, com indivíduos agrupados. A população desta espécie esta dividida em

duas subpopulações, uma com seis indivíduos (Trilha) e outra com 52 indivíduos

(Morro Fervido), situadas a uma distância de cerca de 1 km. Devido à grande

proximidade dos indivíduos dentro de cada subpopulação e baixa disponibilidade de

flores de C. chapadae, todas as polinizações cruzadas na espécie foram realizadas entre

indivíduos de diferentes subpopulações. Os procedimentos para polinização cruzada

foram similares aos demais táxons sendo coletado pólen misto de diferentes indivíduos

seguido de imediata polinização.

Sistema reprodutivo

Os procedimentos de polinizações manuais foram realizados segundo

metodologia descrita por Costa et al. (2007) para Chamaecrista. Em cada táxon, foram

Page 85: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

73

realizados em campo experimentos de autopolinização, polinização cruzada,

autopolinização espontânea, e polinização aberta para verificar a formação de frutos em

condições naturais. A polinização cruzada intratáxon foi realizada utilizando pólen de

indivíduos com distância superior a 100 metros. Os cruzamentos intertáxons foram

realizados de forma bidirecional para todos os táxons que apresentaram sobreposição de

floração e disponibilidade de flores. O número de flores usadas por tratamento e por

indivíduo não foi uniforme, devido a diferenças na disponibilidade de flores em

diferentes indivíduos, sendo os cruzamentos realizados de forma aleatória. Para realizar

os experimentos, foram utilizadas flores no primeiro dia de abertura, previamente

ensacadas em fase de botão e novamente ensacadas após a realização da polinização. Os

sacos permaneceram nos experimentos até o amadurecimento dos frutos e liberação das

sementes.

Duas a quatro flores polinizadas por tratamento foram coletadas entre 6 e 72

horas após a polinização e fixadas em solução de FAA 50% para observação do

crescimento dos tubos polínicos e/ou penetração destes nos óvulos. Os pistilos foram

tratados com NaClO 5% por 15 a 30 min. até a total descoloração do material, e corados

com azul de anilina a 0,25% para observação em microscópio de epifluorescência

(modificado de Martin, 1959).

Germinação das sementes

As sementes coletadas de cada fruto formado nos experimentos foram pesadas e

colocadas para germinar. A dormência foi quebrada através de escarificação mecânica e

depois desinfectadas em NaClO 2,5% por cinco minutos e subseqüentemente lavadas

com água destilada (modificado de Gomes et al., 2001). Para cada táxon, foi utilizado

um número diferente de sementes, de acordo com a formação destas a partir dos

Page 86: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

74

experimentos. As sementes foram acondicionadas em caixas de germinação, com papel

de filtro umedecido em água destilada, e colocadas em câmara de germinação com luz

constante e temperatura constante de 27º C. O acompanhamento do processo de

germinação foi realizado diariamente durante 30 dias para obter o Índice de Velocidade

de Germinação (IVG) (Maguire, 1962) e o percentual de germinação de cada

experimento. Foi realizada análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey para

comparação das médias amostrais, utilizando o programa BIOESTAT 3.0 (Ayres et al.,

2003).

Resultados

Cruzamentos intratáxon

A frutificação em polinização aberta foi baixa em quase todos os táxons,

normalmente variando entre 12 e 17%, com exceção das duas variedades de C.

desvauxii (44 e 63%). Não houve formação de frutos por autopolinização espontânea ou

apomixia em nenhum táxon (Tabela 1). Houve formação similar de frutos e sementes

nas autopolinizações e polinizações cruzadas experimentais, indicando

autocompatibilidade em todos os táxons. Porém houve grande variação no percentual de

frutificação entre os diferentes táxons: frutificação em autopolinização manual variou de

15% (C. rotundifolia var. grandiflora) a 67% (C. desvauxii var. graminea), e em

polinização cruzada manual variou de 11% (C. rotundifolia var. grandiflora) a 70% (C.

desvauxii var. latistipula).

Um padrão diferente da similaridade de frutificação nos experimentos de

polinização cruzada e autopolinização foi observado em C. chapadae, que teve

frutificação muito superior nas autopolinizações (Tabela 1). Separando-se os dados por

Page 87: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

75

subpopulação os mesmos resultados basicamente são mantidos, com pequenas

diferenças possivelmente associadas ao tamanho reduzido da amostragem (Tabela 2). A

maioria dos indivíduos teve um número reduzido de flores polinizadas, mas este número

foi elevado em dois indivíduos da subpopulação Trilha, variando de nove a 18

polinizações por tratamento por indivíduo. Nestes indivíduos, o mesmo padrão geral

observado para a população foi mantido, com frutificação três a cinco vezes superior em

autopolinizações (a remoção dos indivíduos da análise não altera os resultados gerais).

Da mesma forma, dois indivíduos da subpopulação Morro, com número superior de

flores cruzadas (sete e oito) com indivíduos da Trilha, apresentaram reduzida

frutificação (14 e 13%, respectivamente; apenas duas autopolinizações foram realizadas

em um destes indivíduos, com um fruto desenvolvido).

Formação de sementes por fruto muito abaixo do número máximo de óvulos foi

observada em todos os táxons, tanto em experimentos de autopolinização quanto em

polinização cruzada. Houve diferença significativa entre o número de sementes

formadas apenas em C. desvauxii var. graminea, que apresentou maior número de

sementes em polinização cruzada (F = 5,5194, p<0,05). Em ambos os experimentos

houve grande número de sementes abortadas. Porém, não foi verificado um padrão na

ordenação para as sementes abortadas no fruto, não havendo um padrão de aborto das

sementes mais próximas ou mais distantes da base do estilete.

Não houve diferença significativa no peso das sementes formadas por

autopolinização e polinização cruzada para C. desvauxii var. graminea, C. desvauxii

var. latistipula, C. confertiformis e C. rotundifolia var. grandiflora. Porém, as sementes

provenientes de polinização cruzada apresentaram maior peso em C. blanchetii (F =

9,0333, p<0,01), C. glaucofilix (F = 19,974, p<0,01) e C. chapadae (F = 4,8924,

p<0,01). Todas as sementes formadas por autopolinização e polinização cruzada

Page 88: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

76

apresentaram alto percentual de germinação (acima de 80%) para todos os táxons

(Tabela 1). O Índice de Velocidade de Germinação (IVG) foi similar entre os

experimentos em todos os táxons, sendo maior a diferenciação entre os experimentos de

C. rotundifolia var. grandiflora, que exibiu uma maior velocidade de germinação em

polinização cruzada (Tabela 1).

A velocidade de crescimento dos tubos polínicos foi similar para os táxons de

Chamaecrista estudados, atingindo os óvulos cerca de seis horas após a polinização.

Não houve diferença na velocidade de crescimento entre experimentos de

autopolinização e polinização cruzada, com exceção de C. desvauxii var. latistipula que

apresentou maior velocidade de crescimento em polinização cruzada. Não houve

diferença na morfologia dos tubos polínicos, sendo observado desenvolvimento normal

até a penetração na micrópila tanto em experimentos de autopolinização quanto de

polinização cruzada (Fig. 1A-D).

Cruzamento intra-seccional

Na seção Absus, houve baixa formação de frutos entre os cruzamentos realizados

com C. glaucofilix e C. chapadae (Tabela 3). Esta frutificação foi unidirecional, tendo

C. glaucofilix como doadora de pólen (Fig. 1E). Neste cruzamento, houve formação de

apenas duas sementes mal formadas e sem potencial germinativo (Fig. 2E, Tabela 4).

Na seção Baseophyllum, os cruzamentos interespecíficos realizados com C.

blanchetii e C. confertiformis formaram frutos e sementes bidirecionalmente (Tabelas 3,

4). Frutos mal formados ou frutos com sementes abortadas foram comuns nesses

cruzamentos, sendo obtidas apenas duas sementes bem formadas quando C.

confertiformis foi receptora de pólen (Fig. 2D). Não houve diferença significativa no

número de sementes formadas por fruto. Com C. blanchetii como receptora de pólen,

Page 89: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

77

foi desenvolvido maior número de sementes morfologicamente bem formadas. No

entanto, cinco sementes destes cruzamentos foram colocadas para germinar sem

sucesso, enquanto as duas sementes formadas de C. confertiformis como receptora de

pólen germinaram.

Os cruzamentos na seção Xerocalyx, entre as duas variedades de C. desvauxii,

apresentaram elevada frutificação, porém, com sementes abortadas (Tabelas 3, 4; para

detalhes, ver Costa et al., 2007).

Cruzamento inter-seccional

Em cruzamentos entre seções, C. blanchetii (seção Baseophyllum) apresentou

elevado potencial como doadora de pólen, com formação de tubos polínicos e

penetração na micrópila dos óvulos (Fig. 1G). Na maioria dos táxons, esses

cruzamentos levaram à formação de frutos (Tabela 3), com até 24% de frutificação em

C. desvauxii var. graminea (seção Xerocalyx). Todos os frutos formados a partir do

cruzamento com C. blanchetii com os táxons das outras seções apresentaram óvulos não

desenvolvidos ou sementes abortadas (Fig. 2A-B, D; Tabela 4). Nos cruzamentos onde

C. blanchetii foi receptora de pólen, houve formação de frutos apenas com C.

glaucofilix (seção Absus).

Nos cruzamentos entre C. chapadae (seção Absus), como receptora de pólen, e

C. desvauxii var. latistipula (seção Xerocalyx), houve penetração dos tubos polínicos na

micrópila (Fig 1F) e subseqüente desenvolvimento de frutos, mas sem haver

desenvolvimento de sementes viáveis (Tabela 3, 4). O mesmo ocorreu entre C.

confertiformis (seção Baseophyllum), como receptora de pólen, e C. desvauxii var.

graminea (seção Xerocalyx).

Page 90: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

78

Chamaecrista rotundifolia var. grandiflora (seção Chamaecrista) não

apresentou frutos formados quando cruzada com nenhum dos demais táxons, nem como

doadora nem como receptora de pólen (Tabela 3). Nos demais cruzamentos em que não

houve formação de frutos, foi verificada germinação dos grãos de pólen e tubos

polínicos dentro do ovário com plugs normais de calose, porém sem mostrar

direcionamento do tubo polínico para os óvulos.

Page 91: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

79

Tabela 1. Frutificação, formação e germinação de sementes em condições naturais e

polinizações experimentais em táxons de Chamaecrista no Parque Municipal de

Mucugê, Bahia. IVG = Índice de Velocidade de Germinação das sementes; N =

tamanho amostral.

tratamento indivíduos frutificando % (N)

frutificação % (N)

sementes/fruto média

(min.–max.)

germinação% IVG

Chamaecrista sect. Absus

C. chapadae

polinização aberta 100 (11) 12,5 (32) 2,3 (0-7) 75 6,9

autopoliniz. espontânea 0 (7) 0 (17) - - -

autopoliniz. manual 100 (9) 57,1 (42) 1,7 (0-6) 95,6 9,3

poliniz. cruzada manual 77 (13) 18,8 (64) 1,9 (0-7) 100 9,0

C. glaucofilix

polinização aberta 100 (12) 13,3 (90) 3,1 (0-8) 73,3 1,8

autopoliniz. espontânea 0 (16) 0 (28) - - -

autopoliniz. manual 100 (8) 64,4 (45) 2,6 (0-5) 82 3,4

poliniz. cruzada manual 100 (10) 63,2 (38) 3,6 (0-8) 92 3,9

Chamaecrista sect. Baseophyllum

C. blanchetii

polinização aberta 100 (9) 11,8 (102) 3,5 (0–8) 100 5,0

autopoliniz. espontânea 0 (0/3) 0 (28) - - -

autopoliniz. manual 81,8 (11) 39,6 (53) 2,6 (0–8) 90 7,6

poliniz. cruzada manual 81,8 (11) 54 (62) 4 (0–9) 95 6,0

C. confertiformis

Page 92: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

80

tratamento indivíduos frutificando % (N)

frutificação % (N)

sementes/fruto média

(min.–max.)

germinação% IVG

polinização aberta 100 (4) 15,4 (39) 2,5 (0-8) 95 5,6

autopoliniz. espontânea 0 (4) 0 (37) - - -

autopoliniz. manual 36,4 (11) 21,4 (42) 2,7 (0–5) 100 8,9

poliniz. cruzada manual 55,5 (9) 25 (36) 2,5 (0–8) 100 8,5

Chamaecrista sect. Chamaecrista

C. rotundifolia var. grandiflora

polinização aberta 100 (6) 17,1 (35) 1,3 (0-6) 72 6,0

autopoliniz. espontânea 0 (17) 0 (50) - - -

autopoliniz. manual 66,7 (9) 15 (47) 0,43 (0-3) 100 4,5

poliniz. cruzada manual 45,5 (5/11) 11 (46) 2 (0-5) 100 7,5

Chamaecrista sect. Xerocalyx

C. desvauxii var. graminea

polinização aberta 86,7 (15) 44,4 (45) 1,5 (0-100) 71 -

autopoliniz. espontânea 0 (5) 0 (26) - - -

autopoliniz. manual 100 (8) 67 (31) 0,8 (0-6) 92,3 6,03

poliniz. cruzada manual 100 (11) 69 (36) 2,3 (0-7) 82 6,15

C. desvauxii var. latistipula

polinização aberta 100 (10) 63,3 (30) 6,4 (0-13) 100 -

autopoliniz. espontânea 0 (10) 0 (27) - -

autopoliniz. manual 100 (7) 59 (32) 6 (0-11) 92 21,0

poliniz. cruzada manual 100 (9) 70 (30) 7,6 (0-13) 100 22,8

Page 93: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

81

Tabela 2. Percentual de frutificação nas polinizações experimentais de autopolinização e

polinização cruzada nas subpopulações de C. chapadae, Parque Municipal de Mucugê,

Bahia.

autopolinização polinização cruzada

nº indiv. nº flores frutif. % nº indiv. nº flores frutif. %

todos agrupados 9 42 57 13 64 19

Trilha 5 33 61 5 37 16

Morro 4 9 44 8 27 22

Page 94: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

82

Tabela 3. Percentual de frutificação em polinizações experimentais entre táxons de Chamaecrista no Parque Municipal de Mucugê, Bahia. São

também apresentados os resultados em polinizações cruzadas intratáxon para comparação (sublinhado). Número amostral entre parênteses.

C. chapadae C. glaucofilix C. blanchetii C. confertiformis

C. rotund. var.

grandiflora

C. desv. var.

graminea

C. desv. var.

latistipula

Chamaecrista sect. Absus

C. chapadae 1,9 (0-7) 11,5 (26) 16 (25) 0 (8) 0 (13) 0 (24) 3,5 (29)

C. glaucofilix 0 (33) 63,2 (28) 3,1 (32) 0 (11) 0 (8) 0 (33) 0 (34)

Chamaecrista sect. Baseophyllum

C. blanchetii 0 (34) 5,9 (34) 54 (62) 18,7 (48) 0 (12) 0 (39) 0 (33)

C. confertiformis 0 (11) 0 (14) 13 (46) 25 (36) - 11 (9) 0 (8)

Chamaecrista sect. Chamaecrista

C. rotundifolia var. grandiflora 0 (9) 0 (7) 0 (18) - 11 (46) - 0 (13)

Chamaecrista sect. Xerocalyx

C. desvauxii var. graminea 0 (35) 0 (36) 24 (38) 0 (4) - 69 (36) 83,3 (42)

C. desvauxii var. latistipula 0 (32) 0 (33) 3,5 (29) 0 (12) 0 (12) 52,4 (42) 7,6 (0-13)

Page 95: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

83

Tabela 4. Média de sementes por fruto e percentual de germinação em polinizações entre táxons de Chamaecrista no Parque Municipal de

Mucugê, Bahia. São também apresentados os resultados em polinizações cruzadas intratáxon (sublinhado) para comparação. Valores de

formação de sementes apresentados como média (mínimo-máximo). -- indica não formação de frutos (ver Tabela 3).

C. chapadae C. glaucofilix C. blanchetii C. confertiformis

C. rotundifolia

var. grandiflora

C. desvauxii

var. graminea

C. desvauxii var.

latistipula

Chamaecrista sect. Absus

C. chapadae 1,9 (0-7) / 100% 0,7 (0-1) / 0% 0 (0-0) -- -- -- 0 (0-0)

C. glaucofilix -- 3,6 (0-8) / 92% 0 (0-0) -- -- -- --

Chamaecrista sect. Baseophyllum

C. blanchetii -- 0 (0-0) 4 (0–9) / 95% 1,1 (0-5) / 0% -- -- --

C. confertiformis -- -- 0,3 (0-2) / 100% 2,5 (0–8) / 100% -- 0 (0-0) --

Chamaecrista sect. Chamaecrista

C. rotundifolia var. grandiflora -- -- -- -- 2 (0-5) / 100% -- --

Chamaecrista sect. Xerocalyx

C. desvauxii var. graminea -- -- 0 (0-0) -- -- 2,3 (0-7) / 82% 0 (0-0)

C. desvauxii var. latistipula -- -- 0 (0-0) -- -- 0 (0-0) 7,6 (0-13) / 100%

Page 96: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

84

Page 97: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

85

Figura 1. Crescimento de tubos polínicos e penetração de óvulos em polinizações

experimentais em Chamaecrista. (A-D) polinizações intratáxon: (A) C. blanchetii,

polinização cruzada (48h); (B) C. confertiformis, autopolinização (48h); (C) C. glaucofilix,

após autopolinização (24h); (D) C. rotundifolia var. grandiflora, polinização cruzada (48h).

(E-H) polinizações inter-táxon: (E) tubos polínicos de C. glaucofilix no estigma de C.

chapadae (24h); (F) C. chapadae com tubo polínico de C. desvauxii var. latistipula (24h); (G)

C. glaucofilix com pólen de C. blanchetii (24h); (H) C. glaucofilix com pólen de C. desvauxii

var. graminea (24h). Barras de escala: A, C-F, H = 0,15 mm; B, G = 0,2 mm.

Page 98: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

86

Figura 2. Frutos desenvolvidos em polinizações experimentais intertáxons em Chamaecrista.

(A) sementes abortadas de C. chapadae com C. blanchetii como doadora de pólen; (B)

semente abortada e óvulos não desenvolvidos em fruto de C. desvauxii var. graminea com

pólen de C. blanchetii; (C) sementes bem formadas de polinização cruzada em C.

confertiformis; (D) sementes abortadas de cruzamento de C. confertiformis com C. blanchetii;

(E) sementes mal formadas de C. chapadae com C. glaucofilix; (F) sementes abortadas e

óvulos não desenvolvidos de C. desvauxii var. graminea com pólen de C. desvauxii var.

latistipula. Barras de escala: A-B = 3,6 mm; C-D = 10 mm; E = 2 mm; F = 7 mm.

Page 99: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

87

Discussão

A potencialidade de formação de frutos e sementes por autopolinização e polinização

cruzada permite aos táxons de Chamaecrista estudados uma estratégia mista de reprodução

sexuada que favorece a colonização de novas áreas em ambientes heterogêneos, como por

exemplo campos rupestres. A autofertilização pode ser particularmente vantajosa em

circunstâncias em que a possibilidade de polinização cruzada é rara ou nula (Richards, 1997).

A autocompatibilidade encontrada para as Chamaecrista aqui estudadas parece ser

uma característica comum ao gênero (e.g., Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger, 1988;

Fenster, 1995; Liu & Koptur, 2003; Costa et al., 2007). Embora ocorra também em outros

gêneros de Caesalpinioideae, como Bauhinia (Ramirez et al., 1984), Senna (Simpson, 1977) e

Caesalpinia (Lewis et al., 2000), a autoincompatibilidade parece ser mais comum nesta

subfamília, inclusive em espécies desses mesmos três gêneros (Simpson, 1977; Ramirez et al.,

1984; Bullock, 1985; Bawa & Buckley, 1989; Lewis et al., 2000; Carvalho & Oliveira, 2003).

A autoincompatibilidade de ação tardia também tem sido encontrada com freqüência no grupo

(Gibbs et al., 1999; Lewis & Gibbs, 1999; Freitas & Oliveira, 2002; Carvalho & Oliveira,

2003). Contudo, até o momento, Chamaecrista é aparentemente o único gênero de

Caesalpinioideae que apresenta autocompatibilidade para todas as espécies estudadas.

