O medronheiro:
da diversidade à ecologia
Maria Margarida Ribeiro1,2*
, Luis Quinta-Nova1,3*
1 Unidade Departamental de Silvicultura e Recursos Naturais, Escola Superior Agrária do Instituto Politécnico
de Castelo Branco, Castelo Branco; Centro de Estudos Florestais, ISA-UTL, Lisboa2 Centro de Estudos Florestais, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa. Portugal.3 Centro de Estudos de Recursos Naturais, Ambiente e Sociedade, Castelo Branco. Portugal.
III Ciclo de ConferênciasConselho Técnico-Científico
Enquadramento do trabalho
…o medronheiro é uma espécie autóctone, tolerante ao
stresse hídrico, a solos de baixa fertilidade e com uma
resistência activa a incêndios florestais.
Rebentação de toiça Sertã-Figueiredo
Enquadramento do trabalho
…a vontade dos produtores de, apoiados em financiamento, apostar
em modernas plantações, com recurso a plantas melhoradas…
(conclusões das 1as Jornadas do Medronho, 2012, Coimbra) e a
resultados no âmbito do projeto ARBUTUS
Medronhal natural do proprietário José Simão no Couzido (Sertã-Figueiredo).
Plantação de medronheiros do proprietário Jorge Simões no Estreito (Oleiros) com cerca de 9 anos.
Nº Tarefas Parceiros Responsável
1 Colheita e preparação de amostras IPC;IPCB;
INIAV;UC
Filomena
Gomes
2Propagação e conservação de material
seleccionado IPC;IPCB;
INIAV;UCJorge Canhoto
3 Análise química, física e fenológica dos frutos IPC; UC Justina Franco
4 Análise da qualidade da aguardenteIPC;
INIAVGoreti Botelho
5 Diversidade genética e sistema de cruzamento IPCB; INIAVMargarida
Ribeiro
6 O impacto económico para o sector agro-florestalIPC;
ADPMFátima Oliveira
PTDC/AGR-FOR/3746/2012 ARBUTUS: Melhoramento das plantas e da qualidade dos produtos de Arbutus unedo para o sector agro-forestal
Objetivos tarefa 5
Recolha de amostras de
plantas selecionadas
Produção de plântulas por via seminal para o estudo da
paternidade(30 árvores-mãe)~12 plântulas cada + 103 ‘pais’
Recolha de amostras de 30
indivíduos em 15 populações
Extração do DNA de todo o material
Caracterização biofísica e ecológica dos povoamentos de medronheiro amostrados em
Portugal usando ferramentas SIG
Relacionar os factoresecológicos com os padrões de
diversidade genética
Qual a estrutura genética das populações?
Qual o sistema de cruzamento e o fluxo
genético’
Impacto no
melhoramento
e na conservação
dos recursos
genéticos
Quais os
fatores
demográfico
que
determinaram
a estrutura?
Qual a
estrutura
genética das
populações?
Objetivos
específicos
Diversidade
Localização das 15 populações e presença de
medronheiro no Inventário Florestal Nacional (2006)
Sigla População Região
HP Herdade Parra Silves
SM São Mamede S. São Mamede
G GardunhaSerra da
Gardunha
CH Chaves Vila Real
AVAlvoco da Serra e
VideGuarda
ON Oleiros Norte Castelo Branco
PS Pampilhosa da Serra Coimbra
B Bragança Bragança
PG Peneda-Gerês S. Peneda-Gerês
BV Barranco do VelhoSotavento
Algarvio
M MonchiqueSerra de
Monchique
SF Sertã Castelo Branco
A Mata do Solitário S. Arrábida
EC Espinhaço Cão Barrocal Algarvio
V Viseu Viseu
Colheita de amostras
Recolha de folhas para extracção de
DNA e posterior genotipagem com
microssatélites e georreferenciação
dos indivíduos amostrados
Recolha de folhasArrábida
Recolha de folhasOleiros
Recolha de folhasOleiros15 povoamentos e 30
indivíduos por
povoamento.
