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Leilane Abreu and Kaline Valley, biologists
Diversidade Genética e Estrutura de Populações da Abelha Scaptotrigona aff. depilis no Piauí
Teresina
2013
Por vezes sentimos que aquilo que fazemos não é senão uma gota de água no mar. Mas o mar seria menor se lhe faltasse uma gota.
(Madre Teresa de Calcutá)
RESUMO
VALE, K. A.G. Diversidade Genética e Estrutura de Populações da Abelha Scaptotrigona aff. depilis no Piauí. 2013. 58 p. Dissertação para obtenção do título de Mestre em área de concentração em Genética e Melhoramento – Universidade Federal do Piauí, Teresina, Piauí, 2013.
As abelhas da tribo Meliponini estão entre os principais polinizadores da flora brasileira, no entanto a maioria das espécies pode estar ameaçada de extinção. Entre elas, encontra-se Scaptotrigona aff. depilis, uma espécie que nidifica em ocos de árvores com colônias bastante populosas. Ainda não foram descritos trabalhos sobre ela no Estado do Piauí, porém, sua importância é ressaltada pelo seu potencial na produção de mel e polinização de culturas, como a do pepino. É necessária a compreensão da dinâmica populacional da espécie para futuras estratégias de manejo e conservação. Assim, este trabalho teve como objetivo analisar a diversidade genética e a estrutura de populações de Scaptotrigona aff. depilis no Estado do Piauí, com base em marcadores RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). Foram analisadas populações de três municípios do sul do Piauí (Santa Luz, Bom Jesus e Cristino Castro) e uma da região central do estado (Dom Expedito Lopes). Cinco primers foram escolhidos com base na consistência das bandas amplificadas e presença de polimorfismos. Foram identificados 89 locos polimórficos (78,76%) e baixo índice de diversidade genética dentro das populações (HS = 0,1786). Verificou-se que 44,54% da variabilidade genética total encontram-se dentro das populações e 55,46% entre elas. As populações mostraram-se altamente estruturadas, com estatísticas análogas de FST apresentando valores consideravelmente altos (θB = 0,6217 e ΦST = 0,60, p < 0,001). Análises de agrupamento, com base no coeficiente de similaridade de Jaccard, indicaram que a estruturação genética corrobora com a distribuição geográfica da espécie. Além disso, resultados do programa STRUCTURE evidenciaram forte diferenciação entre as amostras provenientes do sul e do centro do estado. Estas diferenças entre as localidades podem estar relacionadas à biologia reprodutiva da espécie, mas também devem sofrer influência da devastação ambiental promovida na região, aumentando o isolamento genético.
Palavras-Chave: Meliponíneos, estrutura genética, isolamento genético, RAPD
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ABSTRACT
VALE, K. A. G. Genetic Diversity and Population Structure of the Bee Scaptotrigona aff. depilis on Piauí. In 2013. 58 p. Dissertation to obtain the title of Master of specialization in Genetics and Breeding - Federal University of Piauí, Teresina, Piauí, 2013.
The bees of Meliponini tribe are major pollinators of flora, however most species may be endangered. Among them is Scaptotrigona aff. depilis, which is a species that lives in hollow trees in highly populated colonies. There are no works published on this species in Piauí state, however, its importance is evidenced by its potential for the production of honey and pollination of crops such as cucumber. It is necessary to understand the population dynamics of the species for future management and conservation strategies. This study aimed to analyze the genetic diversity and population structure of Scaptotrigona aff. depilis at Piauí state using RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) markers. Populations were analyzed in three municipalities from southern Piauí (Santa Luz, Bom Jesus and Cristino Castro) and a central region of the state (Dom Expedito Lopes). Five primers were chosen based on the consistency of the amplified bands and the occurrence of polymorphisms. A total of 89 polymorphic loci (78.76%) were identified and have shown low level of genetic diversity within populations (HS = 0.1786). It was observed that 44.54% of the total genetic variability was found within populations and 55.46% between them. Populations were highly structured, with analogue FST statistics showing values highly significant (θB = 0.6217 and ΦST = 0.60, p <0.001). Clustering analyses based on Jaccard similarity coefficient indicated that genetic structure corroborates with the geographic distribution of the species. In addition, results of the program STRUCTURE showed strong differentiation between samples from the south and center of the state. These differences between locations may be related to reproductive biology of the species, but also should be influenced by the environmental devastation promoted in the region.