A baixa formação de frutos (Bawa & Buckley, 1989; Baranelli et al. 1995; Lewis &

Gibbs 1999; Gibbs & Sassaki, 1998; Gibbs et al. 1999; Freitas & Oliveira, 2002) e um alto

índice de sementes abortadas (Fenster 1995; Madeira & Fernandes, 1999; Rodríguez-Riaño et

al., 2004, Costa et al., 2007) parecem ser características comuns nas Leguminosae.

Normalmente, apenas uma fração de óvulos do pistilo torna-se semente na maioria das

plantas, e a autopolinização freqüentemente resulta em menos sementes maduras por fruto do

que em polinização cruzada. Porém, raramente se sabe se a redução é dada pela falta de

fertilização ou aborto pós-zigótico devido à presença de alelos recessivos letais (Lee, 1988). A

Page 100: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

88

baixa taxa de sementes desenvolvidas pode também ser causada pela escassez de recursos

nutricionais (Stephenson, 1981; Lee, 1988; Gomes & Zamora, 2003).

Nestes táxons de Chamaecrista, a ocorrência de sementes abortadas sugerem, à

primeira vista, a presença de alelos recessivos letais como as causas mais prováveis para a

baixa frutificação encontrada entre os táxons, ocasionando depressão endogâmica. Porém,

este processo parece não ocorrer em todas as Chamaecrista aqui estudadas, devido à presença

de um número similar de sementes abortadas também em experimentos de polinização

cruzada, aliado aos altos índices de germinação encontrados em autopolinização. Contudo, o

elevado número de frutos formados em polinização cruzada com nenhuma ou poucas

sementes desenvolvidas indica a possibilidade de ocorrência de depressão endogâmica devido

a cruzamentos entre indivíduos aparentados (endogamia biparental). Isto poderia ser um

reflexo de um pequeno tamanho populacional na maioria dos táxons estudados. Maiores

diferenças entre número de sementes por fruto entre autopolinização e polinização cruzada,

sugerindo ocorrência de depressão endogâmica, foram observadas apenas em C. rotundifolia

var. grandiflora e em C. desvauxii var. graminea. Depressão endogâmica foi encontrada em

C. keyensis por Liu & Koptur (2003), que detectaram uma baixa formação de sementes e

baixa taxa de germinação em experimentos de autopolinização. Cruzamentos

interpopulacionais devem ser utilizados para testar esta hipótese, onde neste caso seria

esperado menor aborto de sementes quando comparado com polinizações intrapopulacionais.

Os resultados encontrados para C. chapadae indicam que as duas subpopulações são

interincompatíveis. A manutenção dos valores de frutificação quando as subpopulações e

alguns indivíduos são analisados separadamente indica também que estes resultados não são

meramente artefatos experimentais ou efeitos de amostragem. Porém, é necessária a

realização de polinizações cruzadas dentro das subpopulações para confirmação desta

hipótese, ou de se estes resultados se referem a uma incomum depressão alogâmica. Este

isolamento reprodutivo entre as subpopulações pode ser ocasionado por alterações

Page 101: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

89

cromossômicas estruturais ou mesmo numéricas, como poliploidização, acarretando uma

incongruência genômica e conseqüentemente impedindo o fluxo gênico (Grant, 1981;

Rieseberg, 2001). Mais freqüentemente, estas alterações implicam problemas reprodutivos do

híbrido interpopulacional e não o seu desenvolvimento, pelo menos nos estágios iniciais de

divergência. Porém, a ocorrência de uma forte subdominância dos rearranjos cromossômicos

quando em heterozigose leva a um fitness muito reduzido do híbrido. Adicionalmente, sendo

estes rearranjos adaptativos em homozigose pode ocorrer um forte isolamento reprodutivo na

população, se enquadrando no modelo de especiação estasipátrica (White, 1978; Grant, 1981;

Rieseberg, 2001). Desta forma, estudos citogenéticos para determinação do número e da

estrutura cromossômica, de genética de populações para determinação da ocorrência de fluxo

gênico e análise morfométrica em C. chapadae são fundamentais para verificar se estas duas

subpopulações correspondem a espécies biológicas crípticas.

Isolamento reprodutivo intra-seccional

Na seção Absus, há uma sobreposição de barreiras reprodutivas que atuam como

filtros de isolamento entre C. glaucofilix e C. chapadae. As diferenças no micro-habitat e na

freqüência do principal polinizador atuam como barreiras pré-zigóticas (Cap. 2), enquanto que

a produção de sementes mal formadas em C. chapadae como receptora de pólen funciona

como barreira pós-zigótica. Neste caso, a inviabilidade das sementes híbridas parece ser o

mecanismo mais eficiente na manutenção do isolamento reprodutivo entre estas espécies. Este

tipo de isolamento pós-zigótico intrínseco é considerado mais comum do que a esterilidade do

híbrido (Coyne & Orr, 2004) e pode ser ocasionado por alelos que reduzem o fitness do

híbrido através de interações epistáticas deletérias (Incompatibilidade Dobzhansky-Muller)

(Orr & Turelli, 2001; Turelli et al., 2001, Ridley, 2006).

A formação de sementes viáveis verificada nos cruzamentos entre C. blanchetii e C.

confertiformis (seção Baseophyllum) está em consonância com a formação de híbridos

Page 102: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

90

naturais que tem sido reportada entre estas espécies, descritos como C. ×blanchetiformis

(Conceição, 2006). Este híbrido apresenta indivíduos férteis com potencialidade de

intercruzamento com seus parentais, possibilitando a ocorrência de introgressão (Cap. 5).

Apesar da formação de híbridos, a ocorrência destes é menos freqüente na área, refletindo a

presença de barreiras parciais insuficientes para impedir para promover o isolamento

completo entre as espécies em condições naturais. O deslocamento no período de floração

entre C. blanchetii e C. confertiformis parece ser a principal barreira entre estes táxons (Cap.

1). Porém, quando ocorre sobreposição de floração, os outros mecanismos são insuficientes

para a manutenção do isolamento reprodutivo. O baixo número de sementes formadas entre

estes táxons não significa necessariamente a existência de barreiras pós-zigóticas, já que o

aborto de sementes é uma característica comum no gênero.

A formação de híbridos naturais é um evento relativamente freqüente em

angiospermas e representa um importante papel na evolução do grupo (Ellstrand et al., 1996).

Hibridação ocorre em cerca de 34% das famílias de angiospermas (Rieseberg, 1997) e parece

ser comum em vários grupos, como as Orchidaceae (Steiner et al. 1994; Borba & Semir,

1998), Onagraceae (Zardini et al., 1991; Vieira, 2002) e Asteraceae (Ellstrand et al., 1996).

Em Leguminosae, já foram identificados casos de hibridação natural em diversos gêneros,

como Bauhinia (Lau et al., 2005), Parkinsonia e Cercidium (Hawkins et al., 1999), Baptisia

(Alson & Turner, 1963) e Lathyrus (Hammlet et al., 1994), além de outras espécies

pertencentes a Chamaecrista sect. Baseophyllum (Conceição, 2006).

A seção Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula) não

possui barreiras pré-zigóticas (Cap. 1, 2 e 4) e ocorre alta formação de frutos em cruzamentos

intertáxons. Contudo, a ausência de sementes viáveis revela uma interincompatibilidade entre

estas variedades, com ausência total de fluxo gênico, conforme demonstrado através de

marcadores moleculares, sugerindo que elas devam ser reconhecidas como espécies distintas

(Costa et al., 2007).

Page 103: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

91

O potencial de cruzamento intra-seccional em Chamaecrista parece ser regulado por

diferentes mecanismos de isolamento que impedem ou diminuem a possibilidade da formação

de híbridos naturais. Inesperadamente, barreiras de isolamento reprodutivo pré-zigóticas

parecem ser mais fracas ou inexistentes entre táxons mais próximos, principalmente nas

seções Absus e Xerocalyx. Nestes casos, mecanismos pós-zigóticos atuam na manutenção do

isolamento reprodutivo. Na seção Baseophyllum, ocorre uma inversão na importância relativa

destes mecanismos, com barreiras reprodutivas pré-zigóticas atuando como principal

mecanismo de isolamento (Cap. 1 e 2), sem que haja impedimento efetivo do fluxo gênico

através de mecanismos pós-zigóticos.

Isolamento reprodutivo inter-seccional

Os cruzamentos entre seções indicaram diferentes formas de isolamento reprodutivo

entre táxons. Em todos os cruzamentos em que houve formação de frutos foi encontrado

grande número de sementes abortadas, sugerindo a ocorrência de isolamento pós-zigótico

com inviabilidade das sementes. Nos cruzamentos intertáxons que não formaram frutos, a

principal barreira reprodutiva foi por mecanismo pré-zigótico pós-polinização com isolamento

gamético, com os tubos polínicos alcançando o ovário, mas sem penetração de tubo polínico

na micrópila. Este tipo de isolamento, segundo Coyne & Orr (2004), inclui barreiras que

atuam entre a polinização e a fertilização, ocorrendo um isolamento não competitivo, pela

inabilidade do gameta masculino em efetuar a fertilização devido a um pobre movimento ou a

uma baixa atratividade entre os gametas. Esta inabilidade está aparentemente baseada em

diferenças na atratividade química que promoveria a fertilização (Coyne & Orr, 2004).

Isolamento gamético parece ser o mais comum entre as angiospermas, sendo encontrado

também em outras Leguminosae, como nos gêneros Dahlstedtia (Teixeira & Ranga, 2004) e

Glicine (Moyle et al., 2004).

Page 104: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

92

Este tipo de isolamento nas Chamaecrista, a princípio, não compromete a integridade

dos óvulos, visto que não há penetração na micrópila, mas pode levar à perda das flores

devido à quantidade de pólen interespecífico depositado no estigma. As câmaras estigmáticas

de Chamaecrista são relativamente pequenas e de difícil acesso (Owens & Lewis, 1989;

Costa et al., 2007), sendo limitado o número de grãos de pólen retidos pelos tricomas que

compõem a câmara estigmática. Desta forma, uma polinização interespecífica provavelmente

levaria a uma saturação de pólen no estigma dificultando a retenção de pólen intra-específico.

Pequenos estigmas são comuns à subtribo Cassiinae (Owens & Lewis, 1989; Dulberger et al.,

1994), com exceção de algumas espécies, como Senna sylvestris, que apresenta estigma

alongado e crateriforme, permitindo grande retenção de pólen (Carvalho & Oliveira, 2003). O

tamanho reduzido dos estigmas em diferentes gêneros, como Hymenaea (Gibbs et al., 1999),

Copaifera (Freitas & Oliveira, 2002) e Chamaecrista (Costa et al., 2007), parece contribuir

para a seleção de mecanismos de isolamento pós-polinização pré-zigóticos em táxons de

Leguminosae (e.g., Teixeira & Ranga, 2004).

Os mecanismos de isolamento reprodutivo pré- e pós-zigóticos são eficientes entre a

maioria dos táxons simpátricos de Chamaecrista que funcionam como filtros sobrepostos,

dificultando ou impedindo o fluxo gênico. A hibridação natural detectada apenas entre C.

confertiformis e C. blanchetii deve-se a pequenos episódios de sobreposição de floração

possibilitando o fluxo gênico. As duas espécies, até pouco tempo consideradas variedades de

uma mesma espécie (Irwin & Barneby, 1982; Conceição, 2006), não apresentam isolamento

reprodutivo completo, deixando incerta a história evolutiva e taxonômica destes táxons. Na

seção Baseophyllum, a ausência de registros de populações em alopatria para C. blanchetii e

C. confertiformis (Conceição, 2006) não permite maiores inferências sobre a evolução do

deslocamento do período de floração como um possível mecanismo de reforço para o

isolamento reprodutivo entre estes táxons.

Page 105: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

93

Diferentemente do observado entre os táxons de uma mesma seção, onde barreiras

pré-zigóticas foram menos eficientes como mecanismos de isolamento reprodutivo, entre

táxons de diferentes seções, as estratégias são bastante variáveis, apresentando tanto barreiras

pré-zigóticas pré-polinização (Cap. 1 e 2) e pós-polinização, quanto mecanismos de

isolamento pós-zigóticos. Isto evidencia a inexistência de um padrão uniforme dos

mecanismos de isolamento reprodutivos e a importância da sobreposição de barreiras atuando

como filtros que impedem ou diminuem o fluxo gênico entre estes táxons.

Estudos com números cromossômicos no gênero Chamaecrista revelam grande

variação entre as seções, que apresentam 2n = 32, 28, 16 e 14 cromossomos, gerados por

eventos de poliploidia, disploidia e aneuploidia (Goldblatt, 1981; Biondo et al., 2005). A

sobreposição dos dados cromosômicos em uma análise filogenética (Conceição, 2006) suporta

2n = 28 como condição plesiomórfica para o gênero, e valores mais reduzidos de 2n = 16 e 14

são considerados sinapomorfias para seções mais derivadas como Chamaecrista e Xerocalyx,

respectivamente. Essa variação cromossômica encontrada para Chamaecrista provavelmente

é responsável pela interincompatibilidade existente entre as seções, gerando uma

incongruência genômica e conseqüente manutenção da identidade genética destes táxons que

ocorrem em simpatria.

A Chapada Diamantina apresenta características ambientais peculiares que parecem

favorecer a diversificação dos táxons de Chamaecrista, uma vez que o gênero é muito rico em

espécies neste local (Lewis, 1987; Conceição, 2006). A diferença nos mecanismos de

isolamento reprodutivo encontrada para os táxons de Chamaecrista parece refletir a

heterogeneidade dos fatores ambientais que podem atuar na manutenção da identidade

genética destes táxons. Eventos de especiação simpátrica originados por seleção disruptiva na

ocupação de novos microhabitats (ver Coyne & Orr, 2004), e por hibridação, especialmente

na seção Baseophyllum (Conceição, 2006; Cap. 5), podem ser comuns na história evolutiva

das Chamaecrista na Chapada Diamantina.

Page 106: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

94

Literatura Citada

Alson RE, Turner BL. 1963. Natural hybridization among four species of Baptisia

(Leguminosae). American Journal of Botany 50: 159-173.

Ayres M, Ayres JM, Ayres DL, Santos AS. 2003. BioEstat 3.0. Belém: Sociedade Civil

Mamirauá.

Baranelli JL, Cocucci AA, Anton AM. 1995. Reproductive biology in Acacia caven (Mol.)

Mol. (Leguminosae) in the central region of Argentina. Botanical Journal of the

Linnean Society 119: 65-76.

Bawa KS. 1974. Breeding systems of tree species of a lowland community. Evolution 28: 85-

92.

Bawa KS, Buckley DP. 1989. Seed: ovule ratios, selective seed abortion, and mating system

in Leguminosae. Monographs in Systematic Botany 29: 243-262.

Borba EL, Semir J. 1998. Bulbophyllum ×cipoense (Orchidaceae), a new natural hybrid

from the Brazilian “campos rupestres”: description and biology. Lindleyana 13: 113-

120.

Borba EL, Shepherd GJ, Semir J. 1999. Reproductive system and crossing potential in

three species of Bulbophyllum (Orchidaceae) occurring in Brazilian campo rupestre

vegetation. Plant Systematics and Evolution 207: 205-214.

Borba EL, Semir J, Shepherd GJ. 2001. Self-incompatibility, inbreeding depression and

crossing potential in five Brazilian Pleurothallis (Orchidaceae) species. Annals of

Botany 88: 89-99.

Page 107: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

95

Biondo E, Miotto STS, Schifino-Wittmann MT. 2005. Números cromossômicos e

implicações sistemáticas em espécies da subfamília Caesalpinioideae (Leguminosae)

ocorrentes na região sul do Brasil. Revista Brasileira de Botânica 28: 797-808.

Bullock SH. 1985. Breeding systems in the flora of a tropical deciduous forest in Mexico.

Biotropica 17: 287-301.

Carvalho DA, Oliveira PE. 2003. Biologia reprodutiva e polinização de Senna sylvestris

(Vell.) H.S. Irwin & Barneby (Leguminosae, Caesalpinioideae). Revista Brasileira de

Botânica 26: 319-328.

Conceição AS. 2006. Filogenia do gênero Chamaecrista (Leguminosae – Caesalpinioideae)

e taxonomia do grupo Baseophyllum. Tese de Doutorado, Universidade de Feira de

Santana, Brasil.

Costa CBN, Lambert SM, Borba, EL, Queiroz LP. 2007. Post-zygotic reproductive

isolation between sympatric taxa in the Chamaecrista desvauxii complex

(Leguminosae-Caesalpinioideae). Annals of Botany 99: 625-635.

Coyne JA, Orr HA. 1997. Patterns of speciation in Drosophila revisited. Evolution 51: 295-

303.

Coyne JA, Orr HA. 2004. Speciation. Sunderland: Sinauer.

Dobzhansky T. 1937. Genetics and the origin of species. New York: Columbia University

Press.

Dulberger R, Smith MB, Bawa KS. 1994. The stigmatic orifice in Cassia, Senna, and

Chamaecrista (Caesalpinioideae): morphological variation, function during pollination,

and possible adaptive significance. American Journal of Botany 81: 1390-1396.

Ellstrand NC, Whitkus R, Rieseberg LH. 1996. Distribution of spontaneous hybrids.

Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of the Unites Status of America 93:

5090-5093.

Page 108: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

96

Fenster CB. 1995. Mirror image and their effect on outcrossing rate in Chamaecrista

fasciculata (Leguminosae). American Journal of Botany 82: 46-50.

Freitas CV, Oliveira PE. 2002. Biologia reprodutiva de Copaifera langsdorffii Desf.

(Leguminosae, Caesalpinioideae). Revista Brasileira de Botânica 25: 311-321.

Gibbs P, Sassaki R. 1998. Reproductive biology of Dalbergia miscolobium Benth.

(Leguminosae-Papilionoideae) in SE Brazil: The effects of pistillate sorting on fruit-set.

Annals of Botany 81: 735-740.

Gibbs PE, Oliveira PE, Bianchi MB. 1999. Postzygotic control of selfing in Hymenaea

stigonocarpa (Leguminosae – Caesalpinioideae), a bat-pollinated tree of the Brazilian

cerrado. International Journal of Plant Science 160: 72-78.

Giulietti AM, Pirani JR 1988. Patterns of geographic distribution of some plant species from

the Espinhaço Range, Minas Gerais and Bahia, Brazil. In: Heyer WR, Vanzolini PE,

eds. Proceedings of a Workshop on Neotropical Distribution patterns. Rio de Janeiro:

Academia Brasileira de Ciências, 39-69.

Gomes JM, Zamora R. 2003. Factors affecting intrafruit pattern of ovule abortion and seed

production in Hormathophylla spinosa (Cruciferae). Plant Systematics and Evolution

239: 215-229.

Gomes V, Madeira JA, Fernandes GW, Lemos Filho JP. 2001. Seed dormancy and

germination of sympatric species of Chamaecrista (Leguminosae) in a rupestrian field.

International Journal of Ecology and Enviroment Sciences 27: 191-197.

Goldblatt P. 1981. Cytology and the phylogeny of Leguminosae. Pp. 427-463 in Advances in

legume systematics, part 2, eds. P. S. Herendeen and A. Bruneau. Kew: Royal Botanic

Gardens.

Gottsberger G, Silberbauer-Gottsberger I. 1988. Evolution of flower structures and

pollination in neotropical Cassiinae (Caesalpiniaceae) species. Phyton 28: 293-320.

Grant V. 1981. Plant speciation. New York: Columbia University Press.

Page 109: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

97

Hammett KRW, Murray BG, Markham KR, Hallett IC. 1994. Interespecific

hybridization between Lathyrus odoratus and L. belinensis. International Journal of

Plant Sciences 155: 763-771.

Hawkins JA, Olascoaga LW, Hughes CE, Jimenez JRC, Ruaro PM. 1999.

Investigation and documentation of hybridization between Parkinsonia aculeata and

Cercidium praecox (Leguminosae: Caesalpinioideae). Plant Systematics and Evolution

216: 49-68.

Irwin HS, Barneby RC. 1982. The American Cassiinae: a synoptical revision of

Leguminosae tribe Cassieae subtribe Cassiinae in the New World. Memoirs of the New

York Botanical Garden 35: 636-895.

Koppen W. 1948. Climatologia con un estudio de los climas de la tierra (transl. by Peres

PRH) Mexico City: Fondo de Cultura Económica.