Recolha de folhasGardunha
Recolha de folhas na Sertã-Figueiredo
Georreferenciação, Serra de S. Mamede
Recolha de
amostras de 30
indivíduos na
população da
Gardunha
Preparação de amostras e
genotipagem
Extração do DNA de todos os
indivíduos amostrados e
genotipagem com 4 do cloroplasto
Planta amostrada na
Serra da Gardunha
Preparação do produto
PCR para o sequenciador
automático
Preparação das
amostras para extração
do ADN
Análise dos fragmentos do
microssatélite do cloroplasto
AU2
Martínez-Alberola et al. 2013
cpSSR
A diferenciação devido à deriva genética é mais nítida fragmentação
Mais fácil de detetar afunilamentos genéticos
O DNA de cloroplasto das angiospérmicas é de herança maternal fluxo genético
através da dispersão da semente
Estes marcadores tem especial interesse para estudar padrões de colonização
O tamanho efetivo da população para o cpDNA é mais pequeno do que para o nuDNA
Material e métodos
15 populações naturais ~ 30 ind./pop.
4 microssatélites do cloroplasto (cpSSRs) polimórficos de
herança maternal 15 haplótipos
Diferenciação genética entre populações estimada através das
estatísticas de diversidade haplotípica
Elaboração de uma rede de haplótipos
Agrupamento das populações usando estatística Baiseiana:
BAPS
Análise de variância molecular (AMOVA), usando o modelo
hierárquico e não hierárquico.
Agrupamento espacial: BAPS*
A análise BAPS indica uma partição dos 15
povoamentos estudados em 4 grupos.
Um grupo a Norte, incluindo populações a
Norte do Rio Douro, um grupo Central, com
as populações do interior e litoral, um grupo a
Sul, na região do Algarve, e um quarto grupo
com uma só população (Serra de S. Mamede:
SM).
Grupo 1: [M, PG, CH, B; estrela vermelha],
Grupo 2: [HP, BV, EC; estrela verde];
Grupo 3: [A, SF, ON, G, AV, PS, V; estrela azul]
Grupo 4: [SM, estrela amarela].
*BAPS: Bayesian Analysis of Population Structure
AMOVA
Fonte de variação g.l. SQComponentes da variância
% da variância
total Φ P
(a) Todas as populaçõesEntre pops. 14 3619.38 8.37 54.72 Φst = 0.55 <0.0001
Dentro pops. 436 3018.89 6.92 45.28Total 450 6638.27 15.29
(b) AMOVA hierárquicaEntre grupos BAPS 3 310.689 0.99534 49.69 Φct = 0.50 <0.005
Entre pops. dentro dos grupos 11 42.920 0.09953 4.97 Φsc = 0.10 <0.0001Dentro pops. 436 396.005 0.90827 45.34 Φst = 0.55 <0.0001
Total 450 749.614
Análise de variância molecular (AMOVA) das populações de medronheiro considerando todasas populações (a) e com o agrupamento obtido através de BAPS (b). SQ=soma dos desvios aoquadrado, g.l.=graus de liberdade, P=probabilidade de se obter um valor mais extremo sódevido ao acaso.
