Populational approach in ecophysiological studies: the case of Plathymenia reticulata, a tree from Cerrado and Atlantic Forest

Abstract

The variability of ecophysiological traits among populations can be a result of selection in response to environmental pressure and/or due to random factors, like the genetic drift. The analysis of both genetic and phenotypic variation within populations can lead to better understanding of adaptation in order to colonize different habitats. In the last years we have developed several studies with an widely ecogeographic distributed legume tree species, Plathymenia reticulata, which were focused on identifying specific morphological and physiological traits related to adaptation to the habitats of origin of each studied population. We studied populations from Atlantic Forest, Cerrado and ecotonal sites in relation to phenology, seed morphological traits and their relation with seed dispersion, seed dormancy and germination, and growth traits in a common garden experiment. In several analyzed traits we found high diversity in this species that can explain its occurrence in a broad geographical range. The existence of genetically based differences of traits in an adaptive way among savanna and forest populations suggests a degree of divergence that characterizes the existence of ecotypes from Cerrado and Atlantic Forest. We also pointed future perspectives in studies at population level in evolutionary ecophysiology and implications of these studies for flora conservation and habitat restoration. Key words: Ecotypes, evolutionary ecophysiology, intraspecific variation, local adaptation Abordagem populacional em estudos ecofisiológicos: o caso de /Plathymenia reticulata/, uma árvore do Cerrado e da Mata Atlântica: A variação em características ecofisiológicas entre populações pode ser devido ao resultado da seleção em resposta a pressão ambiental e/ou pode ser devido a fatores aleatórios como a deriva genética. A análise tanto da variação genética quanto da variação fenotípica das populações, pode levar ao melhor conhecimento sobre adaptações necessárias para a ocupação de diferentes ambientes. Nos últimos anos, nós temos desenvolvido diversos estudos com populações de Plathymenia reticulata, uma leguminosa arbórea de ocorrência em ampla extensão ecogeográfica, com o objetivo de identificar características morfológicas e fisiológicas envolvidas na adaptação das populações aos seus ambientes de origem. Populações provenientes da Mata Atlântica, do Cerrado e de áreas ecotonais entre estes biomas foram avaliadas em relação à fenologia, morfologia e germinação de sementes, bem como em relação à características de crescimento de plantas cultivadas em um mesmo ambiente experimental. Em muitas das características analisadas nessa espécie foi encontrada grande diversidade, o que poderia explicar a sua ocorrência em uma ampla extensão geográfica. A existência de diferenças genéticas em características na direção adaptativa entre as populações provenientes de ambientes de savana e florestais sugere a existência de ecótipos de Cerrado e de Mata Atlântica. Nós também apontamos perspectivas futuras para estudos de ecofisiologia ...

Phylogeography of Plathymenia reticulata (Leguminosae) reveals patterns of recent range expansion towards northeastern Brazil and southern Cerrados in Eastern Tropical South America

“…Warwick & Lewis (2003) recently revised this circumscription and synonymized P. foliolosa onto P. reticulata , thereby making the genus monospecific. Recent morphological and ecophysiological studies have corroborated it (revised by Lemos‐Filho et al. 2008).…”

Stem radial increment of forest and savanna ecotypes of a Neotropical tree: relationships with climate, phenology, and water potential

“…This was corroborated by a study by Goulart et al (2011) that evaluated the response of several morphological and physiological traits to different light levels. Ecotypes of P. reticulata also differ in size: the Cerrado individuals are shorter and tortuously branched, whereas the forest individuals may reach 30 m in height and exhibit straighter trunks (Lemos-Filho et al 2008).…”

Fatores ambientais e a germinação de espécies arbóreas do Brasil Central e de áreas disjuntas da Amazônia no bioma Cerrado

“…Uma forma de distinguir como fatores ambientais estão envolvidos na variação natural encontrada em características funcionais é através do estudo de espécies filogeneticamente relacionadas e que ocupam ambientes contrastantes Barros et al 2012). Sob tais aspectos, têm sido realizados muitos estudos ecofisiológicos utilizando-se espécies filogeneticamente similares, objetivando-se identificar e caracterizar as diferenças entre as mesmas, tanto em relação à utilização de recursos do meio quanto em relação à resposta funcional em diferentes condições de estresse (Hoffmann & Franco 2003;Hoffmann et al 2004;Lemos-Filho et al 2008;Barros et al 2012). De modo geral, tais estudos têm sido realizados utilizando-se espécies arbóreas congenéricas de ambientes florestais e savânicos, como forma de explicar a preferência de habitas e a dinâmica que governa o ecótono floresta-savana.…”

“…Por outro lado, diferenças encontradas nas respostas funcionais entre espécies do mesmo gênero podem ter evoluído em condições ambientais passadas e, neste caso, podem não ser facilmente relacionadas às condições ambientais atuais (Lemos-Filho et al 2008).…”

“…Neste sentido e a fim de se compreender as diferenças nas respostas funcionais associadas à adaptação a ambientes diferentes, também se torna interessante a comparação entre populações de uma mesma espécie (Lemos-Filho et al 2008), havendo a vantagem adicional de que tais populações podem apresentar maior afinidade genética entre si e, neste caso, quaisquer diferenças encontradas nas respostas funcionais estarão, possivelmente, mais relacionadas às condições ambientais atuais (Bazzaz 1996;Lüttge & Scarano 2004;Bradshaw 2006).…”