Lau CPY, Ramsden L, Saunders RMK. 2005. Hybrid origin of Bauhinia blakeana

(Leguminosae: Caesalpinioideae), inferred using morphological, reproductive, and

molecular data. American Journal of Botany 92: 525-533.

Lee TD. 1988. Patterns of fruit and seed production. In: Doust JL, Doust L, eds. Plant

reproductive ecology, patterns and strategies. Oxford: Oxford University Press, 179-

202.

Lewis GP. 1987. Legumes of Bahia. Kew: Royal Botanic Gardens.

Lewis GP, Gibbs PE. 1999. Reproductive biology of Caesalpinia calycina and C. pluviosa

(Leguminosae) of the caatinga of north-eastern Brazil. Plant Systematics and Evolution

217: 43-53.

Lewis GP, Simpson BB, Neff JL. 2000. Progress in understanding the reproductive biology

the Caesalpinioideae (Leguminosae). In: Herendeen PS, Bruneau A, eds. Advances in

Legume Systematics, vol. 9. Kew: Royal Botanical Garden, 65-78.

Page 110: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

98

Liu H, Koptur S. 2003. Breeding system and pollination of a narrowly endemic herb of the

Lower Florida Keys: impacts of the urban-wildland interface. American Journal of

Botany 90: 1180-1187.

Madeira JA, Fernandes W. 1999. Reproductive phenology of sympatric taxa of

Chamaecrista (Leguminosae) in Serra do Cipó, Brazil. Journal Tropical Ecology 15:

463-479.

Maguire JO. 1962. Speed of germination: aid in selection and evaluation for seedling

emergence and vigor. Crop Science 2: 176-177.

Martin FW. 1959. Staining and observing pollen tubes in the style by means of florescence.

Stain Technology 34: 125-128.

Moyle CL, Olson MS, Tiffin P. 2004. Patterns of reproductive isolation in three angiosperm

genera. Evolution 58: 1195-1208.

Nosil P, Crespi BJ. 2006. Ecological divergence promotes the evolution of cryptic

reproductive isolation. Proceedings of the Royal Society 273: 991-997.

Orr HA, Turelli M. 2001. The evolution of postzygotic isolation: accumulating Dobzhansky-

Muller incompatibilities. Evolution 55: 1085-1094.

Orr HA. 2005. The genetic basis of reproductive isolation: insights from Drosophila.

Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of the Unites Status of America 102:

6522-6526.

Owens SJ, Lewis GP. 1989. Taxonomic and functional implications of stigma morphology in

species of Cassia, Chamaecrista and Senna (Leguminosae: Caesalpinioideae). Plant

Systematics and Evolution 163: 93-105.

Ramirez S, Sobrevila C, Enrech NX, Ruiz-Zapata T. 1984. Floral biology and breeding

system of Bauhinia benthaminana Taub. (Leguminosae), a bat pollinated tree in

Venezuelan “Lhanos”. American Journal of Botany 71: 273-280.

Page 111: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

99

Rieseberg LH. 1997. Hybrid origins of plant species. Annual Review of Ecology and

Systematics 28: 359-389.

Rieseberg LH. 2001. Chromosomal rearrangements and speciation. Trends in Ecology and

Evolution 16: 351-358.

Richards AJ. 1997. Plant breeding systems. London: Chapman & Hall.

Ridley M. 2006. Evolução (transl. by Ferreira HB, Passaglia L, Fischer R). Porto Alegre:

Artmed.

Rodriguez-Riaño T, Ortega-Olivencia A, Devesa JA. 2004. Reproductive biology in

Cytisus multiflorus (Fabaceae). Analles Botanici. Fennici 41: 179-188.

Simpson BB. 1977. Breeding systems of dominant perennial plants of two disjunct warm

desert ecosystems. Oecologia 27: 203-226.

Sorensson CT, Brewbaker JL. 1994. Interespecific compatibility among 15 Leucena species

(Leguminosae: Mimosoideae) via artificial hybridizations. American Journal of Botany

2: 240-247.

Stace CA. 1989. Plant taxonomy and biosystematics. London: Edward Arnold.

Steiner KE, Whitehead VB, Johnson SD. 1994. Floral and pollinator divergence in two

sexually deceptive South African orchids. American Journal of Botany 81: 185-194.

Stephenson AG. 1981. Flower and fruit abortion: proximate causes and ultimate functions.

Annual Review of Ecology and Systematic 12: 253-279.

Tiffin PM, Olson S, Moyle LC. 2001. Asymmetrical crossing barriers in angiosperms.

Proceedings of the Royal Society of London B 268: 861-867.

Turelli M, Barton NH, Coyne JA. 2001. Theory and speciation. Trends in Ecology and

Evolution 16: 330-343.

Teixeira SP, Ranga NT. 2004. Biosystematics of the genus Dahlstedtia Malme

(Leguminosae, Papilionoideae, Millettieae). Revista Brasileira de Botânica 27: 37-45.

Page 112: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

100

Vieira AOS. 2002. Biologia reprodutiva e hibridação em espécies sintópicas de Ludwigia

(Onagraceae) no sudeste do Brasil. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de

Campinas, Brasil.

White MJD. 1978. Modes of speciation. San Francisco: W. H. Freeman & Co.

Zardini EM, Gu M, Raven PH. 1991. On the separation of two species within the Ludwigia

uruguayensis complex (Onagraceae). Systematic Botany 16: 242-244.

Page 113: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

101

CAPÍTULO 4

Post-zygotic Reproductive Isolation Between Sympatric

Taxa in the Chamaecrista desvauxii Complex

(Leguminosae–Caesalpinioideae)

Page 114: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

102

Sinopse

O gênero Chamaecrista (Leguminosae – Caesalpinioideae) está representado nas

Américas por aproximadamente 239 espécies (Irwin & Barneby, 1982). Irwin (1964) elevou a

subseção Xerocalyx ao nível de uma seção do gênero Cassia e reconheceu 16 espécies,

diferenciadas através de caracteres morfológicos, anatômicos, bioquímicos e cromossômicos.

Posteriormente, Irwin & Barneby (1982) segregaram de Cassia os gêneros Senna e

Chamaecrista, e a seção Xerocalyx passou a estar subordinada ao gênero Chamaecrista

Moench. Essa segunda revisão da seção Xerocalyx propôs em uma profunda reordenação

taxonômica, onde foram reconhecidas apenas três espécies: Chamaecrista desvauxii,

incluindo 17 variedades, C. ramosa, incluindo seis variedades, e C. diphylla. Mais

recentemente, Fernandes & Nunes (2005) realizaram uma nova revisão da seção Xerocalyx

reconhecendo 10 espécies e 27 variedades. As variedades C. desvauxii var. graminea e C.

desvauxii var. latistipula ocorrem em simpatria em formações de campo rupestre no

município de Mucugê, Chapada Diamantina, Bahia. Estes táxons possuem diferenças

morfológicas e ecológicas que permitem levantar a hipótese de que estas variedades não

apresentam hibridação efetiva ou mesmo potencial, ou seja, estão isoladas reprodutivamente,

não apresentando fluxo gênico, formando duas linhagens independentes que podem ser

tratadas como espécies distintas. Este trabalho teve por objetivo analisar os mecanismos de

isolamento reprodutivo entre populações simpátricas destas duas variedades de Chamaecrista

desvauxii (var. graminea e var. latistipula) e sua influência na diferenciação genética de suas

populações através de estudos de biologia reprodutiva e aloenzimas.

O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de Mucugê,

estado da Bahia, Brasil, em ambiente de campo rupestre. O acompanhamento da fenologia da

floração foi realizado mensalmente por um período de dois anos e meio, em 100 indivíduos de

C. desvauxii var. graminea e 24 de C. desvauxii var. latistipula. Foram realizadas observações

Page 115: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

103

sobre a morfologia e biologia floral, e os visitantes florais foram observados quanto ao

comportamento e freqüência de visitas, coleta do recurso floral e mecanismos de polinização.

Foram testados diferentes procedimentos para se avaliar o melhor método de polinização

manual em Chamaecrista, devido a presença de tricomas que encerram o estigma, formando

uma câmara estigmática. Foram realizados experimentos de autopolinização manual,

polinização cruzada manual intra- e inter-táxon bidirecionais, autopolinização espontânea e

polinização aberta para verificar a formação de frutos ao natural. Foi também realizada

observação de crescimento dos tubos polínicos e/ou penetração nos óvulos em flores

polinizadas e coletadas em intervalos de 6, 10, 24 e 48 horas após a polinização. As sementes

coletadas de cada fruto formado nos experimentos foram pesadas e colocadas para germinar.

Foi também realizado um estudo de genética de populações utilizando alozimas para verificar

a ocorrência de loci diagnósticos e/ou alelos exclusivos e determinar a estruturação da

variabilidade genética e, com isto, a ocorrência de fluxo gênico entre as populações.

As flores de ambas as variedades de Chamaecrista desvauxii possuem apenas pólen

como recurso floral, acondicionados em anteras que se abrem por fendas apicais. As flores

não possuem odor perceptível e apresentam enantiostilia monomórfica. As flores de C.

desvauxii var. graminea duram um dia. Embora exista uma diferença no tamanho das anteras,

não ocorreu diferença significativa em relação à viabilidade polínica. Chamaecrista desvauxii

var. latistipula apresenta antese por volta das 05:30 h e as flores fenecem cerca de 12:00 h do

mesmo dia. As flores deste táxon apresentaram elevada viabilidade polínica. As

características dos grãos de pólen não diferem entre as variedades. Chamaecrista desvauxii

var. graminea apresenta floração anual com pico de floração na estação seca, entre os meses

de junho a setembro, enquanto C. desvauxii var. latistipula apresenta uma floração mais

contínua, sendo encontrada em flor durante quase todo o ano, porém com maior pico de

floração entre os meses de julho e setembro. Bombus brevivillus (Apidae) foi o principal

polinizador para ambos os táxons, realizando coleta de pólen por vibração. Em ambos os

Page 116: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

104

táxons, foi observado um comportamento de rotação da abelha na flor e vibração em

diferentes orientações, sendo o pólen depositado em todas as partes do corpo, inclusive no

dorso através do direcionamento do pólen pela pétala diferenciada. Ambas as variedades são

autocompatíveis, ocorrendo maior velocidade de crescimento dos tubos polínicos em C.

desvauxii var. latistipula em polinização cruzada. As sementes de ambos os tratamentos

apresentaram elevada taxa de germinação. Nos cruzamentos intertáxons, houve uma elevada

formação de frutos, porém sem formação de sementes viáveis. Foram obtidos quatro loci

polimórficos, cada um destes apresentando dois alelos. A heterozigosidade média observada

foi de 0,143 para C. desvauxii var. latistipula e de 0,129 para C. desvauxii var. graminea,

sendo esses valores superiores ao esperado no equilíbrio de Hardy-Weinberg. A distância

genética entre as populações foi bastante elevada (0,495), e elevado valor de FST foi

encontrado para a espécie (0,720), indicando uma grande estruturação genética entre as

populações, com a presença de dois loci diagnósticos entre as variedades. Sobreposição do

período de floração, compartilhamento de polinizadores, similaridade entre os eventos florais

de receptividade estigmática e disponibilidade polínica, similaridade na morfologia floral e

penetração dos tubos polínicos nos óvulos em polinizações interespecíficas demonstram a

ausência de barreiras pré-zigóticas entre C. desvauxii var. latistipula e C. desvauxii var.

graminea. A inviabilidade da semente é o principal mecanismo de isolamento pós-zigótico

encontrado para as variedades estudadas. A presença de loci diagnósticos em dois dos quatro

loci, além de alelos exclusivos em elevada freqüência nos outros dois, são fortes indícios da

ausência de fluxo gênico entre elas, conclusão sustentada pelos dados de biologia reprodutiva

(incompatibilidade interespecífica). Desta forma, os dados ecológicos, geográficos,

morfológicos, reprodutivos e genéticos verificados para C. desvauxii var. graminea e C.

desvauxii var. latistipula, permitem afirmar que elas constituem espécies biologicamente

distintas. Por outro lado, os resultados do presente trabalho indicam a necessidade de um

estudo mais abrangente de toda a seção Xerocalyx, incluindo dados ecológicos e genéticos,

Page 117: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

105

focando no isolamento reprodutivo entre os táxons, a fim de se obter uma taxonomia mais

estável e natural para o grupo.

Page 118: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

Post-zygotic Reproductive Isolation Between Sympatric Taxa in the Chamaecristadesvauxii Complex (Leguminosae–Caesalpinioideae)

CRISTIANA BARROS NASCIMENTO COSTA1,* , SABRINA MOTA LAMBERT1, EDUARDO

LEITE BORBA2 and LUCIANO PAGANUCCI DE QUEIROZ1

1Universidade Estadual de Feira de Santana, Departamento de Ciencias Biologicas, Laboratorio de SistematicaMolecular de Plantas, Rodovia BR116 Km 03, Feira de Santana, BA, 44031-460, Brazil and 2Universidade Federal deMinas Gerais, Instituto de Ciencias Biologicas, Departamento de Botanica, Avenida Antonio Carlos 6627, Caixa Postal

486, Belo Horizonte, MG, 31270-901, Brazil

Received: 19 October 2006 Returned for revision: 20 November 2006 Accepted: 3 January 2007

†Background and Aims Differences in the mating systems and the mechanisms of reproductive isolation betweenChamaecrista desvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula were examined in the ChapadaDiamantina, Brazil. These taxa occur sympatrically, and their populations demonstrate marked morphological differ-ences. The objective of the present work was to determine if reproductive isolation mechanisms exist between thesetwo populations of C. desvauxii, and to determine the influence of these putative mechanisms on their geneticdifferentiation.†Methods Field observations were made of floral biology, phenology and floral visitation, and experiments on intra-and interpopulation pollination and germination rates of the resultant seeds were performed. A genetic examinationof the populations was undertaken using four allozyme loci.†Key Results The varieties examined demonstrated overlapping of flowering periods during the months of June toSeptember. The main pollinator for both varieties was the bee Bombus brevivillus. Both varieties are self-compatible,and a large number of fruits are formed in cross-pollinations with high seed germination rates. Inter-taxa pollinationsresult in high levels of fruit production, but no seeds are formed. Two of the four loci examined were diagnostic for thevarieties, and exclusive high-frequency alleles were encountered at the other loci, leading to a high genetic distancebetween the two populations (0.495).†Conclusions Pre-zygotic barriers were not found between the two varieties, and these remain isolated due to post-zygotic events. The two varieties demonstrate marked differences in their morphology, floral biology, phenology andgenetic make-up, all of which indicate that they should be treated as two distinct species. A complete revision invol-ving the other varieties of the C. desvauxii complex will be necessary in order to define these two taxa formally.

Key words: Allozyme, campo rupestre, Chamaecrista desvauxii, Chapada Diamantina, floral biology, Leguminosae,mating systems, pollination, post-zygotic barriers, reproductive isolation, sympatric species.

INTRODUCTION

Cross-breeding, resulting in genetic exchange and the for-mation of hybrids, is possible between sympatric species.Potential cross-breeding can be reduced, however, by pre-zygotic or post-zygotic mechanisms acting as reproductivebarriers between taxa (Dobzhansky, 1937; Grant, 1981;Stace, 1989). The evolution of these isolation mechanismshas been widely discussed by evolutionary biologists (e.g.Schluter, 2001; Turelli et al., 2001; Servedio and Noor,2003) who have sought to understand the processesleading to speciation. However, most of these studieshave been carried out with animals (e.g. Dobzhansky,1937; Coyne et al., 2002; Mendelson, 2003). It is widelyagreed that an increase in reproductive isolation is generallyassociated with an increase in morphological and ecologicaldifferentiation (Moyle et al., 2004). According to Orr(2001), phenotypic evolution might often give rise to repro-ductive isolation, whereas reproductive isolation mightoften preserve phenotypic differences when taxa comeinto contact with each other. Although classical studieswith plants have demonstrated a general association

between reproductive isolation and the differentiation ofsome quantitative genetic features, the direct associationbetween genetic distance and reproductive isolation hasbeen examined in only a few species (e.g. Moyle et al.,2004).The genus Chamaecrista (Leguminosae–Caesalpini-

oideae) comprises six sections with approx. 265 species,and is represented in the Americas by approx. 239 species(Irwin and Barneby, 1982). Irwin (1964) recognized 16species in the section Xerocalyx (then in the genusCassia) which were distinguished by their morphological,anatomical, biochemical and chromosomal characteristics.Since then, the section Xerocalyx has been subjected to aprofound taxonomic reorganization, with only threespecies with 22 varieties, 17 of them in C. desvauxii,having been recognized (Irwin and Barneby, 1982), andmore recently rearranged in ten species and 27 varietiesby Fernandes and Nunes (2005).This taxonomic instability is principally the result of

disagreement over how to treat the complex patternsof morphological variation encountered within this group— either opting to recognize large polytypic species, orplacing stricter limits on the species breadth. This

* For correspondence. E-mail [email protected]

# The Author 2007. Published by Oxford University Press on behalf of the Annals of Botany Company. All rights reserved.

For Permissions, please email: [email protected]

Annals of Botany 1–11, 2007

doi:10.1093/aob/mcm012, available online at www.aob.oxfordjournals.org

Page 119: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

problem has been largely approached on the basis of theanalysis of herbarium specimens, a technique that doesnot permit the formulation of hypotheses concerning thebiology and reproductive limits between the morphsobserved in nature.

Chamaecrista desvauxii (Collad.) Killip is a Neotropicalspecies with a distribution range from Mexico to northernArgentina. The varieties C. desvauxii var. gramineaH. S. Irwin and Barneby, and C. desvauxii var. latistipula(Benth.) G. P. Lewis occur sympatrically in campo rupestreformations in the municipality of Mucuge, in the ChapadaDiamantina mountain range, Bahia state, Brazil.Chamaecrista desvauxii var. graminea and C. desvauxiivar. latistipula are distinguished from each other principallyby their vegetative characteristics, having small stipules andlanceolate leaflets or large stipules and oblong leaflets,respectively (Fig. 1). The flowers of these two varietiesshow differences in size and colour pattern, although thelatter characteristic is not preserved in herbarium material.In addition to morphological differences, there are also eco-logical differences between them that raise the hypothesisof whether these two varieties can hybridize, or whetherthey are in fact reproductively isolated and withoutgenetic exchange, representing two distinct species.The objective of the present study was to ascertain the

existence of reproductive isolation mechanisms betweensympatric populations of two varieties of C. desvauxii(var. graminea and var. latistipula), and to examine theinfluence of these putative isolation mechanisms ongenetic differentiation between the two populationsthrough studies of reproductive biology and allozymecomparisons.

MATERIALS AND METHODS

Study site

The study was undertaken in the Mucuge Municipal Park,in the municipality of Mucuge, Bahia state, Brazil, inan area of approx. 140 000 m2. The park is located in theChapada Diamantina mountain range, between thecoordinates 12859002

00to 13800018

00S and 41820041

00to

4182003300W, at altitudes near 1000 m above sea level.

The predominant vegetation in the area is campo rupestre,which is composed principally of herbaceous and sub-shrubplants growing on sandy soils and herbaceous and shrubvegetation growing on rock outcrops (Giulietti and Pirani,1988). The climate is mesothermic, type Cwb in the classi-fication system of Koppen (1948), with an average annualtemperature of 19.8 8C. Annual average rainfall variesbetween 830 and 1192 mm. Voucher specimens of theplants examined were stored in the herbarium of theUniversidade Estadual de Feira de Santana (HUEFS):C. B. N. Costa 109 (C. desvauxii var. latistipula) andC. B. N. Costa 112 (C. desvauxii var. graminea).