Keywords: stingless bees, genetic structure, genetic isolation, RAPD
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Distribuição do gênero Scaptotrigona na Região Neotropical em destaque, de acordo com Camargo e Pedro (2013). Fonte: Modificado do Wikipédia, 2013.....17
Figura 2 – Rainha de Scaptotrigona aff. depilis recém acasalada. Foto: Cristiano Menezes. Disponível em: Santos e Imperatriz-Fonseca em Estratégias reprodutivas dos machos de abelhas melíferas e sem ferrão, 2011...............................................19
Figura 3 – Representação dos alelos de RAPD diferenciando os locus amplificados e não amplificados. Alelo AA (A) com dois alelos amplificados, alelo Aa (B) com apenas um alelo amplificado e alelo aa (C) não apresenta alelo amplificado. Fonte: Modificado do Dag/UFLA, 2013.................................................................................25
Figura 4 - Mapa do Piauí notando a localização dos municípios de onde foram retiradas as amostras de abelhas Scaptotrigona aff. depilis no período de 2013......28
Figura 5 - Exemplo de um padrão de amplificação dos fragmentos RAPD obtidos pelo primer UBC-125 com o DNA das Scaptotrigona aff. depilis de Cristino Castro (CC) e Dom Expedito Lopes (EL), 2013.....................................................................34
Figura 6 - Dendrograma gerado pelas similaridades genéticas entre 49 amostras de abelhas, utilizando o índice de similaridade de Jaccard, e o método de agrupamento UPGMA, Santa Luz (SL), Bom Jesus (BJ), Cristino Castro (CC) e Dom Expedito Lopes (EL)..................................................................................................................36
Figura 7 - Representação gráfica do ΔK mais provável de acordo com Evanno; Regnault e Goudet, (2005)........................................................................................37
Figura 8 - Designação das populações de Scaptotrigona aff. depilis usando a estrutura baseada na alocação das amostras para K=2. 1 e 2 - Santa Luz, 3 a 9 - Bom Jesus, 10 a 19 - Cristino Castro, 20 a 49 - Dom Expedito Lopes......................37
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificação taxonômica até a espécie Scaptotrigona aff. depilis. Fonte: Disponível em: http://moure.cria.org.br/catalogue.....................................................17
Tabela 2 – Localização e quantidade de colônias de Scaptotrigona aff. depilis utilizadas. A origem das amostras indicam se as mesmas foram provenientes de meliponários (M) ou de ninhos naturais (N)...............................................................27
Tabela 3 - Marcadores RAPD para a diversidade e estrutura genética das Scaptotrigona aff. depilis. Todas as reações foram realizadas com temperatura de anelamento a 37ºC, Teresina-PI, 2013......................................................................30
Tabela 4 – Primers de RAPD selecionados, com suas respectivas sequências, número de fragmentos amplificados e polimórficos. Teresina, PI, 2013....................33
Tabela 5 - Índices de diversidade genética (hS) para as quatro populações de Scaptotrigona aff. depilis, Teresina, PI, 2013.............................................................34
Tabela 6 - Resumo da análise de variância molecular (AMOVA) para as quatro populações de Scaptotrigona aff. depilis., com todas as amostras de cada colônia, Teresina, PI, 2013......................................................................................................38
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1. INTRODUÇÃO
As abelhas da tribo Meliponini (Hymenoptera, Apidae) são conhecidas como abelhas-sem-ferrão em decorrência de apresentarem ferrão atrofiado. São as principais responsáveis pela polinização da maioria das espécies vegetais do Brasil constituindo um dos principais grupos de polinizadores de plantas floríferas nativas, permitindo a manutenção do equilíbrio ecológico na manutenção de plantas nativas (KOLING; MORETTO, 2010), e têm sido criadas principalmente para a produção de mel, cera, pólen e própolis. Essas abelhas estão distribuídas pelas regiões tropicais do mundo, bem como nas regiões subtropicais do hemisfério sul, sendo importantes do ponto de vista econômico e ambiental (SILVEIRA; MELO e ALMEIDA, 2002).
