Genetic differentiation and temporal aspects of the fine-scale genetic structure in fragments-vegetation corridors: inferences from a dioecious-dominant neotropical tree

Abstract

Patterns of genetic differentiation, reproductive biology and demographic fine-scale genetic structure (FSGS) were studied in a connected landscape with an interesting history of human habitat conversion that began two centuries ago, at Brazilian colonization period. In this landscape, Protium spruceanum is an abundant native, mass-flowering/insect-pollinated and bird- dispersed tree. We used allozyme loci, reproductive data and spatial pattern analysis to infer processes shaping the distribution of genetic diversity at landscape-level and fine-scale across different demographic classes. The results indicated high gene diversity in the fragments and corridors, positively correlated with plant density. We did not find evidence of selfing in the fragments or corridors. However, evidence of recent bottleneck was detected in the fragments. Genetic differentiation was low and no pattern of isolation by distance was found over a small geographical scale (< 2 km). This low differentiation is likely to be associated with the extensive gene dispersal ability of P. spruceanum. The small flowers are functionally unisexual and organized in dense inflorescences. Staminate flowers supplied a large quantity of viable pollen and relatively abundant nectar. Pistillate flowers produced only nectar to effective and opportunistic pollinators (Apis mellifera and Trigona sp.). All fragments generally have low historical genetic differentiation with corridors which they are connected, indicating possible gene flow via seeds and pollen. At fine-scale, there was a strong link between demographic and genetic spatial structures at small distances (less than 10 m) probably due to restricted seed dispersal. The magnitude of spatial pattern and FSGS decreased from smal- to large-diameter classes. Ecological implications of these findings and alternative arguments to explain the genetic diversity at regional landscape and FSGS are discussed. We conclude that corridors of second-growth forests would be an important alternative in the genetic connection of isolated forest fragments. Thus, our results suggest that landscape management strategies should therefore consider the protection of extant ones. Moreover, this study shows how genetic diversity can be maintained due to natural plant recruitment post-fragmentation, a positive aspect for in situ conservation.

Foram estudados os padrões da diferenciação genética, da biologia reprodutiva e da estrutura genética e demográfica em escala espacial fina em uma paisagem conectada com interessante história de conversão humana do hábitat, que se iniciou há dois séculos, durante o período colonial. Nessa paisagem, Protium spruceanum é uma arbórea nativa abundante, com floração massiva, polinizada por insetos e dispersa por pássaros. Foram utilizados locos aloenzimáticos, dados reprodutivos e análises do padrão espacial para inferir sobre os processos que determinam a distribuição da diversidade genética em nível de paisagem e em escala espacial fina, ao longo de diferentes classes demográficas. Os resultados indicaram alta diversidade genética nos fragmentos e corredores, correlacionada positivamente com a densidade de plantas. Não foram observadas evidências de endogamia dentro dos fragmentos e corredores. Entretanto, evidências de gargalos populacionais recentes foram detectadas nos fragmentos, provavelmente decorrentes da fragmentação florestal. A diferenciação genética foi baixa e nenhum padrão de isolamento pela distância foi observado. Essa baixa diferenciação é, provavelmente, associada à extensa habilidade de P. spruceanum com relação ao fluxo gênico. As pequenas flores são funcionalmente unissexuais e dispostas em densas inflorescências. As flores estaminadas produzem grande quantidade de pólens viáveis e relativamente de néctar. Flores pistiladas oferecem apenas néctar para os polinizadores efetivos e oportunistas (Apis mellifera e Trigona sp.). Observou-se, em geral, menor diferenciação genética entre fragmentos e corredores vizinhos, indicando possível fluxo gênico por sementes e pólen. Em escala espacial fina, observou-se uma ligação entre a estrutura espacial genética e demográfica em pequenas distâncias (<10 m), provavelmente consequência da restrita dispersão de sementes. Foi observado decréscimo da magnitude do padrão espacial e da estrutura genética em escala fina com o avanço das classes diamétricas. Foram discutidas as implicações ecológicas dos resultados e os argumentos para explicar a alta diversidade genética da espécie na paisagem local. Assim, conclui-se que os corredores de floresta secundária podem ser uma alternativa na conexão genética de fragmentos isolados. Os resultados sugerem que as estratégias de manejo da paisagem devem considerar a proteção dos corredores de vegetação. Além disso, o estudo mostra que a diversidade genética pode ser mantida devido ao recrutamento natural pós-fragmentação, importante aspecto para a conservação in situ.