Floral biology

Flowering phenology was followed on a monthly basisfrom July 2003 to December 2005, noting the presence or

absence of flowers on marked individuals of C. desvauxiivar. graminea (n ¼ 100; randomly chosen) and C.desvauxii var. latistipula (n ¼ 24). This difference in thesampling sizes is due to the rarity of individuals ofC. desvauxii var. latistipula in the study area (all individualswere marked). Each taxon was considered as one popu-lation. Floral morphology was observed, the number offlowers per inflorescence, the duration of the flowers andtheir colour, as well as the time of anthesis. The stigmaticreceptivity of approximately 20 flowers from each taxonwas also examined in the field during different hours ofthe day using the hydrogen peroxide technique (Dafni,1992). Pollen availability was confirmed by visual inspec-tion of the anthers and by using a small tuning fork toliberate the pollen grains. Pollen viability was examinedin five anthers of different flowers for each species usingthe nitroblue tetrazolium enzymatic test to measuredehydrogenase activity (Dafni, 1992). The presence ofultraviolet-absorbing pigments was investigated byexposing flowers to ammonium hydroxide vapours. Pollenmorphology was examined using the acetolase processaccording to Erdtman (1960). The diameter of 25 randomlychosen pollen grains from each taxon was measured under alight microscope, calculating their average value andstandard error. Pollen grains were further examined todetermine the number of openings and their surfaceornamentation.Floral visitors were initially observed between 0530 h

and 1800 h, although this period was later adjusted to0530 h to 1300 h for C. desvauxii var. latistipula to coveronly the time when the flowers were open. A total of 41 hof direct observations were realized with C. desvauxii var.graminea and 32 h with C. desvauxii var. latistipula,noting the types of visitors, their behaviour, their contactwith the stigma, the frequency of visitation and the typeof floral resource collected. Specimens of visiting specieswere collected, identified by specialists, and subsequentlystored in the entomology collection of the ZoologyMuseum at the Universidade Estadual de Feira de Santana.

Self- and cross-compatibility experiments

The trichomes at the apex of the style form a stigmaticchamber in the genus Chamaecrista, making experimentalpollination somewhat difficult. As such, a number of differ-ent techniques were tried in order to identify the bestmethod of manual pollination: (a) simple transfer ofpollen to the apex of the style; (b) pollination after remov-ing the trichomes (in order to gain access to the stigmachamber); (c) pollination after vibrating the style with atuning fork (in order to test for any possible physicaleffect of the vibrations on the fertilization process); and(d) pollination using a needle after manipulating the tri-chomes with a stiff-bristled paint brush (simulating themechanical contact of the hairs of insect pollinators withthe stigmatic trichomes). Ten flowers were used in eachtest, using pollen obtained by means of a turning fork tosimulate the vibrations produced by bees. Technique (d )was found to be most effective, and was used in all sub-sequent pollination experiments.

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 2 of 11

Page 120: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

Experiments of manual self-pollination, manualbi-directional intra- and inter-taxon cross-pollination, spon-taneous self-pollination, as well as open pollination were per-formed for comparison with natural fruit formation.Intra-taxon cross-pollination was performed using pollen col-lected from plants that were separated by .100 m.

Experimental flowers were covered while in the bud stage,subjected to the appropriate experimental pollination regime,and then covered again. An attempt was made to carry outa similar number of experimental pollinations among the indi-viduals, and to cross as high a number of pairs of individualsas possible. However, this aim was not strictly achieved and

A B

C D

E F

FIG. 1. (A, C, E) Chamaecrista desvauxii var. graminea: (A) habit; (C) flowers; (E) leaf. (B, D, F) Chamaecrista desvauxii var. latistipula: (B) habit; (D)flower; (F) leaf. Scale bars: A ¼ 83 mm; B ¼ 115 mm; C, E ¼ 5 mm; D ¼ 3 mm; F ¼ 4 mm.

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 3 of 11

Page 121: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

the number of flowers used per treatment per individual wasnot uniform because of differences in the availability offlowers in different individuals, pollinations being carriedout somewhat haphazardly. Even so, the pollinated flowerswere considered independent events, in spite of the possibilityof pseudo-replication, and it is felt that such an assumptiondoes not qualitatively change the results.Two to four pollinated flowers were collected 6, 10, 24

and 48 h after pollination and fixed in a 50 % solution ofFAA in order to observe the growth of pollen tubes and/or the penetration of the ovules. Pistils were bleachedwith 5 % NaClO for 15–30 min, stained with 0.25 %aniline blue and observed under an epifluorescence micro-scope (modified from Martin, 1959).Seeds from all experimentally produced fruits were

weighed and tested for germination. Dormancy wasbroken by mechanical scarification of the seeds, whichwere then disinfected with 2.5 % NaClO for 5 min andwashed with distilled water (modified from Gomes et al.,2001). Fifteen seeds for each experiment were placed ingermination beds lined with filter paper moistened withdistilled water and kept in a germination chamber underconstant light at 27 ºC. Germination was examined dailyfor 30 d in order to measure the Germination Speed Index(GSI) of Maguire (1962) and the percentage of germination.Analysis of variance (ANOVA) was performed and theTukey test employed to compare sample averages utilizingthe BIOSTAT 3.0 software program (Ayres et al., 2003).

Allozyme variation

Allozyme variation was examined in order to verify theputative occurrence of exclusive alleles and/or exclusiveloci for the varieties of C. desvauxii. Small sections ofleaf tissue were crushed in 0.5 mL of grinding buffer(Lambert et al., 2006). Buffer systems #1 and #4 fromLambert et al. (2006) were used for electrodes and gels,and standard horizontal electrophoresis was performedaccording to these same authors. Three enzymatic systemswere used: system 1 for malate dehydrogenase (Mdh; EC1.1.1.37); and system 4 for acid phosphatase (Acp; EC3.1.3.2) and phosphoglucose isomerase (Pgi; EC. 5.3.1.9).Staining procedures were similar to, but slightly modifiedfrom, Brune et al. (1998; Acp), Corrias et al. (1991; Pgi)and Soltis et al. (1983; Mdh). The exact recipes can beobtained from the authors on request. Enzymatic systemsdemonstrating more than one locus were numbered inascending order, starting from the locus with the lowestmobility. Alleles were numbered according to their mobilityrelative to a standard allele, with the highest mobilitypresent in all gels and designated as 100. The allelic fre-quencies were determined by manually counting thebanding patterns of the homozygotes and heterozygotesstained in the gels. Genetic variability for every populationwas estimated by the following parameters: proportion ofpolymorphic loci (P; 0.95 criterion), mean number ofalleles per locus (A), and observed (Ho) and expected(He) mean heterozygosity per locus. Partitioning ofgenetic diversity between the populations was estimatedby FST (Wright, 1978), and the Nei’s (1978; unbiased

estimate) genetic distance between the two taxa was calcu-lated. Data analysis was performed using the BIOSYS 1.0software package (Swofford and Selander, 1989).

RESULTS

Flower morphology and phenology

The inflorescence of C. desvauxii var. graminea has 1–2yellow flowers, while that of C. desvauxii var. latistipulais unifloral, with yellow flower axillaries along thebranch, and up to three flowers per branch (Fig. 1). Theflowers of both taxa offer only pollen as a floral resource,the anthers opening by means of apical slits. The flowersdo not have a perceptible odour and demonstrate enantios-tyly, with two morphs being found on the same individual.The stigma is surrounded by a ring of trichomes, forming astigmatic chamber at the apex of the style (Fig. 2).The flowers of C. desvauxii var. graminea are approx.

25 mm in diameter, with the petals being approx.10 � 16 mm. The median petal is larger (22 � 13 mm)and is tinted red at the base. The anthers are yellow, threeof them being approx. 8 mm long and seven being4–5 mm long. All anthers have their openings facingtowards the median petal. The pistil is green with a hairyovary that contains 11–13 ovules.The flowers of C. desvauxii var. latistipula are approx.

20 mm in diameter, with petals entirely yellow and approx.8 � 12 mm. The median petal is larger and curved,however, being approx. 14 � 12 mm. The anthers are ofuniform size (approx. 4–5 mm long), yellow-vinaceous, anddirected towards the median petal. The pistil is also green;the ovary is densely hairy and it contains 12–13 ovules.The flowers of C. desvauxii var. graminea last only a single

day. Flowers begin to open at approx. 0330 h and are fullyopen by 0600 h when the stigma is receptive and pollen isavailable. Floral visits do not begin before 0530 h. Pollenavailability is delayed on cloudy days, and the anther cleftsremain closed. Although the anthers are of different sizes,there appears to be no significant difference between themin terms of pollen viability (larger anthers, 84.5+ 3.1 %;smaller anthers, 85.2+ 2.7 %; ANOVA: F ¼ 0.1373P . 0.05, d.f. ¼ 1). Flowers close at approx. 1800 h, thestigma remaining receptive until that time. Anthesis inC. desvauxii var. latistipula occurs at about 0530 h and theflowers remain open until approx. 1200 of the same day.The stigma is receptive and pollen is available from themoment of anthesis until floral closing. The pollen of thistaxon has a high viability (94.2+ 2.34 %).Pollen grains are essentially identical among these two

varieties, both being tricolporate monads, with smoothexternal ornamentation. There is a slight variation in theaverage size of the pollen grains between the two taxa,but a small degree of overlap occurs. The pollen grains ofC. desvauxii graminea are 47.5 +2.7 mm in polar diameterand 34.8+ 2.69 mm in equatorial diameter, while thegrains of C. desvauxii latistipula are 44.4+ 3.0 mm and29.4+ 3.17 mm, respectively.

Chamaecrista desvauxii var. graminea demonstratesannual flowering, with a flowering peak in the dry season

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 4 of 11

Page 122: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

(June to September) (Fig. 3). Chamaecrista desvauxii var.latistipula flowers almost all year round, although with apeak of flowering during the months of July to September.

Floral visitors

The principal floral visitor of both taxa examined wasBombus brevivillus Franklin, 1913 (Apidae) in light of itshigh frequency of visitation and its pollen-collecting beha-viour (Table 1; Fig. 4A, B). In collecting the pollen, thebee lands in the centre of the flower, secures the anthersat their base and then initiates the process of buzz

pollination. These bees were observed moving aroundwithin the flower in both plant species and vibrating frommany different positions. These movements resulted inthe pollen being deposited on all parts of their bodies,including the dorsal portion of their thorax, as the differen-tiated median petal directed the pollen flow. As a result ofthe bee’s movements within the flower, different parts ofits body come in contact with the stigma, resulting in pol-lination. Part of the pollen load deposited on the dorsalregion of the thorax by the median petal is collected bythese bees during the process of cleaning their bodieswith their front legs.

A B

C D

FIG. 2. Side (A, C) and frontal (B, D) view of the stigma of Chamaecrista desvauxii var. graminea (A, B) and C. desvauxii var. latistipula (C, D). Scalebars ¼ 0.3 mm.

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 5 of 11

Page 123: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

Other species of bees were also considered effective pol-linators, such as Centris fuscata Lepeletier, 1841 andEuglossa sp. (Table 1), although these species visited theflowers more rapidly and left the flowers without demon-strating any variation in their behaviour. Contact with thestigmatic chamber was made by the lateral and dorsal por-tions of the bodies of these bees. Species of bees of thefamily Halictidae were also recorded visiting flowers ofboth taxa, although these smaller bees were not effectivepollinators as they buzzed only one anther at a time, andthen passed to another anther without entering intocontact with the stigma (Fig. 4C).

Self- and cross-compatibility experiments

High fruit set was observed in both plant taxa followingexperimental self-pollination. The percentage values offruiting were similar to those observed in intra-taxon

cross-pollinations, indicating self-compatibility in theseplants (Table 2). No significant difference among individ-uals occurred in any treatment of both taxa. No fruitformation by spontaneous self-pollination was observed ineither taxon. A small difference in the rate of growth ofpollen tubes was observed in C. desvauxii var. latistipula,with tubes reaching the ovules at the base of the ovary6 h after cross-pollination, while in cases of self-pollinationthe pollen tubes reached only the more distal ovules withinthe same time frame (Fig. 5). With C. desvauxii var. grami-nea, penetration of the pollen tubes to the ovules required10 h, but no differences in velocity were observedbetween cross- and self-pollination experiments. Nodifference in pollen tube morphology or speed of growthwas observed between self- and cross-pollinations ineither taxon.Inter-taxa crosses resulted in a high level of fruit

formation, superior even to those observed in intra-taxoncross-pollinations in C. desvauxii var. graminea (Table 2).The penetration of the pollen tubes to the ovules occurred24 h after pollination in both taxa (Fig. 5). However, noviable seeds were formed by inter-taxa crosses, and onlyapparently unfertilized ovules and small aborted seedswithout embryos were observed. No difference in pollentube morphology or speed of growth was observedbetween intra- and inter-taxon cross-pollinations ineither taxon.The number of seeds formed per fruit varied according to

the experimental crosses (Table 2), with the largest numberof seeds resulting from cross pollination in C. desvauxii var.graminea (F ¼ 5.5194, d.f. ¼ 1, P , 0.05). There was nosignificant difference in the number of seeds resultingfrom either self-pollination or cross-pollination inC. desvauxii var. latistipula. Aborted seeds were found atthe base, in the centre and in the apex of the fruits,

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Date

var. latistipulavar. graminea

Indi

vidu

als

flow

erin

g (%

)

Jul/0

3A

ug/0

3

Aug

/04

Aug

/05

Sep

/03

Sep

/04

Oct

/03

Oct

/04

Oct

/05

Sep

/05

Nov

/03

Nov

/04

Nov

/05

Dec

/03

Dec

/05

Dec

/04

Jan/

04

Jan/

05

Feb

/04

Feb

/05

Mar

/04

Mar

/05

Apr

/04

Apr

/05

May

/04

May

/05

Jun/

04

Jun/

05

Jul/0

4

Jul/0

5

FIG. 3. Flowering phenology of Chamaecrista desvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula in Mucuge, Bahia state, north-eastern Brazil.

TABLE 1. Flower visitors and frequency of visits inChamaecrista desvauxii var. graminea and Chamaecristadesvauxii var. latistipula in Mucuge, Bahia state,

north-eastern Brazil

Number of visits

Flower visitorsC. desvauxii var.

gramineaC. desvauxii var.

latistipula

Bombus brevivillus 138 (79.8 %) 124 (79.0 %)Centris fuscata 5 (2.9 %) 5 (3.2 %)Euglossa sp. 7 (4.0 %) 3 (1.9 %)Pseudaugochlora sp1 1 (0.6%) –Pseudaugochlora sp2 9 (5.2 %) 12 (7.6 %)Trigona spinipes 6 (3.5 %) 4 (2.5 %)Thygater sp. 7 (4.0 %) 9 (5.7 %)

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 6 of 11

Page 124: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

indicating that there was no correlation between abortionand ovule position. No significant differences in seedweight were observed in the self-pollination and cross-pollination experiments, with an average of 5.4(s.e. ¼ 0.31) mg for seeds resulting from self-pollinationsand 4.9 (s.e. ¼ 0.32) mg for seeds resulting fromcross-pollination in C. desvauxii var. latistipula, and 3.0(s.e. ¼ 0.3) mg and 3.4 (s.e. ¼ 0.3) mg per seed inC. desvauxii var. graminea, respectively. Differences inseed weight between taxa were significant, however(F ¼ 13.182, d.f. ¼ 3, P , 0.01). All seeds demonstrated

high levels of germination, and the germination velocityindices were similar for all treatments within the sametaxon, but demonstrated differences between the taxa(Table 2).

Allozyme eletrophoresis

Four polymorphic loci were identified in the threesystems tested, with each locus demonstrating two alleles(Table 3). Fixed exclusive alleles were observed for Pgiand Acp in each of the two plant varieties examined.

A B

C D

E F

FIG. 4. Bees visiting flowers of Chamaecrista desvauxii. (A, B) Bombus brevivillus collecting pollen in C. desvauxii var. graminea. (C–F) Chamaecristadesvauxii var. latistipula: (C) Halictidae on anther without contacting the stigma (arrow); (D) B. brevivillus collecting pollen; (E) B. brevivillus upside-

down during a turning movement in the flower; (F) Thygater collecting pollen. Scale bars: A, B ¼ 5.5 mm, C–F ¼ 4.0 mm.

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 7 of 11

Page 125: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

Mdh-1 was monomorphic within the population ofC. desvauxii var. latistipula, while nine of ten individualsof C. desvauxii var. graminea were heterozygotic.Chamaecrista desvauxii var. latistipula demonstrated 15of 16 individuals as heterozygotic for Mdh-2, and asecond allele was exclusive to this variety. The average het-erozygostity observed in C. desvauxii var. latistipula was0.143, and that in C. desvauxii var. graminea was 0.129.Both of these values were higher than that expected in aHardy–Weinberg equilibrium. The genetic distancebetween the populations was high (0.495), and a high FST

value was recorded for these species (0.720), indicating sig-nificant genetic structuring between the populations.

DISCUSSION

Reproductive biology

The presence of a differentiated median petal, the formationof a stigmatic chamber and anthers with small cleftopenings are common characteristics of the genusChamaecrista (Gottsberger and Silberbauer-Gottsberger,1988; Owens and Lewis, 1989). The anthers are function-ally poricidal, which restricts pollination to those groupsof bees that collect pollen by buzzing the anthers(Buchmann, 1983).Ricochet pollination (Westerkamp, 2004) was observed

by Gottsberger and Silberbauer-Gottsberger (1988) inC. hispidula. In this process, the median petal directspollen to the dorsal portion of the thorax of the bee, alocation that favours contact with the stigma and hence pol-lination. Dependence on this process is minimized by thebees’ behaviour in the flower varieties studied here,because the movements of these insects ensure that numer-ous parts of their bodies come into contact with the stigma.Flowering strategies differ between the two taxa exam-

ined, as C. desvauxii var. graminea demonstrates annualflowering of medium duration, while C. desvauxii var. latis-tipula demonstrates continuous flowering, with the pro-duction of flowers almost all year round (see Newstron,

1994). In spite of these different flowering strategies,however, there is a significant overlapping of floweringperiods between the two taxa that could conceivablypermit genetic exchange.

Chamaecrista desvauxii var. graminea and C. desvauxiivar. latistipula are self-compatible, a characteristic observedin other species of this genus (Gottsberger andSilberbauer-Gottsberger, 1988; Fenster, 1995; Liu andKoptur, 2003). Self-compatibility seems to be common inChamaecrista, while in other groups of Caesapinioideaegametophytic self-incompatibility (Bawa, 1974) andlate-acting self-incompatibility (Lewis and Gibbs, 1999;Carvalho and Oliveira, 2003) are more common. The differ-ences observed in pollen tube growth velocity inC. desvauxii var. latistipula would tend to favour cross-pollination, especially in view of the high germinationrate of seeds produced by self-pollination. However, thismechanism does not seem to function in C. desvauxii var.graminea.In spite of the apparent success of the pollen tubes in

penetrating the ovules, both varieties show a high level ofaborted seeds in both self-pollination and cross-pollinationexperiments. In the majority of plants, only a fraction of theovules in any fruit actually become seeds (Lee, 1988) and,although self-pollination frequently results in fewer matureseeds per fruit than does cross-pollination, it can rarelybe determined with any certainty if this reduction is dueto a lack of fertilization or to post-zygotic abortion.Post-zygotic mechanisms, such as the presence of lethalrecessive alleles, could also result in the diminishedproduction of viable seeds as a result of high levels ofspontaneous abortions in cases of self-pollination or ofpollination between closely related individuals. This latterhypothesis is a plausible explanation for the resultsobserved with C. desvauxii var. graminea.

Isolation mechanisms

Pre-zygotic gametophytic isolation mechanisms are com-monly found in angiosperms (Stace, 1989), including the

TABLE 2. Fruiting individuals, fruit and seed set, and seed germination in experimental pollinations in Chamaecristadesvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula

Treatment% of individuals fruiting (individuals fruiting/

individuals used)% fruit set(fruit/fower)

Seeds/fruit mean(min.–max.)

% germination IVG

C. desvauxii gramineaOpen 86.7 (13/15) 44.4 (20/45) 1.5 (0–10) 71 –Spontaneous 0 (0/5) 0 (0/26) – – –Self-pollination 100 (8/8) 67 (21/31) 0.8 (0–6) 92.3 6.03Cross-pollination 100 (11/11) 69 (25/36) 2.27 (0–7) 82 6.15�C. d. latistipula 100 (12/12) 83.3 (35/42) 0 – –

C. desvauxii latistipulaOpen 100 (10/10) 63.3 (19/30) 6.4 (0–13) 100 –Spontaneous 0 (0/10) 0 (0/27) – –Self-pollination 100 (7/7) 59 (19/32) 6 (0–11) 92 21.0Cross-pollination 100 (9/9) 70 (21/30) 7.6 (0–13) 100 22.8�C. d. graminea 100 (8/8) 52.4 (22/42) 0 – –

IVG ¼ index of velocity of seed germination.

