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Título: Estimativa da diversidade genética e avaliação do sistema reprodutivo de Copaifera multijuga Hayne em populações naturais na Amazônia Ocidental
Autor: Vasconcelos, Rayssa Gomes
Orientador: Sampaio, Paulo de Tarso Barbosa
Coorientador: Medeiros, Raquel da Silva
Cunha-Machado, Antonio Saulo
Palavras-chave: Marcadores microssatélites
Diversidade genética
Sistema reprodutivo
Data do documento: 21-Mar-2025
Programa: Ciências de Florestas Tropicais - CFT
Abstract: Copaiba (Copaifera multijuga Hayne) is an Amazonian species that is massively exploited to obtain oleoresin, generating millions of reais for the Brazilian economy. Many studies have investigated the phytochemical properties and applications of this raw material. On the other hand, there are few initiatives aimed at the genetic characterization of native populations of this species. In this sense, this study was subdivided into three chapters and had the following main objectives: (1) evaluation the outcrossing parameters and the predominant mating system in a native population of C. multijuga; (2) develop and characterize specific microsatellite markers previously unavailable for the species; (3) estimate the levels of diversity in four geographically distinct populations and the differentiation between them. In (1) woody samples were collected from 48 trees for the population study using a set of five heterologous microsatellite markers. Of these, 15 trees were selected to make up the group of maternal genitors for the mating system study. Leaf samples were collected from 20 open-pollinated juvenile progenies of each maternal genitor, obtained from natural regeneration (n=300). To develop specific markers, next-generation sequencing (NGS) technology was used on the Ion Torrent PGM™ platform and 47 trees were used for characterization and validation (2). Finally, in (3) 48 samples were collected from oleoresin-producing and non-producing trees in four locations (Manaus, Iranduba, Maués and Novo Aripuanã) (N=192). Seven specific microsatellite markers were used at this stage. In general, the main genetic parameters were estimated: observed (Ho) and expected (He) heterozygosity, total number of alleles (A), fixation index (f), multilocus (tm) and unilocus (ts) outcrossing rates, Polymorphic Information Content (PIC), paired FST tests, number of probable genetic clusters (K) and the like. The population evaluated in (1) showed high levels of genetic diversity both in the adult trees (Ho: 0.742; He: 0.743) and in the offspring (Ho: 0.685; He: 0.685). Mating occurred predominantly by outcrossing (tm: 0.88 - 1.00), of which 4.1% corresponded to mating between relatives (tm - ts). Of the 19 loci developed in (2), 14 had their amplification conditions standardized. The CmH05 locus was disregarded in the analysis because it is monomorphic. Mean levels of genetic diversity of over 0.63 (Ho: 0,672; He: 0,636) and an mean number of alleles of 5.4 were obtained. According to the PIC estimates, all the loci were considered highly (=9) or moderately informative (=3), with the exception of CmH11 with a value of less than 0.2. In (3), the set of markers used was considered highly informative, with values of PIC̅ greater than 0.57. A total of 63 alleles (A) were detected, as well as the presence of private alleles in all populations except the one sampled in Iranduba (IRB). The general average of He ranged from 0.630 to 0.742 and Ho from 0.462 to 0.643. Differentiation between populations was significant (FST = 0.218, p < 0.001) and the Bayesian approach converged to form 4 well-defined clusters (K). In addition, three potential barriers to gene flow were observed, possibly explained by the correlation between the ecological characteristics of the species and the geomorphology of the collection region (hydrographic network). The results obtained in this study are fundamental for investigating how anthropogenic pressures can impact the genetic heritage of C. multijuga. In addition, they may be beneficial in making decisions about the best conservation strategies for this important Amazonian species.
Resumo: A copaíba (Copaifera multijuga Hayne) é uma espécie amazônica massivamente explorada para a obtenção de oleorresina, movimentando milhões de reais na economia brasileira. Muitos estudos abordam as propriedades fitoquímicas e aplicabilidades dessa matéria-prima. Em contrapartida, são poucas as iniciativas voltadas para a caracterização genética das populações nativas dessa espécie. Nesse sentido, o presente estudo foi subdividido em três capítulos e teve como objetivos centrais: (1) avaliar os parâmetros de cruzamento e o sistema reprodutivo predominante em uma população nativa de C. multijuga; (2) desenvolver e caracterizar marcadores microssatélites específicos até então indisponíveis para a espécie; (3) estimar os níveis de diversidade em quatro populações geograficamente distintas e a diferenciação entre estas. Em (1) foram coletadas amostras lenhosas de 48 árvores para o estudo populacional empregando um conjunto de cinco marcadores microssatélites heterólogos. Entre estas, foram selecionadas 15 árvores para compor o grupo de genitores maternos do estudo de sistema reprodutivo. Foram coletadas amostras foliares de 20 progênies juvenis de polinização aberta de cada genitor materno, obtidas a partir da regeneração natural (n=300). Para o desenvolvimento de marcadores específicos foi empregada a tecnologia do sequenciamento de próxima geração (NGS) na plataforma Ion Torrent PGM™ e 47 árvores foram utilizadas para a caracterização e validação (2). Finalmente em (3) foram coletadas 48 amostras de árvores produtivas e não produtivas de oleorresina em quatro localidades (Manaus, Iranduba, Maués e Novo Aripuanã) (N=192). Nesta etapa foram utilizados sete marcadores microssatélites específicos. De modo geral, foram estimados os principais parâmetros genéticos: heterozigosidade observada (Ho) e esperada (He), número total de alelos (A), índice de fixação (f), taxas de cruzamento multilocus (tm) e unilocus (ts), Conteúdo de Informação Polimórfica (PIC), testes pareados de FST, número de prováveis clusters genéticos (K) e afins. A população avaliada em (1) apresentou elevados níveis de diversidade genética tanto nas árvores matrizes (Ho: 0,742; He: 0,743) quanto nas progênies (Ho: 0,685; He: 0,685). O acasalamento ocorreu predominantemente por cruzamento (tm: 0,88 – 1,00), dos quais 4,1% correspondiam a cruzamentos entre aparentados (tm - ts). Dos 19 locos desenvolvidos em (2), 14 tiverem suas condições de amplificação padronizadas. O loco CmH05 por ser monomórfico foi desconsiderado nas análises. Foram obtidos níveis médios de diversidade genética superiores a 0,63 (Ho: 0,672; He: 0,636) e número médio de alelos de 5,4. De acordo com as estimativas do PIC, todos os locos foram considerados altamente (=9) ou moderadamente informativos (=3), com exceção do CmH11 com um valor inferior a 0,2. Em (3), o conjunto de marcadores utilizado foi considerado altamente informativo, com valores de PIC̅ superiores a 0,57. Foram detectados 63 alelos (A), além da presença de alelos privados em todas as populações, exceto na amostrada em Iranduba (IRB). A média geral de He variou de 0,630 a 0,742 e Ho, de 0,462 a 0,643. A diferenciação entre populações foi significativa (FST = 0,218, p < 0,001) e a abordagem bayesiana convergiu para a formação de 4 clusters bem definidos (K). Além disso, foram observadas três barreiras potenciais ao fluxo gênico, possivelmente explicadas pela correlação entre as características ecológicas da espécie a geomorfologia da região de coleta (rede hidrográfica). Os resultados obtidos neste estudo são fundamentais para a investigação de como as pressões antrópicas podem impactar o patrimônio genético de C. multijuga. E ainda, podem ser vantajosos na tomada de decisão acerca das melhores estratégias de conservação desta importante espécie amazônica.
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