Distribuição e frequência dos haplótipos
Código Haplótipo Número Frequência
H1 306/282/385/370 1 0.002
H2 306/283/385/372 7 0.016
H3 306/285/385/372 6 0.013
H4 306/294/385/372 1 0.002
H5 307/278/385/372 3 0.007
H6 307/279/385/372 70 0.155
H7 307/282/385/372 6 0.013
H8 307/283/383/372 1 0.002
H9 307/283/385/370 2 0.004
H10 307/283/385/372 291 0.645
H11 307/284/385/372 13 0.029
H12 307/285/385/372 3 0.007
H13 307/294/385/372 44 0.098
H14 308/279/385/372 1 0.002
H15 308/283/385/372 2 0.004
Frequência dos Haplótipos/População
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
AV V PS G SF ON A SM CH PG B M BV HP EC
Centro SM Norte Algarve
H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15
O H10 é o haplótipo mais frequente em todas as pops, exceto na população SM, G e ON.Na pop SM não existe H10 e têm 1 haplotipo privado H4. As populações PG e M só têm um haplótipo H10A população EC têm o maior nº de haplótipos (6) e um haplótipo privado, H12A população AV tem tb 2 haplótipo privado: H1 e H8
Estimativas de diversidade genética
Pop N Nh Ne He SE N fogos D2sh D2
shng
HP 30 5 1.42 0.31 0.11 2 2.55 0.37
SM 30 3 1.15 0.13 0.08 0 3.78 0.44
G 30 4 2.24 0.57 0.05 9 5.00 0.83
CH 30 3 1.50 0.34 0.10 8 0.32 0.13
AV 31 5 2.28 0.58 0.08 5 8.52 1.11
ON 30 4 2.60 0.64 0.06 4 14.95 1.78
PS 30 4 2.11 0.54 0.07 6 1.87 0.49
B 30 3 1.59 0.38 0.09 2 10.11 0.78
PG 30 1 1.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00
BV 30 3 1.85 0.48 0.09 4 0.44 0.44
M 30 1 1.00 0.00 0.00 3 0.00 0.00
SF 30 3 1.95 0.50 0.06 1 2.03 0.54
A 30 4 1.64 0.40 0.10 2 1.06 0.32
EC 30 6 2.96 0.69 0.08 5 1.11 0.79
V 30 3 1.61 0.39 0.10 4 1.37 0.34
Mean 30.07 3.47 1.79 0.40
SE 0.07 0.35 0.15 0.06
Resultados: diversidade genética
As pops. EC e ON têm valores de diversidade genética (He) > a 64%, embora mais 3 pops.
tenham valores > a 50%: G, AV e PS.
Existe um núcleo central de populações com diversidade genética > no centro grupo azul.
Têm o haplótipo comum H6, que não aparece no Algarve
EC que têm o valores mais elevado dos parâmetros de diversidade genética, inclusa no grupo
verde as outras pops deste grupo não.
As pops do Norte (grupo vermelho) He mais baixo
M e PG só têm um haplótipo H10, o mais frequente
SM não tem o haplótipo mais frequente e tem um haplótipo privado . Tem um valor muito
baixo de He (31%), pois o haplótipo H13 > 0.9.
Rede de haplótipos e rotas de migração
Algarve
SM, G, ON, B, AVCentro-Norte
Centro-Norte
Haplótipoancestral
SM
Hipóteses de colonização
• O Algarve pode ter sido um centro de diversidade da espécie, pois possui a população mais
rica em diversidade: EC. Tem haplótipo privado H11 (exceto M). Foi colonizar pelo menos a
região do Alentejo.
• O Centro pode ter constituído a região de receção de diversidade proveniente do Algarve/ou
um centro de diversidade e de radiação da espécie, pois possui um haplótipo H6 que é comum
a todas as outras pops mas não às do Algarve (e a B e PG no Norte). A herança cp é maternal
e o fluxo de genes mais importante é por semente, através dos pássaros.
•SM é diferenciada de todas as outras população não sujeita a fogos desde 1975, sofreu
isolamento ou efeito fundador. Possui o H4 (indel) H13 presente em algumas populações
do C e N.
• As populações do N derivaram das populações do Centro e perderam diversidade devido à
demografia (deriva genética) e/ou fogos. Este último fator pode ter sido determinante na PG.
Subdivisão da diversidade (CT) e riqueza alélica (CTR) nas
componentes diferenciação e diversidade de cada pop.