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 8 of 11

Page 126: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

Leguminosae (Teixeira and Ranga, 2004); however, theywere not found in the two taxa examined in the presentwork. These varieties demonstrated superposition of flower-ing periods, sharing of pollinators, similarities betweenfloral events such as stigma receptivity and pollen release,similar floral morphology, and penetration of the ovulesin interspecific crosses. The similarity in the morphologyand growth speed of pollen tubes in intra- and inter-taxoncrossings strengthens the evidences for the absence of pre-zygotic barriers. As such, seed incompatibility with death

of the embryo or the endosperm is most probably the prin-cipal post-zygotic isolation mechanism in the two varietiesstudied. Similar mechanisms were seen in species of Lens(Leguminosae) (Ladizinsky, 1997).The presence of exclusive alleles in each of the varieties,

principally those fixed at the Pgi and Acph loci, is a strongindicator of the absence of gene flow between the two taxa,and this is supported by the results of the reproductiveexperiments (interspecific incompatibility). The genetic dis-tance observed between the two varieties is consistent with

A B

C D

E F

FIG. 5. Pollen tubes penetrating ovules in Chamaecrista desvauxii. (A–D) Intra-taxon pollinations: (A, B) 6 h after cross- (A) and self-pollination (B) inC. desvauxii var. latistipula; (C, D) 10 h after cross- (C) and self-pollination (D) in C. desvauxii var. graminea. (E, F) Inter-taxa crossings betweenC. desvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula: (E) C. desvauxii var. latistipula as pollen receptor, 48 h; (F) C. desvauxii var. graminea

as pollen receptor, 24 h. Scale bars: A, B, D–F ¼ 0.15 mm; C ¼ 0.2 mm.

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 9 of 11

Page 127: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

that observed in other plant species (Thorpe, 1982;Crawford, 1989; van der Bank et al., 2001). Additionally,the observed genetic structuring is very high, reinforcingthe idea of genetic isolation between the two taxa and char-acterizing them as two distinct species.

Taxonomic implications

Cassia latistipula was described by Bentham (1870),accepted by Irwin (1964) and later synonymized inChamaecrista desvauxii (Collad.) Killip var. glauca(Hassler) H. S. Irwin and Barneby (Irwin and Barneby,1982). A new combination was proposed by Lewis(1987), restoring the epithet latistipula for the variety. Assuch, the taxon came to be considered as C. desvauxiivar. latistipula. Chamaecrista desvauxii var. gramineawas described by Irwin and Barneby (1982).Based on morphological, anatomical and chromosomal

data, as well as chromatographic studies, Irwin (1964)raised Xerocalyx to the level of section, having been pre-viously considered a sub-section of the sectionChamaecrista of the genus Cassia. At a later date, Irwinand Barneby (1982) decided that the section Xerocalyxwould be better viewed as a macro-species in whichcomplex evolutionary processes were still occurring, butwhich were not advanced sufficiently to delimit truespecies. This vision resulted in a profound taxonomic shuf-fling, with the condensation of 16 species into only threespecies and 22 varieties. Fernandes and Nunes (2004) con-sidered the delimitations proposed by Irwin and Barneby(1982) as excessively limited in their use of morphologicalcharacteristics, resulting in an elevated level of subjectivityin the taxonomic treatment of that section. However, thesesame authors proposed, in a relatively arbitrary manner, the

reordering of the section Xerocalyx based exclusively onmorphological characteristics, recognizing ten species and27 varieties (Fernandes and Nunes, 2004). In this classifi-cation system, C. desvauxii var. latistipula was recognizedas a species, while C. desvauxii var. graminea was con-sidered a variety of C. linearis.The varieties ‘latistipula’ and ‘graminea’ of C. desvauxii

demonstrate marked differences in habit and leaf mor-phology. They are also reproductively isolated and showunique ecological characteristics in terms of their florallongevity, flowering period and microhabitat, which allreinforce the hypothesis of reproductive isolation. Assuch, based on all of the ecological, geographical, morpho-logical, reproductive and genetic data available forC. desvauxii var. graminea and C. desvauxii var. latistipula,it is reasonable to affirm that they represent distinct species.This conclusion partially supports the taxonomic proposalof Fernandes and Nunes (2004), who considered some ofthe taxa that Irwin and Barneby (1982) classified as var-ieties as being true species. On the other hand, Fernandesand Nunes (2004) maintained many distinct morphs as var-ieties of the species they recognized. As such, the results ofthe present work indicate the necessity for a much widerexamination of the section Xerocalyx, using ecologicaland genetic data and focusing on the reproductive isolationamong the taxa, in order to establish a more stable andnatural taxonomic ordering for this group.

ACKNOWLEDGEMENTS

We thank Jorge A. S. Costa for help on field work andimprovements to the manuscript, the staff of the ParqueMunicipal de Mucuge for logistic support, and FavıziaF. Oliveira for identification of the bees. This work was sup-ported by a grant from Fundacao de Apoio a Pesquisa doEstado da Bahia (FAPESB). C.B.N.C. received a schoolar-ship from FAPESB. E.L.B. and L.P.Q. are supported by agrant (PQ2) from CNPq.

LITERATURE CITED

Ayres M, Ayres JM, Ayres DL, Santos AS. 2003. BioEstat 3.0. Belem:Sociedade Civil Mamiraua.

van der Bank H, van der Bank M, van Wyk B. 2001. A review of the useof allozyme electrophoresis in plant systematics. BiochemicalSystematics and Ecology 29: 469–483.

Bawa KS. 1974. Breeding systems of tree species of a lowland community.Evolution 28: 85–92.

Bentham G. 1870. Leguminosae II et III. Swartzieae, Caesalpinieae,Mimoseae — tribus XVII. Cynometreae. In: von Martius CEP ed.Flora Brasiliensis 15: 239–248.

Brune W, Alfenas AC, Junghans TG. 1998. Identificacoes especıficas deenzimas em geis. In: Alfenas AC ed. Eletroforese de isoenzimas eproteınas afins: fundamentos e aplicacoes em plantas e microorganis-mos. Universidade Federal de Vicosa: Vicosa, 201–328.

Buchmann SL. 1983. Buzz pollination in angiosperms. In: Jones LE,Little RJ eds. Handbook of experimental pollination biology.New York: Scientific and Academic Editions, 73–113.

Carvalho DA, Oliveira PE. 2003. Biologia reprodutiva e polinizacao deSenna sylvestris (Vell.) H. S. Irwin and Barneby (Leguminosae,Caesalpinioideae). Revista Brasileira de Botanica 26: 319–328.

TABLE 3. Allele frequencies in four allozymic loci in onepopulation of Chamaecrista desvauxii var. latistipula and onepopulation of C. desvauxii var. graminea occurring at themunicipality of Mucuge, Chapada Diamantina, north-eastern

Brazil

Locus/allele C. desvauxii var. latistipula C. desvauxii var. graminea

Pgi62 – 1.000100 1.000 –n 17 14

Acp80 – 1.000100 1.000 –n 16 14

Mdh-176 – 0.550100 1.000 0.450n 6 10

Mdh-191 0.500 –100 0.500 1.000n 16 14

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii ComplexPage 10 of 11

Page 128: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

Corrias B, Rossi W, Arduino P, Cianchi R, Bullini L. 1991. Orchis long-icornu Poiret in Sardinia: genetic, morphological and chorologicaldata. Webbia 45: 71–101.

Coyne JA, Kim SY, Chang AS, Lachaise D, Elwyn S. 2002. Sexual iso-lation between two sibling species with overlapping ranges:Drosophila santomea and Drosophila yakuba. Evolution 56:2424–2434.

Crawford DJ. 1989. Enzyme eletrophoresis and plant systematics. In:Soltis ED, Soltis PS eds. Isozymes in plant biology. Portland, OR:Dioscorides Press, 146–164.

Dafni A. 1992. Pollination ecology — a practical approach. New York:Oxford University Press.

Dobzhansky T. 1937. Genetics and the origin of species. New York:Columbia University Press.

Erdtman G. 1960. The acetolysis method. A revised description. SvenskBotanisk Tidskrift 54: 561–564.

Fenster CB. 1995. Mirror image and their effect on outcrossing rate inChamaecrista fasciculata (Leguminosae). American Journal ofBotany 82: 46–50.

Fernandes A, Nunes EP. 2005. Registros botanicos. Fortaleza: EdicoesLivro Tecnico.

Giulietti AM, Pirani JR. 1988. Patterns of geographic distribution ofsome plant species from the Espinhaco Range, Minas Gerais andBahia, Brazil. In: Heyer WR, Vanzolini PE eds. Proceedings of aworkshop on neotropical distribution patterns. Rio de Janeiro:Academia Brasileira de Ciencias, 39–69.

Gomes V, Madeira JA, Fernandes GW, Lemos Filho JP. 2001. Seeddormancy and germination of sympatric species of Chamaecrista(Leguminosae) in a rupestrian field. International Journal ofEcology and Environment Sciences 27: 191–197.

Gottsberger G, Silberbauer-Gottsberger I. 1988. Evolution of flowerstructures and pollination in neotropical Cassiinae (Caesalpiniaceae)species. Phyton 28: 293–320.

Grant V. 1981. Plant speciation. New York: Columbia University Press.

Irwin HS. 1964. Monographic studies in Cassia (Leguminosae-Caesalpinioideae). I section Xerocalyx. Memoirs of the New YorkBotanical Garden 12: 1–114.

Irwin HS, Barneby RC. 1982. The American Cassinae. A synoptical revi-sion of Leguminosae tribe Cassieae subtribe Cassinae in the NewWorld. Memoirs of the New York Botanical Garden 35: 636–895.

Koppen W. 1948. Climatologia con un estudio de los climas de la tierra(transl. by Peres PRH). Mexico City: Fondo de Cultura Economica.

Ladizinsky G. 1997. A new species of Lens from south-east Turkey.Botanical Journal of the Linnean Society 123: 257–260.

Lambert SM, Borba EL, Machado MC, Andrade SCS. 2006. Allozymediversity and morphometrics of Melocactus paucispinus (Cactaceae)and evidence for hybridization with M. concinnus in the ChapadaDiamantina, North-eastern Brazil. Annals of Botany 97: 389–403.

Lee TD. 1988. Patterns of fruit and seed production. In: Doust JL, Doust L.eds. Plant reproductive ecology, patterns and strategies. Oxford:Oxford University Press, 179–202.

Lewis GP. 1987. Legumes of Bahia. Royal Botanic Gardens, Kew.

Lewis GP, Gibbs PE. 1999. Reproductive biology of Caesalpinia calycinaand C. pluviosa (Leguminosae) of the caatinga of north-easternBrazil. Plant Systematics and Evolution 217: 43–53.

Liu H, Koptur S. 2003. Breeding system and pollination of a narrowlyendemic herb of the Lower Florida Keys: impacts of theurban–wildland interface. American Journal of Botany 90:1180–1187.

Maguire JO. 1962. Speed of germination: aid in selection and evaluationfor seedling emergence and vigor. Crop Science 2: 176–177.

Martin FW. 1959. Staining and observing pollen tubes in the style bymeans of florescence. Stain Technology 34: 125–128.

Mendelson TC. 2003. Sexual isolation evolves faster than hybrid inviabil-ity in a diverse and sexually dimorphic genus of fish (Percidae:Etheostoma). Evolution 57: 317–327.

Moyle CL, Olson MS, Tiffin P. 2004. Patterns of reproductive isolation inthree angiosperm genera. Evolution 58: 1195–1208.

Newstrom LE, Frankie GW, Baker HG. 1994. A new classification forplant phenology based on flowering plants in lowland tropical rainforest trees at La Selva, Costa Rica. Biotropica 26: 141–159.

Orr HA. 2001. The genetics of species differences. Trends in Ecology andEvolution 16: 343–350.

Owens SJ, Lewis GP. 1989. Taxonomic and functional implications ofstigma morphology in species of Cassia, Chamaecrista and Senna(Leguminosae: Caesalpinioideae). Plant Systematics and Evolution163: 93–105.

Schluter D. 2001. Ecology and the origin of species. Trends in Ecologyand Evolution 16: 372–380.

Servedio MR, Noor MAF. 2003. The role of reinforcement in speciation:theory and data. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics34: 339–364.

Soltis DE, Haufler CH, Darrow DC, Gastony GJ. 1983. Starch gelelectrophoresis of ferns: a compilation of grinding buffers, gel andelectrode buffers, and staining schedule. American Fern Journal 73:9–27.

Stace CA. 1989. Plant taxonomy and biosystematics. London: EdwardArnold.

Swofford DL, Selander RB. 1989. BIOSYS-1: computer program for theanalysis of allelic variation in population genetics and biochemicalsystematics. Champaign: Illinois Natural History Survey.

Teixeira SP, Ranga NT. 2004. Biosystematics of the genus DahlstedtiaMalme (Leguminosae, Papilionoideae, Millettieae). RevistaBrasileira de Botanica 27: 37–45.

Thorpe JP. 1982. The molecular clock hypothesis: biochemical evolution,genetic differentiation and systematics. Annual Review of Ecology andSystematics 13: 139–168.

Turelli M, Barton NH, Coyne JA. 2001. Theory and speciation. Trends inEcology and Evolution 16: 330–343.

Westerkamp C. 2004. Ricochet pollination in Cassias – and how beesexplain enantiostyly. In: Magalhaes FB, Pereira JO, eds. Solitarybees: conservation, rearing and management for pollination.Fortaleza: Universidade Federal do Ceara, 225–230.

Wright S. 1978. Evolution and the genetics of populations – variabilitywithin and among natural populations, Vol. 4. Chicago: Universityof Chicago Press.

Costa et al. — Reproductive Isolation in the Chamaecrista desvauxii Complex Page 11 of 11

Page 129: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

117

CAPÍTULO 5

Biologia reprodutiva do híbrido natural Chamaecrista

×blanchetiformis (Leguminosae, Caesalpinioideae):

potencialidade de estabelecimento do híbrido e de

introgressão nos parentais, C. blanchetii e C. confertiformis

Page 130: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

118

Resumo

Foi estudada a biologia reprodutiva, quanto ao período de floração, biologia floral e

reprodução, do híbrido natural Chamaecrista ×blanchetiformis, formado a partir do

cruzamento entre C. blanchetii e C. confertiformis (seção Baseophyllum), ocorrentes

simpatricamente em ambiente de campo rupestre no Município de Mucugê, Chapada

Diamantina, Bahia. Embora seja baixa a sobreposição de floração encontrada entre os

parentais, existe a formação de poucos indivíduos híbridos, que apresentam período de

floração, biologia floral e guilda de polinizadores similar aos parentais. Experimentos de

autopolinização e cruzamentos com os parentais revelaram a ocorrência de auto- e

intercompatibilidade, de uma forma geral com reduzida frutificação mas com elevada

germinação das sementes. Apesar da maior compatibilidade com C. blanchetii, o

retrocruzamento com C. confertiformis é favorecido pela distribuição dos híbridos no local e

pelo comportamento de visita do polinizador, Bombus brevivillus, que realiza visitas entre

indivíduos próximos. Estes eventos podem acarretar introgressão de C. blanchetii em C.

confertiformis, causando alterações na identidade genética e ecológica desta espécie. Porém,

Chamaecrista ×blanchetiformis apresenta também potencial de estabelecimento, apesar de

sua reduzida freqüência na comunidade.

Page 131: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

119

Introdução

Hibridação natural é um processo relativamente comum e tem demonstrado importante

papel na evolução das plantas (e.g., Grant, 1981; Rieseberg, 1995; Ellstrand et al., 1996),

como também tem acarretado importantes questionamentos a respeito da eficiência dos

mecanismos de isolamento reprodutivo na manutenção da identidade das espécies. Alguns

estudos têm demonstrado a atuação de barreiras sobrepostas que agem como filtros e

diminuem o fluxo gênico entre espécies simpátricas evitando a formação de híbridos (Carney

& Arnold, 1997; Borba & Semir, 1998; Vieira, 2002; Rodrigues-Riaño et al., 2004, Cap. 3).

Quando híbridos naturais são encontrados significa que barreiras de isolamento reprodutivo

são inexistentes ou falhas, permitindo fluxo gênico interespecífico.

O gênero Chamaecrista Moench (Leguminosae) é um dos maiores gêneros da

subfamília Caesalpinioideae, compreendendo sete seções (Conceição, 2006) com

aproximadamente 330 espécies (Lewis, 2005). Chamaecrista sect. Baseophyllum, até

recentemente incluída na seção Absus, foi elevada recentemente para a categoria de seção por

Conceição (2006), sendo reconhecidas oito espécies nesta nova reorganização taxonômica,

dentre as quais estão C. blanchetii (Benth.) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis e C.

confertiformis (Irwin & Barneby) Conc., L.P.Queiroz & G.P.Lewis, anteriormente

reconhecidas como variedades de C. cytisoides (Collad.) H.S.Irwin & Barneby (Irwin &

Barneby, 1982). Esta seção é endêmica do Brasil, e apresenta a maioria das espécies

distribuídas ao longo da Cadeia do Espinhaço, com duas espécies ocorrendo de forma disjunta

no litoral do país.

Chamaecrista blanchetii e C. confertiformis ocorrem em simpatria em formações de

campo rupestre no município de Mucugê, na Chapada Diamantina, estado da Bahia.

Diferenças ecológicas são observadas entre estas espécies, com C. confertiformis ocorrendo

ao longo da margem de rios e C. blanchetii em solos arenosos mais distantes de áreas úmidas

Page 132: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

120

(Cap.1). Observações em campo revelaram a existência de raros indivíduos com

características morfológicas intermediárias entre estas duas espécies, sugerindo a presença de

híbridos naturais. Conceição (2006) confirmou a existência destes híbridos naturais através de

marcadores alozimáticos e análises morfométricas, sendo descrito como C. ×blanchetiformis

Conc., L.P.Queiroz & Borba. Utilizando a mesma abordagem, outro híbrido natural foi

detectado na seção, C. ×semprevivae, tendo C. confertiformis e C. depauperata como

parentais. As divergências e dificuldades taxonômicas anteriormente observadas neste grupo

provavelmente estão relacionadas, pelo menos em parte, à formação destes e possivelmente

outros híbridos que apresentam características intermediárias, criando um aparente contínuo

morfológico nas coleções limitadas de herbários. Apesar da potencialidade de hibridação

(Cap. 3), características ecológicas apresentadas por C. blanchetii e C. confertiformis, tais

como diferentes microhabitats e diferentes períodos de floração (Cap. 1), corroboram a

decisão taxonômica de Conceição (2006) em tratar esses táxons como espécies distintas.

A presença de poucos indivíduos híbridos de C. ×blanchetiformis na natureza sugere a

presença de barreiras reprodutivas parciais atuando entre C. blanchetii e C. confertiformis. A

pequena sobreposição de floração de alguns indivíduos destes táxons em alguns anos (Cap. 1)

permite um fluxo gênico restrito entre elas, o que é favorecido pela similaridade na biologia

floral e nos mecanismos de polinização, que não representam barreiras para o cruzamento

interespecífico (Cap. 2). A formação de sementes híbridas viáveis através de experimentos de

polinizações manuais revelou que mecanismos pós-zigóticos também não são completamente

eficientes para evitar a formação de híbridos (Cap. 3). Desta forma, o isolamento temporal

parcial é o principal mecanismo na diminuição do fluxo gênico entre C. blanchetii e C.

confertiformis.

O objetivo deste trabalho foi verificar as estratégias reprodutivas do híbrido C.

×blanchetiformis, a possibilidade de retrocruzamento com seus parentais (C. blanchetii e C.

Page 133: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

121

confertiformis) e discutir as possíveis conseqüências evolutivas para estes táxons da seção

Baseophyllum.

Material e métodos

Área de estudo

O estudo foi desenvolvido no Parque Municipal de Mucugê, município de Mucugê,

estado da Bahia, Brasil, em área de aproximadamente 160.000 m2. O Parque está situado na

Chapada Diamantina, entre as coordenadas 12º59’02’’S a 13º00’18’’S e 41º20’41’’W a

41º20’33’’W e uma altitude em torno de 1000 m acima do nível do mar. O tipo vegetacional

predominante é o campo rupestre, formado principalmente por plantas herbáceas e

subarbustivas em solo arenoso-pedregoso e herbáceas e arbustivas crescendo em afloramentos

rochosos (Giulietti & Pirani, 1988). O clima é mesotérmico tipo Cwb, na classificação de

Köppen (1948), com temperatura média anual de 19,8º C. A precipitação média anual varia

entre cerca de 830 mm a 1192 mm. Voucher da população de C. ×blanchetiformis estudada

(C.B.N.Costa 123) foi depositado no herbário da Universidade Estadual de Feira de Santana

(HUEFS).

