Genetic structure and diversity of Copaifera langsdorffii Desf. in cerrado fragments of the São Paulo state, Brazil

Abstract

The loss of large areas of Cerrado (Brazilian savanna) in Brazil can lead to reduced biodiversity and to the extinction of species. Therefore, the present study aimed to investigate the genetic fragility of populations of Copaifera langsdorffii Desf exposed to different anthropic conditions in fragments of Cerrado in the state of São Paulo. The study was carried out in two Experimental Stations operated by the Forest Institute (Assis and Itirapina), in one fully protected conservation unit (Pedregulho) and in one private property (Brotas). Analyses were conducted using leaf samples from 353 adult specimens and eight pairs of microsatellite loci. The number of alleles per locus ranged from 13 to 15 in all populations, but the mean number of effective alleles was approximately half this value (7.2 to 9-1). Observed heterozygosity was significant and lower than the expected in all populations. Consequently, all populations deviated from Hardy-Weinberg expected frequencies. Fixation indexes were significant for all populations, with the Pedregulho population having the lowest value (0.189) and Itirapina having the highest (0.283). The analysis of spatial genetic structure detected family structures at distance classes of 20 to 65 m in the populations studied. No clones were detected in the populations. Estimates of effective population size were low, but the area occupied by each population studied was large enough for conservation, medium and long term. Recent reductions or bottlenecks were detected in all four populations. Mean Gst' (genetic divergence) indicated that most of the variation was within populations. Cluster structure analysis based on the genotypes detected K= 4 clusters with distinct allele frequencies patterns. The genetic differentiation observed among populations is consistent with the hypothesis of genetic and geographic isolation. Therefore, it is essential to adopt conservation strategies that raise the gene flow between fragments.

Considerando que a perda de grandes áreas de Cerrado no Brasil pode levar à diminuição da biodiversidade e, mesmo, à extinção de espécies, questiona-se a fragilidade genética de populações de Copaifera langsdorffii Desf. expostas a diferentes condições antrópicas em fragmentos de Cerrado do Estado de São Paulo. Foram consideradas duas áreas em Estações Experimentais do Instituto Florestal (Assis e Itirapina), uma área em unidade de conservação de proteção integral (Pedregulho) e outra área de propriedade particular (Brotas). As análises foram realizadas com amostras foliares de 353 indivíduos adultos e oito pares de locos microssatélites. O número de alelos por loco variou de 13 a 15 em todas as populações, porém o número médio de alelos efetivos foi aproximadamente a metade desse valor (7,2 a 9-1). As estimativas de heterozigosidade observada foram significativas e ficaram abaixo dos valores esperados em todas as populações. Consequentemente, as populações não aderem às frequências esperadas para o Equilíbrio de Hardy-Weinberg. O índice de fixação obteve valores significativos em todas as populações; o menor valor foi da população de Pedregulho (0,189) e o maior, da população de Itirapina (0,283). As análises de estrutura genética espacial indicaram a formação de estrutura familiar entre 20 e 65 m nas populações. Não foi detectada a presença de clones. As estimativas de tamanho efetivo populacional foram baixas, no entanto as populações possuem área mínima viável para conservação no curto e médio prazos. Foram identificadas reduções recentes ou efeito de gargalo nas quatro populações. As análises de divergência genética (Gst') indicaram que a maior parte da divergência se encontrava dentro das populações. A análise de estrutura de grupos com base nos genótipos resultou em K = quatro grupos, com padrões de frequências alélicas distintas. A diferenciação genética observada entre as populações é consistente com a hipótese de seu isolamento genético e geográfico. Portanto, é imprescindível a adoção de estratégias de conservação que aumentam o fluxo gênico entre os fragmentos.