Dentro dos Meliponini, encontram-se as abelhas pertencentes ao gênero Scaptotrigona (CAMARGO; PEDRO, 2013). Este distribui-se por toda a região Neotropical e apresenta grande diversidade de formas, na qual constituem complexos de difícil separação e espécies ainda não descritas cientificamente. O gênero caracteriza-se por reunir espécies com colônias bastante populosas, as quais constroem seus ninhos em cavidades pré-existentes. São abelhas eussociais e, em geral, robustas (SILVEIRA; MELO e ALMEIDA, 2002).
De acordo com Kerr; Carvalho e Nascimento, (1996), a partir do cerume (mistura de cera com resina), são construídos potes, onde os alimentos, pólen e mel, são armazenados. Essas abelhas misturam material resinoso das plantas com cera e terra, formando o geoprópolis. Neste grupo, a espécie Scaptotrigona aff. depilis apresenta cerca de 100.000 indivíduos dentro de uma colônia. Suas castas são diferenciadas e seus ninhos apresentam arquitetura bem elaborada. Cada colônia é constituída pela rainha, os zangões e as operárias, onde cada um desempenha a sua função (BELLUSCI; MARQUES, 2001). Essas abelhas apresentam um potencial de polinização com algumas culturas de grande importância econômica, como por exemplo, o pepino (SANTOS; ROSELINO e BEGO, 2008), além disso, o mel apresenta um sabor exótico, com aspecto limpo e de boa qualidade, podendo ser explorado, pois a produção é constante ao longo do ano.
Apesar das colônias populosas, muitas espécies de meliponíneos apresentam populações reduzidas, o que compromete sua diversidade, sendo as principais causas dessa redução populacional a destruição dos ambientes naturais causadas por
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desmatamento, uso indiscriminado de agrotóxicos e a ação predatória de meleiros. Com a degradação ambiental, o número de populações de meliponíneos pode desaparecer com grande rapidez (ZAYED, 2009). Essa fragmentação do ambiente leva ao isolamento e/ou redução do tamanho populacional e, consequentemente, à perda da variabilidade genética.
Neste contexto, estudos sobre a estrutura genética das populações podem ser utilizados para auxiliar no direcionamento de políticas de conservação. Os parâmetros genético-populacionais estimados com base em marcadores moleculares podem ser úteis para a conservação da espécie. Sendo assim, estes podem atuar na detecção de grupos que apresentem diferentes magnitudes de variabilidade genética e que, portanto, requerem estratégias distintas para a sua conservação (ZAYED, 2009).
A biologia molecular é uma ferramenta importante que vem sendo utilizada em diversos estudos na genética de populações de insetos, através dos marcadores moleculares. Esses marcadores permitem fazer distinção diretamente em nível de DNA acessando a variabilidade genética em diversas espécies. Estes não sofrem influência de fatores ambientais e mostram alto nível de polimorfismo (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1998).
Atualmente existe grande variedade de marcadores moleculares disponíveis para diferentes estudos genéticos. Entre eles está o RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA), que permite a ampliação de fragmentos de DNA delimitados por primers com sequências curtas e arbitrárias. Estes se hibridizam em sequências complementares no DNA, sendo detectadas variações produzidas por mutações nos sítios de hibridização, ou mesmo por inserções e deleções entre os sítios (CERUTI; LÁZZARI, 2003). A técnica de RAPD apresenta muitas vantagens metodológicas que justificam sua utilização em estudos genéticos de diferentes organismos, quando comparado com outras metodologias, pois não necessita de trabalhos preliminares, como exemplo a construção de bancos genômicos. Apresenta um custo relativamente baixo e permite detectar grande quantidade de polimorfismo de segmentos de DNA distribuídos no genoma (CASTIGLIONI; BICUDO, 2003).
O presente trabalho teve o objetivo de avaliar a diversidade genética e a estrutura de populações de Scaptotrigona aff. depilis no Estado do Piauí utilizando os marcadores moleculares do tipo RAPD.
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2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. Abelhas-sem-ferrão
As abelhas constituem o principal grupo de polinizadores de plantas floríferas em diversos ecossistemas e contribuem na manutenção do equilíbrio ecológico e perpetuação de um grande número de espécies de plantas em diversos ecossistemas, garantido a disponibilidade de alimentos para outros animais que dependem dessas plantas (KOLING; MORETTO, 2010). Considera-se que as abelhas tenham divergido das vespas no Cretáceo Mediano, há cerca de 100 milhões de anos, no entanto, os fósseis mais antigos, datam do Eoceno, há aproximadamente 40 milhões de anos (WINSTON, 2003).