Fenologia e biologia floral

O acompanhamento da fenologia da floração e frutificação dos indivíduos de C.

×blanchetiformis foi realizado mensalmente durante o período de janeiro de 2004 a dezembro

2005, através da presença ou ausência de floração e comparado com o percentual de floração

dos parentais (Cap. 1).

Foram realizadas observações sobre a morfologia floral, número de flores por

inflorescência, duração e coloração da flor e acompanhamento do horário de antese para C.

×blanchetiformis e comparado com C. confertiformis e C. blanchetii. A receptividade

estigmática foi verificada em campo em cerca de 20 flores com emprego de peróxido de

Page 134: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

122

hidrogênio (Dafni, 1992), em diferentes horários do dia. A liberação do pólen foi observada

com visualização da abertura das anteras e toque com um diapasão de vibração para liberação

dos grãos de pólen. A viabilidade do pólen foi verificada em cinco anteras de diferentes flores

através do teste enzimático utilizando nitroblue-tetrazolium para medir a atividade de

desidrogenases (Dafni, 1992). Pelo menos 200 grãos foram contados para cada amostra,

utilizando microscópio óptico.

Visitantes florais

Os visitantes florais foram observados entre 05:30 h e 18:00 h, com maior esforço

amostral no pico de floração e no período da manhã devido a maior freqüência de visitantes,

sendo realizadas apenas 13 horas de observação para verificar a sobreposição de polinizadores

em relação aos parentais. Foi verificado o comportamento de visita e coleta do recurso floral,

local de contato com o estigma e freqüência de visitas. Exemplares das espécies de visitantes

florais foram coletados e depositados na Coleção Entomológica do Museu de Zoologia da

Universidade Estadual de Feira de Santana.

Sistema reprodutivo

Os procedimentos de polinizações manuais foram realizados segundo metodologia

descrita por Costa et al. (2007) para espécies de Chamaecrista. Foram realizados

experimentos de autopolinização manual e cruzamentos bidirecionais entre C.

×blanchetiformis e seus parentais, C. confertiformis e C. blanchetii. Não foi possível a

realização de polinizações cruzadas entre os indivíduos de C. ×blanchetiformis. Para realizar

os experimentos, foram utilizadas flores no dia de antese, que haviam sido ensacadas

previamente em fase de botão, e novamente ensacadas após a realização da polinização.

Duas a quatro flores polinizadas foram coletadas entre 24 e 72 horas após a

polinização e fixadas em solução de FAA 50% para observação de crescimento dos tubos

Page 135: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

123

polínicos e penetração nos óvulos. Os pistilos foram tratados com NaClO 5% por 15 a 30 min.

até a total descoloração do material, e corados com azul de anilina 0,25% para observação em

microscópio de epifluorescência (modificado de Martin, 1959).

As sementes coletadas de cada fruto formado nos experimentos foram pesadas e

colocadas para germinar. A dormência foi quebrada através de escarificação mecânica e

depois desinfectadas em NaClO 2,5% por cinco minutos e subseqüentemente lavadas com

água destilada (modificado de Gomes et al., 2001). As sementes foram acondicionadas em

caixas de germinação, com papel filtro umedecido em água destilada e colocadas em câmara

de germinação com luz constante à temperatura de 27º C. O acompanhamento do processo de

germinação foi realizado diariamente durante 30 dias para obter o percentual de germinação e

o Índice de Velocidade de Germinação (IVG) (Maguire, 1962). Foi realizada análise de

variância (ANOVA) e teste de Tukey para comparação das médias amostrais, utilizando o

programa BIOESTAT 3.0 (Ayres et al., 2003).

Resultados

Caracterização morfológica, fenologia e biologia floral

Os indivíduos de C. ×blanchetiformis apresentam cerca de 2m de altura, com

características foliares intermediárias entre os parentais (Fig. 1A-B, E-F, Tabela 1). Contudo,

o aspecto geral dos folíolos dos híbridos é muito variável, com alguns indivíduos

apresentando folíolos mais semelhantes a C. confertiformis (Fig. 1F) e outros indivíduos

possuindo folíolos mais similares a C. blanchetii (Fig. 1E). A preferência por microhabitat

também parece ser variável entre os híbridos. Dos sete híbridos acompanhados, quatro estão

distribuídos ao longo da margem do rio, juntos à população de C. confertiformis, ocupando o

mesmo microhabitat, e três indivíduos mais semelhantes a C. blanchetii ocorrem em ambiente

mais arenoso, afastado do rio, como C. blanchetii.

Page 136: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

124

As inflorescências de C. ×blanchetiformis apresentam número médio de flores

intermediário quando comparado com os parentais (Tabela 1). As flores de C. blanchetii, C.

confertiformis e C. ×blanchetiformis são similares (Fig. C-D, G-H) e têm cerca de 2,0, 1,8 e

2,0 cm de diâmetro, respectivamente. Chamaecrista ×blanchetiformis possui flores amarelas

com pétala falcada (Tabela 1) e dez anteras apresentando fendas apicais. As flores apresentam

enantiostilia, sendo encontrados os dois morfos no mesmo indivíduo, da mesma forma como

nos parentais. Gineceu formado por estilete curvado e ovário glabro. O estigma é envolvido

por tricomas formando uma câmara estigmática no ápice do estilete. A antese ocorre por volta

das 06:00 h da manhã, quando o estigma já está receptivo e o pólen disponível, havendo

emissão de odor adocicado após a abertura das anteras, como ocorre em C. blanchetii e C.

confertiformis. Foi encontrada alta viabilidade polínica e as flores duram cerca de dois dias

(Tabela 1).

A floração de C. ×blanchetiformis ocorre durante quase todo o ano, com exceção do

final do verão e do outono, dependendo do ano, com maior intensidade de floração entre

setembro e dezembro (Fig. 2). Houve variação na extensão da floração entre os dois anos de

observação, se iniciando em julho no ano de 2004, sendo antecipada em dois meses no ano

seguinte. Em 2004, o pico de floração ocorreu no mês de novembro, porém não foram

observados indivíduos em floração neste mês no ano seguinte, que apresentaram maior

intensidade de floração em outubro e dezembro. Existe uma grande coincidência no período

de floração de C. ×blanchetiformis e C. confertiformis, com pouca sobreposição destas com

C. blanchetii. A sobreposição entre C. ×blanchetiformis e C. blanchetii foi maior no ano de

2005, devido ao maior período de floração do híbrido.

Page 137: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

125

Visitantes florais

Foram observadas oito espécies de abelhas visitando as flores de C. ×blanchetiformis

(Tabela 2). Trigona spinipes Fabricius, 1793, Apis mellifera Linnaeus, 1758, Frieseomelitta

francoi (Moure, 1946) (Apidae) e Augochloropsis sp. (Hallictidae) são pilhadores de pólen,

não realizando polinização em C. ×blanchetiformis. Estas duas últimas abelhas coletam pólen

por vibração, mas não contatam o estigma. O principal polinizador deste táxon foi Bombus

brevivillus Franklin, 1913, e os polinizadores secundários foram Epicharis sp. e Xylocopa

cearensis Ducke, 1910 (Apideae). Bombus brevivillus pousa na flor, agarra-se à base das

anteras e coleta pólen por vibração que é espalhado pela região ventral do corpo da abelha e

parte dele também é direcionado para a base da pétala falcada que, através do processo de

ricochete, cai sobre a região dorsal do tórax da abelha, local de contato com o estigma,

caracterizando polinização nototríbica. Em um mesmo vôo de forrageamento, foi observada

visita de duas a oito flores pela abelha em um mesmo indivíduo. Após a visita às flores de um

indivíduo, a abelha pode abandonar a rota ou visitar outros indivíduos próximos. Devido à

baixa freqüência de C. ×blanchetiformis na área, os indivíduos mais próximos destes híbridos

são os parentais C. confertiformis e C. blanchetii, realizando sempre visitas inter-táxons. Após

visitas a algumas flores, as abelhas realizam processo de limpeza do corpo, utilizando as

pernas dianteiras para coletar o pólen depositado na região ventral e parte do pólen do dorso

do tórax.

Sistema Reprodutivo

Houve baixa frutificação nas autopolinizações em C. ×blanchetiformis (4,7%), bem

como baixa formação de sementes por fruto, exibindo sementes abortadas (Tabela 3). Este

valor de frutificação foi similar ao obtido nos cruzamentos bidirecionais realizados entre C.

×blanchetiformis e os parentais com formação de frutos em todos os cruzamentos, exceto com

C. blanchetii como doadora de pólen, ocorrendo maior percentual de frutos (Tabela 3).

Page 138: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

126

Várias sementes abortadas foram encontradas, principalmente nos cruzamentos com

C. blanchetii quando C. ×blanchetiformis foi doadora de pólen, não havendo formação de

sementes viáveis. Já as sementes formadas nos cruzamentos entre C. confertiformis e C.

×blanchetiformis como doadora de pólen apresentaram-se viáveis (Tabela 3). Foi encontrada

diferença significativa no peso das sementes formadas nos cruzamentos de C.

×blanchetiformis com os parentais doando pólen (F = 14,80, p<0,01). Apesar do cruzamento

de C. ×blanchetiformis com C. blanchetii apresentar maiores valores do peso das sementes, o

percentual de germinação foi elevado para ambos os cruzamentos de C. ×blanchetiformis com

as espécies parentais (Tabela 3).

Em todos os cruzamentos realizados em C. ×blanchetiformis de autopolinização e

intercruzamentos com os parentais foi observado crescimento normal de tubos polínicos e

penetração nos óvulos (Fig. 3A-D).

Page 139: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

127

Tabela 1. Comparação entre características morfológicas de C. ×blanchetiformis com as

espécies parentais, C. blanchetii e C. confertiformis no Parque Municipal de Mucugê, Bahia.

características C. blanchetii C. ×blanchetiformis C. confertiformis

Altura (m) 3 2 5

Hábito arbusto arbusto arbusto

Flores / inflorescência

média (min. - max.)

9,6 (3–20) 5,8 (2-14) 4,8 (2–12)

Diâmetro floral (cm) 2,0 2,0 1,8

Compr. da pétala diferenciada

(média) (cm)

1,6 1,9 2,1

Tamanho médio do pistilo (cm) 1,6 1,5 1,6

Disponibilidade floral 3 dias 2 dias 2 dias

Nº de óvulos 10-14 7-12 8-13

Viabilidade polínica % 91,6 ± 3,13 86,4 ± 3,43 87,36 ± 2,86

Forma da pétala diferenciada falcada falcada falcada

Page 140: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

128

Tabela 2. Visitantes florais e número de visitas em Chamaecrista ×blanchetiformis no Parque

Municipal de Mucugê, estado da Bahia, Brasil. Valores percentuais referentes à participação

relativa da espécie nas visitas em relação à guilda de visitantes.

Visitantes Florais número de visitas (%)

Polinizadores

Bombus brevivillus 15 (16%)

Centris fuscata 1 (1,1%)

Xylocopa cearensis 4 (4,3%)

Epicharis sp. 5 (5,3%)

Pilhadores

Apis mellifera 1 (1,1%)

Augochloropsis sp. 3 (3,2%)

Frieseomelitta francoi 5 (5,3%)

Trigona spinipes 60 (63,8%)

Total 94 (100%)

Page 141: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

129

Tabela 3. Frutificação, formação e germinação de sementes em autopolinização manual e

polinizações manuais entre C. ×blanchetiformis e seus parentais no Parque Municipal de

Mucugê, Bahia. N = tamanho amostral; IVG = Índice de Velocidade de Germinação das

sementes; n.c. = não calculado.

Tratamento indiv. frutificando % (N)

frutificação % (N)

média sementes/fruto (min.–max.)

germinação% IVG

C. ×blanchetiformis

Autopolinização 16,7 (6) 4,7 (64) 2,0 (0–4) 100 n.c.

x C. blanchetii 100 (3) 40 (32) 3,3 (0–9) 85 7,5

x C. confertiformis 60 (5) 10,9 (92) 3,0 (0–8) 100 10,4

C. blanchetii

x C. ×blanchetiformis 50 (2) 9,1 (11) 0 (0-0) - -

C. confertiformis

x C. ×blanchetiformis 20 (5) 5,5 (55) 3,0 (2–5) 100 4,5

Page 142: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

130

Page 143: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

131

Figura 1. Características morfológicas de C. ×blanchetiformis e seus parentais, C. blanchetii e

C. confertiformis. (A) Folha com um par de folíolos de C. blanchetii; (B) Folha com dois

pares de folíolos de C. confertiformis (setas); (C) Flor de C. blanchetii com B. brevivillus em

comportamento de limpeza do dorso; (D) Flor de C. confertiformis; (E) Folha trifoliolada de

C. ×blanchetiformis; (F) Folha com dois pares de folíolos de C. ×blanchetiformis; (G) Flores

de C. ×blanchetiformis com enantiostilia; (H) B. brevivillus coletando pólen em C.

×blanchetiformis. Barras de escala: A, B, E, F = 1 cm; C, D, G, H = 0,5 cm.

Page 144: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

132

táxon 2004 2005

J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D C. sect. Baseophyllum

      

   

C. blanchetii    

   

   

C. confertiformis    

   

   

C. xblanchetiformis       

   

1 a 25% de indivíduos floridos

26 a 50% de indivíduos floridos

51 a 75% de indivíduos floridos

76 a 100% de indivíduos floridos

Figura 2. Fenograma representando cinco diferentes categorias de intensidade de floração baseado no percentual de indivíduos floridos em populações

de C. ×blanchetiformis (N = 7), C. blanchetii (N = 100) e C. confertiformis (N = 100) no Parque Municipal de Mucugê, estado da Bahia, entre janeiro

de 2004 e dezembro de 2005. Dados de C. blanchetii e C. confertiformis a partir do Cap. 1.

Page 145: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

133

Figura 3. Crescimento de tubo polínico (A) C. confertiformis 24 horas após cruzamento

com C ×blanchetiformis. (B-D) C ×blanchetiformis: (B) 24 horas após autopolinização;

(C) 24 horas após cruzamento com C. confertiformis; (D) 48 horas após cruzamento com

C. blanchetii. Barras de escala: C = 0,15 mm; A, B, D = 0,2 mm.

Page 146: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

134

Discussão

O padrão de floração da população híbrida C. ×blanchetiformis é contínuo

(Newstrom, 1994), embora a floração seja interrompida durante alguns meses nos

diferentes anos. Os maiores percentuais de floração de C. ×blanchetiformis estão

diretamente associados com a floração de C. blanchetii e C. confertiformis onde o maior

número de indivíduos que florescem nos diferentes momentos corresponde

morfologicamente a seus parentais. Desta forma, maior pico de floração pôde ser visto

entre outubro e dezembro em que os indivíduos de C. ×blanchetiformis mais semelhantes a

C. confertiformis florescem junto com esta espécie, sugerindo uma mais próxima relação

genética entre elas.

A baixa sobreposição do período de floração que acontece em alguns anos entre C.

blanchetii e C. confertiformis (Cap.1) é suficiente para permitir algum fluxo gênico entre

estas espécies. Barreiras reprodutivas pré-polinização não são suficientes para evitar este

fluxo gênico, devido à similaridade floral e sobreposição da guilda de polinizadores (Cap.

2), contribuindo para a formação de C. ×blanchetiformis. Mecanismos pós-zigóticos

também não são eficientes para a manutenção do isolamento reprodutivo entre estas

espécies.

A ocorrência de hibridação entre espécies de Leguminosae parece ser comum em

alguns gêneros, como Leucena (Sorensson & Brewbaker, 1994), Cytisus (Rodrigues-Riaño

et al., 2004), Bauhinia (Lau et al., 2005), e cruzamentos intergenéricos podem ocorrer em

Parkinsonia e Cercidium (Hawkins et al., 1999). Em Chamaecrista, aparentemente o único

relato de hibridação natural é o de Conceição (2006), referente à C. ×blanchetiformis e à C.

×semprevivae, proveniente do cruzamento de C. confertiformis com C. depauperata,

também na Chapada Diamantina. Outro estudo abordando hibridação em Chamaecrista foi

Page 147: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

135

realizado por Erickson & Fenster (2006), porém, abordando hibridação intra-específica em

diferentes populações de C. fasciculata.

A seção Baseophyllum, que apresenta a maioria das espécies nos ambientes

heterogêneos da Chapada Diamantina, parece dever a sua dificuldade de delimitação

taxonômica em parte a processos de hibridação. A descrição recente de dois híbridos

naturais na seção (Conceição, 2006) sugere que as espécies de Baseophyllum apresentam

alto potencial de hibridação e que provavelmente possuem uma história evolutiva recente,

com origem por especiação simpátrica e com barreiras reprodutivas ainda em processo de

estabelecimento. A especiação simpátrica por recombinação gênica ou seleção disruptiva

seria favorecida nesta seção pela heterogeneidade do seu ambiente de ocorrência, uma vez

que quase toda a seção está distribuída na Cadeia do Espinhaço. Eventos de hibridação na

Cadeia do Espinhaço parecem também ser comuns em outros grupos (e.g., Borba & Semir,

1998; Azevedo et al, 2006; Lambert et al., 2006a, 2006b). A especiação por

poliploidização também pode ocorrer na seção Baseophyllum, visto que eventos de

poliploidia parecem ser comuns no gênero (Biondo et al., 2005).

Baseado nestes resultados, é possível supor que a hibridação entre C. blanchetii e

C. confertiformis é um evento que pode acarretar pelo menos duas conseqüências

evolutivas: especiação através do estabelecimento do híbrido e introgressão com os

parentais. A combinação dos genes parentais em C. ×blanchetiformis pode levar a um

processo de especiação, onde, após algumas gerações, um rearranjo genômico acarretaria

um completo isolamento reprodutivo de C. ×blanchetiformis com seus parentais, como já

registrado para espécies de origem híbrida (e.g., Rieseberg & Gerber, 1995; Ungerer et al.,

1998). Contudo, todos os raros indivíduos encontrados de C. ×blanchetiformis foram

detectados supostamente como geração F1 (Conceição, 2006), e a maior possibilidade de

retrocruzamento com um dos parentais (C. confertiformis) poderia inviabilizar o

Page 148: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

136

estabelecimento do híbrido devido à ausência de isolamento reprodutivo incipiente pelo

menos com este parental. Porém, existe uma probabilidade muito maior de formação de

sementes quando C. ×blanchetiformis recebe pólen de C. blanchetii do que em qualquer

outro cruzamento, apesar de não ter sido avaliado o potencial de frutificação em

polinização cruzada no híbrido.

A presença de um maior número de indivíduos de C. ×blanchetiformis mais

similares a C. confertiformis possivelmente está relacionada ao maior potencial

germinativo das sementes formadas a partir do cruzamento interespecífico com C.

confertiformis como parental materno (Cap. 3). Além disso, a maioria dos indivíduos

híbridos encontra-se mais próxima geograficamente dos indivíduos de C. confertiformis,

ocupando um habitat similar. Esta sobreposição na área de ocorrência pode ser explicada

pelo mecanismo explosivo do fruto para dispersão das sementes, que são lançadas a poucos

metros de distância da planta mãe (Cap 1). O comportamento de forrageio dos

polinizadores de C. ×blanchetiformis parece favorecer aos cruzamentos entre o híbrido e

seus parentais, ao passo que desfavorece a polinização cruzada entre os indivíduos híbridos

que se encontram em número bastante reduzido espalhados na área. O retrocruzamento

com C. confertiformis parece ser favorecido por estes dois fatores (distribuição e

comportamento de forrageio), levando a uma possível introgressão.

As conseqüências evolutivas da introgressão ainda são muito discutidas (Arnold et

al., 1991; Rieseberg & e Gerber, 1995; Levin et al., 1996; Barton, 2001; Abbott et al.,

2003; Bierne et al., 2003; Coyne & Orr, 2004). Segundo Arnold et al. (1991), a ocorrência

de introgressão entre híbridos e parentais pode representar um passo intermediário para

outros eventos evolutivos, podendo ser a causa da redução de barreiras reprodutivas e da

mudança do fitness do táxon que é introgredido. Para Smith et al. (1996), em caso de

introgressão pode haver um sério impacto na estrutura populacional e manutenção das

Page 149: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

137

espécies parentais. Apesar de existir um pequeno número de indivíduos de C.

