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

ape a

nd p

hyto

soci

olo

gy

of

the P

aiv

aR

iver’s

hydro

gra

phic

al basi

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

oci

olo

gia

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ais

agem

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Ph.D

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Superior

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gro

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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