1. A população SM é aquela que
tem um peso maior na
diferenciação relativa a CT
2. Só as pop. G e ON têm
contribuições positivas para
ambos os parâmetros
3. As populações que mais
contribuem para a
diversidade total são AV, ON
e EC
4. PG e M contribuem
negativamente para a
diversidade total (têm um só
háplótipo
5. EC é a pop que mais
contribui para a riqueza
alélica total, seguida de BV,
SM e CH.
6. HP e AV contribuem só
positivamente para a
diversidade da riqueza em
alelos
1. Metade da variação genética está entre os grupos e só 10% dentro dos
grupos elevada diferenciação da espécie fragmentação da espécie
devido à forma de dispersão por pássaros e abelhas/bombos.
2. A diversidade genética média das pops de 40% não é muito elevada é
provável alguma consanguinidade biparental dentro dos povoamentos
os afunilamentos genéticos são difíceis de recuperar
3. Há que ter cuidado em programas de melhoramento no uso de poucos
clones para estabelecimento de plantações clonais apostar no
aumento do número de clones e na propagação por semente
4. Monitorizar a diversidade genética das populações de melhoramento
5. Estabelecer um programa de conservação da espécie ter em
consideração as pops com haplótipos privados (AV, SM , V, SF, CH e EC),
mais diversas e mais diferenciadas (exº EC, ON, SM).
Conclusões
Ecologia do medronheiro
Margarida Ribeiro
Sílvia Ribeiro Alexandra Ricardo
Luís Quinta-NovaNatália Roque
Objetivos
1. Caracterização biofísica e ecológica dospovoamentos de medronheiro amostrados emPortugal usando ferramentas SIG.
2. Relacionar os factores ecológicos com ospadrões de diversidade genética.
3. Modelar a distribuição potencial do medro-nheiro com base na análise espacial multi-critério.
4. Disponibilizar informação aos stakeholders útilpara a gestão das explorações.
Variáveis biofísica estudadas com recurso a um SIG
Amostra de MedronheirosEspaçamento de 30 m
entre arvores
Núcleo 1km
Índice Ombrotérmico
Índice Termicidade
Exposição das Encostas
Inclinação das Encostas
Índice de Topográfico
Uso do solo
Métricas da Paisagem
TopografiaBioclima Histórico de Fogos
Área Ardida
Número de fogos
Solo
Carta de solos
Cálcio activo, pH, textura, …
Índice de Shannon
Recolha de
amostras de 30
indivíduos em
15 populações
Núcleo = áreaenvolvente
(1 km)
Índice Ombrotérmico (Io)
Monte
iro-H
enriques,
T 2
010.
Fitoss
oci
olo
gia
e p
ais
agem
da
baci
ahid
rográ
fica
do r
ioPaiv
a/L
andsc
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hydro
gra
phic
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n.
Ph.D
. th
esi
s.. In
stituto
Superior
de A
gro
nom
ia–
TU
Lis
bon.
Lis
boa.
Port
ugal
29
Índice de Termicidade (It)
Monte
iro-H
enriques,
T 2
010.
Fitoss
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Ph.D
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stituto
Superior
de A
gro
nom
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TU
Lis
bon.
Lis
boa.
Port
ugal
30
Topografia - Exposição das Encostas
Topografia – Declive das Encostas
Índice de Topográfico (TPI)
Histórico de Áreas Ardidas (HA)
34
Métricas da Paisagem
35
Carta de Solos
Solos de Portugal, sua Classificação, Caracterização e Génese, a Sul do Rio Tejo" - José Carvalho Cardoso et al.
FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONSVersion 3.6, completed January 2003
Abordagem estatística multivariada exploratória caracterização das
variáveis biofísicas associadas aos núcleos correlação entre variáveis
biofísicas (habitat) e entre núcleos, com base nas matrizes de correlação
A matriz usada (ACP) contém as variáveis biofísicas associadas aos 15
núcleos
Ocupação do solo: índice de Shannon (SDI)
Fogos: n.º de incêndio e área ardida,
Topografia: altitude, declive, exposição e TPI (topographic position index
= índice de rugosidade)
Solos: % areia, % limo, % argila, pH, % matéria orgânica (MO), % Ca
activo (CaCO3), densidade aparente (DA), relação C/N.