As abelhas estão inclusas na ordem Hymenoptera, juntamente com vespas e formigas. De acordo com Ascher et al. (2008), existem mais de 19.500 espécies de abelhas no planeta. Essas abelhas estão distribuídas em 425 gêneros pertencentes a sete famílias (MICHENER, 2000).
De acordo com Nogueira-Neto (1997), as abelhas podem ser reunidas na superfamília Apoidea, a qual é constituída por diversas famílias. Dentro desta, a família Apidae apresenta o maior número de tribos. Esta família é dividida em cinco subfamílias: Andreninae, Apinae, Colletinae, Halictinae e Megachilinae. A subfamília Apinae, está dividida em 20 tribos, entre elas os Meliponini, a qual é composta por 412 espécies, reunidas em 33 gêneros (CAMARGO; PEDRO, 2013). No entanto, este número é subestimado, pois há um grande número de espécies existentes e ausência de estudos de alguns gêneros (MICHENER, 2007).
Estas abelhas são as principais responsáveis pela polinização da maioria das espécies vegetais do Brasil e são responsáveis por cerca de 40 a 90% da polinização das árvores nativas (MORAES; BAUTISTA e VIANA, 2000). Entre as principais espécies polinizadas estão o coco, macadâmia, manga, mapati, urucum (HEARD, 1999), morangos (MALAGODI-BRAGA; KLEINERT, 2004), tomate (MACIAS; QUEZADA-EUAN e PARRA-TABLA, 2001) e pimentão (CRUZ et al., 2003). Elas são
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consideradas polinizadores eficientes por apresentarem adaptações para a coleta de recursos florais, sendo criadas principalmente para a produção de mel, cera, pólen e própolis, além de estarem presentes em todo o território nacional (MICHENER, 2007).
As abelhas-sem-ferrão apresentam grande diversidade genética, morfológica e comportamental (KERR et al., 2001). Apresentam porte minúsculo a médio, com tamanho que varia entre 1,8 a 13,5mm, em geral com características robustas. São distintas de outras abelhas corbiculadas por apresentarem venação das asas reduzidas e ferrão vestigial (MICHENER, 2007). As espécies existentes são eussociais (MICHENER, 2007; SILVEIRA; MELO e ALMEIDA, 2002), caracterizando-se pela sobreposição de gerações dentro do ninho e pela divisão do trabalho reprodutivo entre castas (MICHENER, 2000). Suas colônias são bastante numerosas podendo variar de 800 a 100.000 abelhas. A colônia é dividida em algumas áreas: (I) o ninho, os quais são construídos em cavidades pré-existentes como, ocos de árvores, ninhos abandonados de cupins e formigas, ou mesmo ninhos expostos, os quais são construídos com uma mistura de cera, própolis e barro denominada cerume; (II) a entrada, constituída por um orifício situado no centro de raias de barro ou de geoprópolis, no interior existe outro tubo, denominado túnel de ingresso, (III) o túnel de ingresso desemborca perto do lugar onde estão as células de cria, que depois de enchidas na maior parte de sua capacidade com alimento larval, as células de cria recebem um ovo e em seguida fechadas, e (IV) a região dos potes de alimento, localizados fora da região de cria feitos de cerume ou de cera, onde são armazenados os alimentos energético e proteico utilizado para colônia (NOGUEIRA-NETO, 1997). A parte interior das colônias é constituída dos batume, mistura de ceras, resina e materiais coletados no meio ambiente, o qual manterá um local escuro dentro da colônia (MICHENER, 2000; GONÇALVES; MARQUES, 2012).
A cera dos meliponíneos é secretada pelas abelhas jovens a partir de glândulas presentes no dorso do abdome, que formam uma placa de cera branca sobre esta região. Alguns meliponíneos usam a cera branca na entrada do seu ninho. Além disto, a cera também pode ser misturada com material resinoso de planta ou terra, o produto dessa mistura é denominado de geopropólis (ARAÚJO et al., 2010).