×blanchetiformis na área, por serem arbustos perenes aparentemente longevos estes podem

continuar atuando como elemento gerador de introgressão de C. blanchetii em C.

confertiformis acarretando em maior diversidade genética e maior potencial para novas

adaptações ecológicas, causando alterações na identidade genética e ecológica desta

espécie. Análise com aloenzimas em Bulbophyllum (Orchidaceae) indicou possível

introgressão em espécies simpátricas em Mucugê, com grande similaridade genética entre

indivíduos morfologicamente intermediários e um dos parentais (Azevedo et al., 2006).

Apesar dos resultados encontrados apontarem para ausência de introgressão em C.

blanchetii, a ocorrência de indivíduos de C. ×blanchetiformis que se encontram mais

afastados da margem do rio, compartilhando o mesmo microhabitat e apresentando período

de floração similar a esta espécie, indica que introgressão em C. blanchetii possa estar

acontecendo, apesar de aparentemente em menor escala.

Rieseberg & Gerber (1995) sugerem que espécies raras podem ter genes raros

completamente absorvidos dentro de um grande pool gênico de uma espécie comum e que

a integridade da espécie rara possa ser destruída. Essa situação parece ser similar às

espécies parentais de C. ×blanchetiformis, uma vez que C. confertiformis é endêmica dos

campos rupestres da Chapada Diamantina, com preferências ecológicas restritas, e C.

blanchetii possui distribuição mais ampla, ocorrendo em ambientes de campo rupestre,

cerrado e restinga (Conceição, 2006). Estudos com marcadores moleculares em populações

de C. confertiformis e C. blanchetii poderão esclarecer melhor o impacto da introgressão

na primeira espécie.

Literatura citada

Page 150: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

138

Abbott RJ, James JK, Milne RI, Gillies ACM. 2003. Plant introductions, hybridization

and gene flow. The Royal Society 358: 1123-1132.

Arnold ML, Buckner CM, Robinson JJ. 1991. Pollen-mediated introgression and hybrid

speciation in Louisiana irises. Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of

the Unites Status of America 88: 1398-1402.

Azevedo CO, Borba EL, van den Berg C. 2006. Evidence of natural hybridization and

introgression in Bulbophyllum involutum Borba, Semir & F. Barros and B. weddellii

(Lindl.) Rchb. f. (Orchidaceae) in the Chapada Diamantina, Brazil, by using

allozyme markers. Revista Brasileira de Botânica 29: 415-421.

Ayres M, Ayres JM, Ayres DL, Santos AS. 2003. BioEstat 3.0. Belém: Sociedade Civil

Mamirauá.

Barton NH. 2001. The role of hybridization in evolution. Molecular Ecology 10: 551-568.

Bierne N, Borsa P, Daguin C, Jollivet D, Viard F, Bonhomme F, David P. 2003.

Introgression patterns in the mosaic hybrid zone between Mytilus edulis and M.

galloprovincialis. Molecular Ecology 12: 447-461.

Biondo E, Miotto STS, Schifino-Wittmann MT. 2005. Números cromossômicos e

implicações sistemáticas em espécies da subfamília Caesalpinioideae (Leguminosae)

ocorrentes na região sul do Brasil. Revista Brasileira de Botânica 28: 797-808.

Borba EL, Semir J. 1998. Bulbophyllum ×cipoense (Orchidaceae), a new natural hybrid

from the Brazilian “campos rupestres”: description and biology. Lindleyana 13: 113-

120.

Carney SE, Arnold ML. 1997. Differences in pollen-tube growth rate and reproductive

isolation between Louisiana Irises. Journal of Heredity. 88: 545-549.

Page 151: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

139

Conceição AS. 2006. Filogenia do gênero Chamaecrista (Leguminosae –

Caesalpinioideae) e taxonomia do grupo Baseophyllum. Tese de Doutorado,

Universidade de Feira de Santana, Brasil.

Costa CBN, Lambert SM, Borba, EL, Queiroz LP. 2007. Post-zygotic reproductive

isolation between sympatric taxa in the Chamaecrista desvauxii complex

(Leguminosae-Caesalpinioideae). Annals of Botany 99: 625-635.

Coyne JA, Orr HA. 2004. Speciation. Sunderland: Sinauer.

Dafni A. 1992. Pollination ecology – a practical approach. New York: Oxford University

Press.

Ellstrand NC, Whitkus R, Rieseberg LH. 1996. Distribution of spontaneous hybrids.

Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of the Unites Status of America

93: 5090-5093.

Erickson DL, Fenster CB. 2006. Intraespecific hybridization and the recovery of fitness

in the native legume Chamaecrista fasciculata. Evolution 60: 225-233.

Giulietti AM, Pirani JR 1988. Patterns of geographic distribution of some plant species

from the Espinhaço Range, Minas Gerais and Bahia, Brazil. In: Heyer WR,

Vanzolini PE, eds. Proceedings of a Workshop on Neotropical Distribution patterns.

Rio de Janeiro: Academia Brasileira de Ciências, 39-69.

Gomes V, Madeira JA, Fernandes GW, Lemos Filho JP. 2001. Seed dormancy and

germination of sympatric species of Chamaecrista (Leguminosae) in a rupestrian

field. International Journal of Ecology and Enviroment Sciences 27: 191-197.

Grant V. 1981. Plant speciation. New York: Columbia University Press.

Hawkins JA, Olascoaga LW, Hughes CE, Jimenez JRC, Ruaro PM. 1999.

Investigation and documentation of hybridization between Parkinsonia aculeata and

Page 152: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

140

Cercidium praecox (Leguminosae: Caesalpinioideae). Plant Systematics and

Evolution 216: 49-68.

Irwin HS, Barneby RC. 1982. The American Cassiinae: a synoptical revision of

Leguminosae tribe Cassieae subtribe Cassiinae in the New World. Memoirs of the

New York Botanical Garden 35: 636-895.

Koppen W. 1948. Climatologia con un estudio de los climas de la tierra (transl. by Peres

PRH) Mexico City: Fondo de Cultura Económica.

Lambert SM, Borba EL, Machado MC. 2006a. Allozyme diversity and morphometrics

of the endangered Melocactus glaucescens (Cactaceae), and investigation of the

putative hybrid origin of M. ×albicephalus (M. ernestii × M. glaucescens) in north-

eastern Brazil. Plant Species Biology 21: 93-108.

Lambert SM, Borba EL, Machado MC, Andrade SCS. 2006b. Allozyme diversity and

morphometrics of Melocactus paucispinus (Cactaceae) and evidence for

hybridization with M. concinnus in the Chapada Diamantina, North-eastern Brazil.

Annals of Botany 97: 389-403.

Lau CPY, Ramsden L, Saunders RMK. 2005. Hybrid origin of Bauhinia blakeana

(Leguminosae: Caesalpinioideae), inferred using morphological, reproductive, and

molecular data. American Journal of Botany 92: 525-533.

Levin DA, Francisco-Ortega J, Jansen RK. 1996. Hybridization and the extinction of

rare plant species. Conservation Biology 10: 10-16.

Lewis GP. 2005. Tribe Cassieae. In: Lewis GP, Schrire B, MacKinder B, Lock M, eds.

Legumes of the world. Kew: Royal Botanical Gardens.

Maguire JO. 1962. Speed of germination: aid in selection and evaluation for seedling

emergence and vigor. Crop Science 2: 176-177.

Page 153: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

141

Martin FW. 1959. Staining and observing pollen tubes in the style by means of

fluorescence. Stain Technology 34: 125-128.

Newstrom LE, Frankie GW, Baker HG. 1994. A new classification for plant phenology

based on flowering plants in lowland tropical rain forest trees at La Selva, Costa Rica.

Biotropica 26:141-159.

Rieseberg LH. 1995. The role of hybridization in evolution: old wine in new skins.

American Journal of Botany 82: 944-953.

Rieseberg LH, Gerber D. 1995. Hybridization in the Catalina Island Mountain Mahogany

(Cercarpus traskiae): RAPD evidence. Conservation Biology 9: 199-203.

Rodriguez-Riaño T, Ortega-Olivencia A, Devesa JA. 2004. Reproductive biology in

Cytisus multiflorus (Fabaceae). Analles Botanici Fennici 41: 179-188.

Smith JF, Burke CC, Wagner WL. 1996. Interespecific hybridization in natural

populations of Cyrtandra (Gesneriaceae) on the Hawaiian Islands: evidence from

RAPD markers. Plant Systematic and Evolution 200: 61-77.

Sorensson CT, Brewbaker JL. 1994. Interespecific compatibility among 15 Leucena

species (Leguminosae: Mimosoideae) via artificial hybridizations. American Journal

of Botany 2: 240-247.

Ungerer MC, Baird SJE, Pan J, Rieseberg LH. 1998. Rapid hybrid speciation in wild

sunflowers. Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of the Unites Status of

America 95: 11757-11762.

Vieira AOS, 2002. Biologia reprodutiva e hibridação em espécies sintópicas de Ludwigia

(Onagraceae) no sudeste do Brasil. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de

Campinas, Brasil.

Page 154: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

142

CONCLUSÕES GERAIS

O gênero Chamaecrista apresenta uma grande riqueza de espécies na Cadeia do

Espinhaço e está representado por oito táxons no Parque Municipal de Mucugê. Estudos

focando os diferentes mecanismos de isolamento reprodutivo pré e pós-zigóticos entre

espécies simpátricas do gênero não foram antes realizados e as estratégias reprodutivas

encontradas entre os táxons revelaram grande diversidade de barreiras que atuam no

isolamento reprodutivo destes táxons simpátricos impedindo ou reduzindo o fluxo gênico.

A análise da floração, biologia floral, guilda e comportamento dos polinizadores e estudo

do sistema reprodutivo intra e intertáxon revelou características importantes que atuam na

manutenção do isolamento reprodutivo destes táxons como pode ser destacado a seguir:

1- Os oito táxons das seis espécies de Chamaecrista ocorrentes no Parque Municipal de

Mucugê florescem principalmente durante a estação seca, entre os meses de abril e

outubro, com grande sobreposição de floração durante este período. Apenas C.

confertiformis floresce na estação chuvosa. A comunidade floresce durante todo o ano,

mas os táxons exibem diferentes estratégias de floração, com padrão anual (C.

blanchetii, C. confertiformis, C. rotundifolia var. grandiflora, C. desvauxii var.

graminea) e contínuo de floração (C. desvauxii var. latistipula, C. chapadae e C.

glaucofilix).

2- Deslocamento no período de floração representando um isolamento reprodutivo

temporal completo ocorre entre táxons de seções diferentes, C. confertiformis (seção

Baseophyllum) e C. rotundifolia var. grandiflora (seção Chamaecrista). A

sobreposição dos picos de floração ocorre nas seções Absus (C. chapadae e C.

glaucofilix) e Xerocalyx (C. desvauxii var. graminea e C. desvauxii var. latistipula),

não atuando como um mecanismo de isolamento. Na seção Baseophyllum, a

Page 155: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

143

sobreposição da floração ocorre apenas no final da floração de C. blanchetii e início da

floração de C. confertiformis, representando um isolamento pré-polinização temporal

parcial.

3- Apesar da morfologia floral geral muito similar, foram verificados quatro tipos

morfológicos da pétala diferenciada que influenciam diretamente no comportamento do

polinizador e mecanismo de polinização, e que podem ser diferenciadas conforme a

seção: indiferenciada (seção Chamaecrista), curvada (seção Xerocalyx) falcada (seção

Baseophyllum) e tubular (seção Absus).

4- A abelha social Bombus brevivillus foi o principal polinizador para a maioria dos

táxons, realizando coleta de pólen por vibração. Diferentes áreas de deposição do pólen

foram encontradas entre os diferentes táxons, caracterizando três mecanismos de

polinização: esternotríbica, nototríbica e pleurotríbica. O mecanismo de polinização

está diretamente relacionado com o tipo de pétala diferenciana e estes fatores

representam uma barreira pré-zigótica entre os táxons da seção Absus e Baseophyllum.

5- A enantiostilia monomórfica em Chamaecrista parece não favorecer a polinização

cruzada na maioria dos táxons, e provavelmente esse mecanismo evoluiu como uma

adaptação para maior proteção ao gineceu e facilitação da polinização por vibração

pelas abelhas.

6- Todos os táxons de Chamaecrista são autocompatíveis e necessitam de abelhas com

capacidade de vibração para realizar a polinização. As sementes geralmente

apresentam alto potencial germinativo, tanto em frutos formados por autopolinização

quanto por polinização cruzada.

Page 156: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

144

7- As duas subpopulações de C. chapadae estudadas apresentam baixa

intercompatibilidade, sendo sugerida a possibilidade da ocorrência de alterações

cromossômicas estruturais ou numéricas, se conformando com o modelo de especiação

estasipátrica. Porém, polinizações experimentais adicionais e estudos complementares

de citogenética e genética de populações são necessários para a confirmação desta

hipótese.

8- Intercompatibilidade só foi observada entre C. blanchetii e C. confertiformis que

pertencem à mesma seção (Baseophyllum). Nas demais seções (Absus e Xerocalyx), o

isolamento ocorre por mecanismos pós-zigóticos de inviabilidade das sementes. O

isolamento reprodutivo entre táxons de seções diferentes apresenta várias barreiras pré-

zigóticas pré-polinização e pós-polinização, bem como mecanismos de isolamento pós-

zigóticos. Estas barreiras atuam de maneira sobreposta formando um filtro que confere

o isolamento reprodutivo entre a maioria dos táxons de Chamaecrista estudados.

9‐ A partir das análises de floração, morfologia floral, biologia floral, preferência por

microhabitats, isolamento reprodutivo pós-zigótico e dados genéticos sobre os táxons

da seção Xerocalyx, C. desvauxii var. latistipula e de C. desvauxii var. graminea, é

possível afirmar que eles constituem espécies distintas.  

10‐ Poucos indivíduos híbridos de C. ×blanchetiformis provenientes dos cruzamentos de C.

blanchetii e C. confertiformis foram encontrados na área, o que destaca a importância

do deslocamento temporal da floração destas espécies como um mecanismo de

isolamento pré-zigótico. Os híbridos C. ×blanchetiformis são férteis e apresentam

potencial de retrocruzamento com os parentais, podendo ocorrer introgressão,

principalmente em C. confertiformis. Existe também potencial para estabelecimento do

Page 157: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

145

híbrido, podendo ocorrer um processo de especiação por hibridação na comunidade,

assim em outros híbridos formados entre espécies da seção em outras áreas. Estes

processos podem ser algumas das causas das grandes dificuldades taxonômicas

envolvidas no grupo. 

Page 158: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

146

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GERAIS

Abbott RJ, James JK, Milne RI, Gillies ACM. 2003. Plant introductions, hybridization

and gene flow. The Royal Society 358: 1123-1132.

Alson RE, Turner BL. 1963. Natural hybridization among four species of Baptisia

(Leguminosae). American Journal of Botany 50: 159-173.

Arnold ML, Buckner CM, Robinson JJ. 1991. Pollen-mediated introgression and hybrid

speciation in Louisiana irises. Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of

the Unites Status of America 88: 1398-1402.

Arroyo MTK. 1981. Breeding systems and pollination biology in Leguminosae. In:

Polhill RM, Raven PH. eds. Advances in legume systematics, 2. Royal Botanic

Gardens, Kew, 723-769.

Augspurger CK. 1983. Phenology, flowering synchrony, and fruit set of six neotropical

shrubs. Biotropica 15: 257-267.

Ayres M, Ayres JM, Ayres DL, Santos AS. 2003. BioEstat 3.0. Belém: Sociedade Civil

Mamirauá.

Azevedo CO. 2004. A família Orchidaceae no Parque Municipal de Mucugê, Bahia,

Brasil. Dissertação de mestrado, Universidade Estadual de Feira de Santana, Brasil.

Azevedo CO, Borba EL, van den Berg C. 2006. Evidence of natural hybridization and

introgression in Bulbophyllum involutum Borba, Semir & F. Barros and B. weddellii

(Lindl.) Rchb. f. (Orchidaceae) in the Chapada Diamantina, Brazil, by using

allozyme markers. Revista Brasileira de Botânica 29: 415-421.

van der Bank H, van der Bank M, van Wyk B. 2001. A review of the use of allozyme

electrophoresis in plant systematics. Biochemical Systematics and Ecology 29: 469–

483.

Page 159: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

147

Baranelli JL, Cocucci AA, Anton AM. 1995. Reproductive biology in Acacia caven

(Mol.) Mol. (Leguminosae) in the central region of Argentina. Botanical Journal of

the Linnean Society 119: 65-76.

Barrett SCH, Jesson LK, Baker AM. 2000. The evolution and function of stylar

polymorphisms in flowering plants. Annals of Botany 85: 253-265.

Barton NH. 2001. The role of hybridization in evolution. Molecular Ecology 10: 551-568.

Bawa KS. 1974. Breeding systems of tree species of a lowland community. Evolution 28:

85-92.

Bawa KS, Buckley DP. 1989. Seed: ovule ratios, selective seed abortion, and mating

system in Leguminosae. Monographs in Systematic Botany 29: 243-262.

Bawa KS, Kang H, Grayum MH. 2003. Relationships among time, frequency, and

duration of flowering in tropical rain Forest trees. American Journal of Botany 90:

877-887.

Bencke CSC, Morellato LPC. 2002. Comparação de dois métodos de avaliação da

fenologia de plantas, sua interpretação e representação. Revista Brasileira de

Botânica 25: 269-275.

Bentham G. 1870. Leguminosae II et III. Swartzieae, Caesalpinieae, Mimoseae — tribus

XVII. Cynometreae. In: von Martius CEP ed. Flora Brasiliensis 15: 239–248.

Bierne N, Borsa P, Daguin C, Jollivet D, Viard F, Bonhomme F, David P. 2003.

Introgression patterns in the mosaic hybrid zone between Mytilus edulis and M.

galloprovincialis. Molecular Ecology 12: 447-461.

Biondo E, Miotto STS, Schifino-Wittmann MT. 2005. Números cromossômicos e

implicações sistemáticas em espécies da subfamília Caesalpinioideae (Leguminosae)

ocorrentes na região sul do Brasil. Revista Brasileira de Botânica 28: 797-808.

Page 160: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

148

Bolmgren K, Eriksson O, Linder HP. 2003. Contrasting flowering phenology and

species richness in abiotically and biotically pollinated angiosperms. Evolution 57:

2001-2011.

Borba EL, Semir J. 1998. Bulbophyllum ×cipoense (Orchidaceae), a new natural hybrid

from the Brazilian “campos rupestres”: description and biology. Lindleyana 13: 113-

120.

Borba EL, Shepherd GJ, Semir J. 1999. Reproductive system and crossing potential in

three species of Bulbophyllum (Orchidaceae) occurring in Brazilian campo rupestre

vegetation. Plant Systematic and Evolution 207: 205-214.

Borba EL, Semir J, Shepherd GJ. 2001. Self-incompatibility, inbreeding depression and

crossing potential in five Brazilian Pleurothallis (Orchidaceae) species. Annals of

Botany 88: 89-99.

Brune W, Alfenas AC, Junghans TG. 1998. Identificações específicas de enzimas em

géis. In: Alfenas AC ed. Eletroforese de isoenzimas e proteínas afins: fundamentos e

aplicações em plantas e microorganismos. Universidade Federal de Viçosa: Viçosa,

201–328.

Buchmann SL. 1983. Buzz pollination in angiosperms. In: Jones LE, Little RJ, eds.

Handbook of experimental pollination biology. New York: Scientific and Academic

Editions, 73-113.

Bulhão CF, Figueiredo PS. 2002. Fenologia de leguminosas arbóreas em uma área de

cerrado marginal no nordeste do Maranhão. Revista Brasileira de Botânica 25: 361-

369.

Bullock SH. 1985. Breeding systems in the flora of a tropical deciduous forest in Mexico.

Biotropica 17: 287-301.

Page 161: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

149

Carney SE, Arnold ML. 1997. Differences in pollen-tube growth rate and reproductive

isolation between Louisiana Irises. Journal of Heredity 88: 545-549.

Carvalho DA, Oliveira PE. 2003. Biologia reprodutiva e polinização de Senna sylvestris

(Vell.) H.S. Irwin and Barneby (Leguminosae, Caesalpinioideae). Revista Brasileira

de Botânica 26: 319-328.