Clima: índice de termicidade (It) e índice ombrotérmico (Io).
ACP (Análise de Componentes Principais )
Altitude
SDI
n_incendio
Area_Ardidadeclive
Exposição
TPI
% areia
% limo
% argila
pH
MO
% CaCO3
DA
C/NIt
Io
-1
-0,75
-0,5
-0,25
0
0,25
0,5
0,75
1
-1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1
F2 (
19
,58
%)
F1 (36,47 %)
Variáveis biofísicas (56,05 %)
Análise preliminar dos resultados
• A variáveis biofísicas mais explicativas correspondem aos parâmetros
do solo: % areia, % limo, % argila, pH, % matéria orgânica (MO), % Ca
activo (CaCO3), densidade aparente (DA).
• O TPI também é uma variável explicativa
• O índice de termicidade também é uma variável explicativa
• A índice de Shannon (variedade de ocupação do solo) é pouco
explicativa
Alvoco
Arrabida
Barrocal Algarvio
Braganca
Chaves
Gardunha
Mata da Albergaria
Monchique
Oleiros Norte
Pampilhosa
Sao Mamede
Serra Caldeirao
Serta
Silves
Viseu
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
F2 (
19
,58
%)
F1 (36,47 %)
Povoamentos
2
3
1
Análise dos grupos
Grupo 1 (Arrábida) é explicado por uma mais elevada razão C/N do solo.
Conjuntamente com elevados valores de TPI e de índice de termicidade.
Grupo 2 (serras do Algarve) elevado índice de termicidade, baixo índice
ombrotérmico e presença de CaCO3 no solo.
Grupo 3 (Pinhal interior) têm uma elevada quantidade de MO no solo e
elevados valores de materiais finos no solo. Estes povoamentos são caracterizados por valores intermédios de SDI, predominância de povoamentos monoespecíficos (se de coberto fechado, antagonizam o medronheiro).
Ardeu desde 1975 Mata de Albergaria > 10 vezes
São Mamede = 0 vezes.
Mata da Albergaria é o povoamento com o índice ombrotérmico mais elevado (com mais de 12 pontos de diferença).
A Gardunha apresenta um solo com elevadas percentagens de limo e argila.
41
Análise multicritério
Classificação das variáveis em três níveis de aptidão
Adaptado de Correia e Oliveira (1999 e 2003), Dias et al. (2008) e Silva e Neto (2013)
Superior à referencia (3) Referencia (2) Inferior à referencia (1)
Carateristicas-
dignóstico
Armazenamento de água
Profundidade expansível
Sem Limitações
Calcário ativo
Características vérticas
Descontinuidade textural
Drenagem externa
Drenagem interna
Espessura efetiva
Afloramento rochoso
Áreas improdutivas
Salinidade
Bioclima
Halo-mediterrânica
Ibero-mediterrânea
Oro-atlântica
Atlante-mediterrânea
Aluvio-mediterrânea
Subatlântica
Submediterrânea
Mediterrâneo-atlântica
Declives 0 a 15 % 15% a 35% > 35 %
Análise multicritério
Aptidão elevada
Aptidão média
Aptidão reduzida ou nula
Ocorrências de Arbutus unedo
Agradecimentos
Doutor Andrea PiottiDoutora Illaria SpanuDoutor Beppe VendraminEngenheira Natália Roque Engenheira Ângela AntunesEngenheiro Tiago CaldeiraEngenheiro Carlos GrácioEngenheiro Luís MansoEngenheira Graça DiogoEngenheira Teresa CoelhoAluno Mayller Correia Viegas Aluna Cláudia Isabel Facundo Engº. João GamaProprietário José Simão Engenheiro José MataSenhora Ana dos Viveiros Aliança Florestal
Obrigada pela vossa
atenção
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