Conceição AS. 2000. O gênero Chamaecrista Moench (Leguminosae) em Catolés, Abaíra,

Chapada Diamantina-BA-Brasil. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de

Pernambuco, Brasil

Conceição AS. 2006. Filogenia do gênero Chamaecrista (Leguminosae –

Caesalpinioideae) e taxonomia do grupo Baseophyllum. Tese de Doutorado,

Universidade de Feira de Santana, Brasil.

Corrias B, Rossi W, Arduino P, Cianchi R, Bullini L. 1991. Orchis longicornu Poiret in

Sardinia: genetic, morphological and chorological data. Webbia 45: 71-101.

Costa JAS, Ramalho M. 2001. Ecologia da polinização em ambiente de duna tropical

(APA do Abaeté, Salvador, Bahia, Brasil). Sitientibus série Ciências Biológicas 1:

141-153.

Costa CBN, Costa JAS, Ramalho M. 2006. Biologia reprodutiva de espécies simpátricas

de Malpighiaceae em dunas costeiras da Bahia, Brasil. Revista Brasileira de

Botânica 29: 103-114.

Costa CBN, Lambert SM, Borba, EL, Queiroz LP. 2007. Post-zygotic reproductive

isolation between sympatric taxa in the Chamaecrista desvauxii complex

(Leguminosae-Caesalpinioideae). Annals of Botany 99: 625-635.

Coyne JA, Orr HA. 1997. Patterns of speciation in Drosophila revisited. Evolution 51:

295-303.

Page 162: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

150

Coyne.JA, Kim SY, Chang AS, Lachaise D, Elwyn S. 2002. Sexual isolation between

two sibling species with overlapping ranges: Drosophila santomea and Drosophila

yakuba. Evolution, 56. 2424–2434.

Coyne JA, Orr HA. 2004. Speciation. Sunderland: Sinauer.

Crawford DJ. 1989. Enzyme eletrophoresis and plant systematics. In: Soltis ED, Soltis

PS, eds. Isozymes in plant biology. Portland: Dioscorides Press, 146-164.

Dafni A. 1992. Pollination ecology – a practical approach. New York: Oxford University

Press.

Dobzhansky T. 1937. Genetics and the origin of species. New York: Columbia University

Press.

Dulberger R, Smith MB, Bawa KS. 1994. The stigmatic orifice in Cassia, Senna, and

Chamaecrista (Caesalpinioideae): morphological variation, function during

pollination, and possible adaptive significance. American Journal of Botany 81:

1390-1396.

Dulberger R. 1981. The floral biology of Cassia didymobotrya and C. auriculata

(Caesalpiniaceae). American Journal of Botany 68: 1350–1360.

Dutra VF, Messias MCTB, Garcia FCP. 2005. Papilionoideae (Leguminosae) nos

campos ferruginosos do Parque Estadual do Itacolomi, Minas Gerais, Brasil:

florística e fenologia. Revista Brasileira de Botânica 28: 493-504.

Ellstrand NC, Whitkus R, Rieseberg LH. 1996. Distribution of spontaneous hybrids.

Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of the Unites Status of America

93: 5090-5093.

Endress PK. 2001. Evolution of floral symmetry. Plant Biology 4: 86-91.

Erdtman G. 1960. The acetolysis method. A revised description. Svensk Botanisk Tidskrift

54: 561-564.

Page 163: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

151

Erickson DL, Fenster CB. 2006. Intraespecific hybridization and the recovery of fitness

in the native legume Chamaecrista fasciculata. Evolution 60: 225-233.

Faegri K, van der Pijl L. 1979. The principles of pollination ecology. Oxford: Pergamon

Press.

Fenster CB. 1995. Mirror image and their effect on outcrossing rate in Chamaecrista

fasciculata (Leguminosae). American Journal of Botany 82: 46-50.

Fernandes A, Nunes EP. 2005. Registros botânicos. Fortaleza: Edições Livro Técnico.

Fournier LA. 1974. Un método cuantitativo para la medición de características

fenológicas en árboles. Turrialba 24: 422-423.

Frankie GW, Baker HG, Opler PA. 1974. Tropical plant phenology: applications for

studies in community ecology. In: Lieth H ed. Phenology and seasonality modeling.

New York: Springer-Verlag, 287-296.

Freitas CV, Oliveira PE. 2002. Biologia reprodutiva de Copaifera langsdorffii Desf.

(Leguminosae, Caesalpinioideae). Revista Brasileira de Botânica 25: 311-321.

Guedes MLS, Orge MD. 1998. Checklist das espécies vasculares do Morro do Pai Inácio

(Palmeiras) e Serra da Chapadinha (Lençóis). Chapada Diamantina, Bahia, Brasil.

Universidade Federal da Bahia, Salvador.

Gentry AH. 1974. Flowering phenology and diversity in tropical Bignoniaceae.

Biotropica 6: 64-68.

Gibbs P, Sassaki R. 1998. Reproductive biology of Dalbergia miscolobium Benth.

(Leguminosae-Papilionoideae) in SE Brazil: The effects of pistillate sorting on fruit-

set. Annals of Botany 81: 735-740.

Gibbs PE, Oliveira PE, Bianchi MB. 1999. Postzygotic control of selfing in Hymenaea

stigonocarpa (Leguminosae – Caesalpinioideae), a bat-pollinated tree of the

Brazilian cerrado. International Journal of Plant Science 160: 72-78.

Page 164: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

152

Giulietti AM, Pirani JR 1988. Patterns of geographic distribution of some plant species

from the Espinhaço Range, Minas Gerais and Bahia, Brazil. In: Heyer WR,

Vanzolini PE, eds. Proceedings of a Workshop on Neotropical Distribution patterns.

Rio de Janeiro: Academia Brasileira de Ciências, 39-69.

Goldblatt P. 1981. Cytology and the phylogeny of Leguminosae. In: Herendeen PS,

Bruneau A eds. Advances in legume systematics, part 2. Kew: Royal Botanic

Gardens, 427-463.

Gomes JM, Zamora R. 2003. Factors affecting intrafruit pattern of ovule abortion and

seed production in Hormathophylla spinosa (Cruciferae). Plant Systematics and

Evolution 239: 215-229.

Gomes V, Madeira JA, Fernandes GW, Lemos Filho JP. 2001. Seed dormancy and

germination of sympatric species of Chamaecrista (Leguminosae) in a rupestrian

field. International Journal of Ecology and Enviroment Sciences 27: 191-197.

Gottsberger G, Silberbauer-Gottsberger I. 1988. Evolution of flower structures and

pollination in neotropical Cassiinae (Caesalpiniaceae) species. Phyton 28: 293-320.

Grant V. 1981. Plant speciation. New York: Columbia University Press.

Hammett KRW, Murray BG, Markham KR, Hallett IC. 1994. Interespecific

hybridization between Lathyrus odoratus and L. belinensis. International Journal of

Plant Sciences 155: 763-771.

Harley RM. 1995. Introduction. In: Stannard BL. ed. Flora of the Pico das Almas,

Chapada Diamantina, Bahia, Brasil. Kew: Royal Botanic Gardens, 1-40.

Hawkins JA, Olascoaga LW, Hughes CE, Jimenez JRC, Ruaro PM. 1999.

Investigation and documentation of hybridization between Parkinsonia aculeata and

Cercidium praecox (Leguminosae: Caesalpinioideae). Plant Systematics and

Evolution 216: 49-68.

Page 165: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

153

Irwin HS. 1964. Monographic studies in Cassia (Leguminosae-Caesalpinioideae). I

section Xerocalyx. Memoirs of the New York Botanical Garden 12: 1-114.

Irwin HS, Barneby RC. 1982. The American Cassiinae: a synoptical revision of

Leguminosae tribe Cassieae subtribe Cassiinae in the New World. Memoirs of the

New York Botanical Garden 35: 636-895.

Jesson LK, Barrett SCH. 2002a. The genetics of mirror-image flowers. Proceedings of

the Royal Society of London, Series B, Biological Sciences 269: 1835-1839.

Jesson LK, Barrett SCH. 2002b. Enantiostyly: solving the puzzle of mirror-image

flowers. Nature 417: 707.

Jones CE. 1978. Pollinator constancy as a pre-pollination isolating mechanism between

sympatric species of Cercidium. Evolution 32:189-198.

Judd WS, Campbell CS, Kellogg EA, Stevens PF. 2002. Plant Systematics: A

phylogenetic approach. Sinauer, Sunderland.

Kocmer JP, Handel SN. 1986. Constraints and competition in the evolution of flowering

phenology. Ecological Monography 56: 303-325.

Köppen W. 1948. Climatologia con un estudio de los climas de la tierra (transl. by Peres

PRH) Mexico City: Fondo de Cultura Económica.

Koptur S, Harber WA, Frankie GW, Baker HG. 1988. Phenological studies of shrub

and treelet species in tropical cloud forests of Costa Rica. Journal of Tropical

Ecology 4: 323-346.

Krebs CJ. 1989. Ecological Methodology. New York: Harper and Row Publishers.

Ladizinsky G. 1997. A new species of Lens from south-east Turkey. Botanical Journal of

the Linnean Society 123: 257-260.

Lambert SM, Borba EL, Machado MC. 2006a. Allozyme diversity and morphometrics

of the endangered Melocactus glaucescens (Cactaceae), and investigation of the

Page 166: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

154

putative hybrid origin of M. ×albicephalus (M. ernestii × M. glaucescens) in north-

eastern Brazil. Plant Species Biology 21: 93-108.

Lambert SM, Borba EL, Machado MC, Andrade SCS. 2006b. Allozyme diversity and

morphometrics of Melocactus paucispinus (Cactaceae) and evidence for

hybridization with M. concinnus in the Chapada Diamantina, North-eastern Brazil.

Annals of Botany 97: 389-403.

Lau CPY, Ramsden L, Saunders RMK. 2005. Hybrid origin of Bauhinia blakeana

(Leguminosae: Caesalpinioideae), inferred using morphological, reproductive, and

molecular data. American Journal of Botany 92: 525-533.

Lee TD. 1988. Patterns of fruit and seed production. In: Doust JL, Doust L. eds. Plant

reproductive ecology, patterns and strategies. Oxford: Oxford University Press, 179-

202.

Levin DA, Francisco-Ortega J, Jansen RK. 1996. Hybridization and the extinction of

rare plant species. Conservation Biology 10: 10-16.

Levin DA. 2000. The origin, expansion, and demise of plant species. Oxford: Oxford

University Press.

Lewis GP. 1987. Legumes of Bahia. Kew: Royal Botanic Gardens.

Lewis GP, Gibbs PE. 1999. Reproductive biology of Caesalpinia calycina and C.

pluviosa (Leguminosae) of the caatinga of north-eastern Brazil. Plant Systematics

and Evolution 217: 43-53.

Lewis GP, Simpson BB, Neff JL. 2000. Progress in understanding the reproductive

biology the Caesalpinioideae (Leguminosae). In: Herendeen PS, Bruneau A, eds.

Advences in Legume Systematics, vol. 9. Kew: Royal Botanical Garden, 65-78.

Lewis GP. 2005. Tribe Cassieae. In: Lewis GP, Schrire B, MacKinder B, Lock M, eds.

Legumes of the world. Kew: Royal Botanical Gardens.

Page 167: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

155

Liu H, Koptur S. 2003. Breeding system and pollination of a narrowly endemic herb of

the Lower Florida Keys: impacts of the urban-wildland interface. American Journal

of Botany 90: 1180-1187.

Madeira JA, Fernandes W. 1999. Reproductive phenology of sympatric taxa of

Chamaecrista (Leguminosae) in Serra do Cipó, Brazil. Journal Tropical Ecology 15:

463-479.

Maguire JO. 1962. Speed of germination: aid in selection and evaluation for seedling

emergence and vigor. Crop Science 2: 176-177.

Marazzi B, Endress PK, Queiroz PL, Conti E. 2006. Philogenetic relationships within

Senna (Leguminosae, Cassiinae) base don three chloroplast DNA regions: patterns in

the evolution of floral symmetry and extrafloral nectaries. American Journal of

Botany 93: 288-303.

Martin FW. 1959. Staining and observing pollen tubes in the style by means of

florescence. Stain Technology 34: 125-128.

Martin-Gajardo IS, Morellato LPC. 2003. Fenologia de espécies de Rubiaceae do sub-

bosque em floresta atlântica no sudeste do Brasil. Revista Brasileira de Botânica 26:

299-309.

Mendelson TC. 2003. Sexual isolation evolves faster than hybrid inviability in a diverse

and sexually dimorphic genus of fish (Percidae: Etheostoma).Evolution 57: 317-327.

Moyle CL, Olson MS, Tiffin P. 2004. Patterns of reproductive isolation in three

angiosperm genera. Evolution 58: 1195-1208.

Newstrom LE, Frankie GW, Baker HG. 1994. A new classification for plant phenology

based on flowering plants in lowland tropical rain forest trees at La Selva, Costa Rica.

Biotropica 26:141-159.

Page 168: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

156

Nosil P, Crespi BJ. 2006. Ecological divergence promotes the evolution of cryptic

reproductive isolation. Proceedings of the Royal Society of London B 273: 991-997.

Oliveira PO. 1998. Fenologia e biologia reprodutiva das espécies de cerrado. In: Sano

SM, Almeida SP, eds. Cerrado: Ambiente e Flora. Planaltina: Embrapa-CPAC, 169-

192.

Ollerton J, Lack AJ. 1992. Flowering phenology: an example of relaxation of natural

selection? Trends in Ecology and Evolution 7: 274-276.

Orr HA.2001. The genetics of species differences. Trends in Ecology and Evolution 16:

343-350.

Orr HA, Turelli M. 2001. The evolution of postzygotic isolation: accumulating

Dobzhansky-Muller incompatibilities. Evolution 55: 1085-1094.

Orr HA. 2005. The genetic basis of reproductive isolation: insights from Drosophila.

Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of the Unites Status of America

102: 6522-6526.

Owens SJ, Lewis GP. 1989. Taxonomic and functional implications of stigma

morphology in species of Cassia, Chamaecrista and Senna (Leguminosae:

Caesalpinioideae). Plant Systematics and Evolution 163: 93-105.

Pinheiro MCB, Ormond WT, Leite CO, Lima HA. 1988. Ecologia da polinização de

Chamaecrista ramosa (Vog.) Irwin & Barneby var. ramosa. Revista Brasileira de

Biologia 48: 665-672.

Proctor M, Yeo P, Lack A. 1996. The natural history of pollination. London: Harper

Collins Publishers.

Ramirez S, Sobrevila C, Enrech NX, Ruiz-Zapata T. 1984. Floral biology and breeding

system of Bauhinia benthaminana Taub. (Leguminosae), a bat pollinated tree in

Venezuelan “Lhanos”. American Journal of Botany 71: 273-280.

Page 169: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

157

Rathcke BJ, Lacey EP. 1985. Phenological patterns of terrestrial plants. Annual Review

Ecology and Systematics 16: 179-214.

Ribeiro PL, Borba EL, Toscano-De-Brito ALV. 2005. O gênero Bulbophyllum Thouars

(Orchidaceae) na Chapada Diamantina, Bahia, Brasil. Revista Brasileira de Botânica

28: 423-439.

Richards AJ. 1997. Plant breeding systems. London: Chapman & Hall.

Ridley M. 2006. Evolução (transl. by Ferreira HB, Passaglia L, Fischer R). Porto Alegre:

Artmed.

Rieseberg LH, Gerber D. 1995. Hybridization in the Catalina Island Mountain Mahogany

(Cercarpus traskiae): RAPD evidence. Conservation Biology 9: 199-203.

Rieseberg LH. 1995. The role of hybridization in evolution: old wine in new skins.

American Journal of Botany 82: 944-953.

Rieseberg LH. 1997. Hybrid origins of plant species. Annual Review of Ecology and

Systematics 28: 359-389.

Rieseberg LH. 2001. Chromosomal rearrangements and speciation. Trends in Ecology and

Evolution 16: 351-358.

Rodriguez-Riaño T, Ortega-Olivencia A, Devesa JA. 2004. Reproductive biology in

Cytisus multiflorus (Fabaceae). Analles Botanici Fennici 41: 179-188.

Roubick DW. 1989. Ecology and natural history of tropical bees. Cambridge: Cambridge

University Press.

Schluter D. 2001. Ecology and the origin of species. Trends in Ecology and Evolution 16:

372-380.

Seghieri J, Floret C, Pontanier R. 1995. Plant phenology in relation to water availability:

herbaceous and woody species in the savannas of northern Cameroon. Journal of

Tropical Ecology 11: 237-254.

Page 170: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

158

Servedio MR, Noor MAF. 2003. The role of reinforcement in speciation: theory and data.

Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics 34: 339-364.

Simpson BB. 1977. Breeding systems of dominant perennial plants of two disjunct warm

desert ecosystems. Oecologia 27: 203-226.

Smith JF, Burke CC, Wagner WL. 1996. Interespecific hybridization in natural

populations of Cyrtandra (Gesneriaceae) on the Hawaiian Islands: evidence from

RAPD markers. Plant Systematic and Evolution 200: 61-77.

Soltis DE, Haufler CH, Darrow DC, Gastony GJ. 1983. Starch gel electrophoresis of

ferns: a compilation of grinding buffers, gel and electrode buffers, and staining

schedule. American Fern Journal 73: 9-27.

Sorensson CT, Brewbaker JL. 1994. Interespecific compatibility among 15 Leucena

species (Leguminosae: Mimosoideae) via artificial hybridizations. American Journal

of Botany 2: 240-247.

Stace CA. 1989. Plant taxonomy and biosystematics. London: Edward Arnold.

Stannard BR. 1995. Flora of the Pico das Almas: Chapada Diamantina, Bahia, Brasil. Kew:

Royal Botanic Gardens.

Steiner KE, Whitehead VB, Johnson SD. 1994. Floral and pollinator divergence in two

sexually deceptive South African orchids. American Journal of Botany 81: 185-194.

Stephenson AG. 1981. Flower and fruit abortion: proximate causes and ultimate functions.

Annual Review of Ecology and Systematic 12: 253-279.

Stone GN, Willmer P, Rowe JA. 1998. Partitioning of pollinators during flowering in an

African Acacia community. Ecology 79: 2808-2827.

Swofford DL, Selander RB. 1989. BIOSYS-1: Computer program for the analysis of

allelic variation in population genetics and biochemical systematics. Champaign:

Illinois Natural History Survey.

Page 171: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

159

Teixeira SP, Ranga NT. 2004. Biosystematics of the genus Dahlstedtia Malme

(Leguminosae, Papilionoideae, Millettieae). Revista Brasileira de Botânica 27: 37-

45.

Thorpe JP. 1982. The molecular clock hypothesis: biochemical evolution, genetic

differentiation and systematics. Annual Review of Ecology and Systematics 13: 139-

168.

Tiffin PM, Olson S, Moyle LC. 2001. Asymmetrical crossing barriers in angiosperms.

Proceedings of the Royal Society of London B 268: 861-867.

Turelli M, Barton NH, Coyne JA. 2001. Theory and speciation. Trends in Ecology and

Evolution 16: 330-343.

Ungerer MC, Baird SJE, Pan J, Rieseberg LH. 1998. Rapid hybrid speciation in wild

sunflowers. Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of the Unites Status of

America 95: 11757-11762.

Vieira AOS. 2002. Biologia reprodutiva e hibridação em espécies sintópicas de Ludwigia

(Onagraceae) no sudeste do Brasil. Tese de doutorado, Universidade Estadual de

Campinas, Brasil.

Westerkamp C. 2004. Ricochet pollination in Cassias – and how bees explain

enantiostyly. In: Magalhães FB. & Pereira JO, eds. Solitary bees: conservation,

rearing and management for pollination. Fortaleza: Universidade Federal do Ceará,

225-230.

White MJD. 1978. Modes of speciation. San Francisco: W. H. Freeman & Co.

Wright S. 1978. Evolution and the genetics of populations - Variability within and among

natural populations – Vol. 4. Chicago: University of Chicago Press.

Wolfe AD, Estes JR. 1992. Pollination and the function of floral parts in Chamaecrista

fasciculata (Fabaceae). American Journal of Botany 79: 314-317.

Page 172: MECANISMOS DE ISOLAMENTO REPRODUTIVO EM … · Biologia floral de espécies simpátricas de Chamaecrista ... especiação por hibridação. O objetivo do estudo foi verificar quais

160

Zardini EM, Gu M, Raven PH. 1991. On the separation of two species within the

Ludwigia uruguayensis complex (Onagraceae). Systematic Botany 16: 242-244.