A reprodução das abelhas-sem-ferrão ocorre através da enxameagem. Durante a reprodução as operárias deixam a colônia original e procuram um local adequado para a construção de novo ninho. Ao encontrá-lo as abelhas informam a localização às
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demais. Em seguida as operárias migram para o local, levando o cerume retirado da colônia original e iniciam a construção do novo ninho. Quando o ninho está pronto à rainha recém-acasalada e as operárias migram para a nova colônia. A enxameagem ocorre a curtas distâncias da colônia matriz, pelo fato das abelhas necessitarem ainda transportar cera e alimento para o novo local da nidificação (CARVALHO-ZILSE; KERR, 2004). Essa relação impede que as abelhas se dispersem para grandes distâncias, pois a colônia permanece sempre no mesmo local até o fim do seu ciclo de vida (ALVES; IMPERATRIZ-FONSECA, 2010).
Em relação aos mecanismos de determinação do sexo em Hymenoptera, o principal é a haplodiploidia, onde os machos haploides são produzidos por partenogênese e fêmeas diploides resultam do desenvolvimento de ovos fecundados (CROZIER, 1977).
2.2. Meliponicultura no Brasil
O manejo racional de abelhas-sem-ferrão é chamada de meliponicultura, na qual as colmeias são produzidas pelos próprios criadores onde a forma e a dimensão irá variar de acordo com a biologia da espécie, sendo uma atividade de desenvolvimento sustentável (YAMAMOTO; AKATSU e SOARES, 2007; SANTOS, 2010). Venturieri (2004), afirma ser uma atividade que pode ser integrada a plantios florestais, de fruteiras e/ou culturas de ciclo curto, ou que pode aumentar a produção agrícola. No entanto é importante que essas abelhas não sejam criadas fora da região geográfica de ocorrência natural, caso contrário elas podem não se adaptar às novas condições ambientais e morrer (PEREIRA; LOPES e SOUZA, 2010).
No Brasil, os Meliponini representam uma fonte de renda para o produtor, com a venda de mel, reprodução, venda de colmeias (CARVALHO; ALVES e SOUZA, 2003) e programas de educação ambiental, podendo ser executada por mulheres, jovens e idosos, já que não exige tanta dedicação e esforço físico, pois as abelhas são animais que buscam livremente seu alimento na natureza (VENTURIERI, 2004).
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O desenvolvimento da meliponicultura é proporcionado pelo sabor diferenciado do mel dessas abelhas, caracterizado internacionalmente como exótico, além da sua utilização em tratamento de bronquites, resfriados e infecções oculares, além de apresentar importância social, através do desenvolvimento sustentável, no manejo de abelhas em caixas racionais, complementando a renda de inúmeras famílias (VIT; MEDINA; ENRÍQUEZ, 2004; YAMAMOTO; AKATSU e SOARES, 2007).
2.3. Gênero Scaptotrigona
Dentro da tribo Meliponini, encontram-se as abelhas pertencentes ao gênero Scaptotrigona. De acordo com Pedro e Camargo (2013), a tabela 1 mostra a classificação taxonômica dessas abelhas.
Tabela 1 - Classificação taxonômica até a espécie Scaptotrigona aff. depilis. Fonte: Disponível em: http://moure.cria.org.br/catalogue.
Camargo e Pedro (2013) Família SubFamília Tribo Gênero Espécie
Apidae
Apinae
Meliponini
Scaptotrigona
Scaptotrigona aff. depilis
Atualmente são descritas 22 espécies de Scaptotrigona distribuídas por toda a região Neotropical (Figura 1) (CAMARGO; PEDRO, 2013). Essas abelhas apresentam uma grande diversidade de formas, com complexos de difícil separação, o que tem como consequência um grande número de espécies ainda não descritas (SILVEIRA; MELO e ALMEIDA, 2002).
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Figura 1 - Distribuição do gênero Scaptotrigona na Região Neotropical em destaque, de acordo com Camargo e Pedro (2013). Fonte: Modificado do Wikipédia, 2013.
O gênero Scaptotrigona reúne espécies com colônias bastante populosas, que constroem seus ninhos em cavidades pré-existentes. As abelhas no geral são robustas e as operárias desse gênero se caracterizam por apresentar o corpo com pigmentação escura, cujo tamanho varia entre 5 a 7 mm (MICHENER, 2000) e são responsáveis em recolher pólen, néctar e resinas, os quais são armazenados dentro do ninho para alimentar abelhas novas e adultas (FARIA et al., 2012). O alimento, pólen e mel são armazenados em potes ovalados e a resina colocada em pilhas (JUNGNICKEL et al., 2004).
As Scaptotrigona, assim como todas as abelhas sociais, apresentam uma grande interação social dentro e fora dos ninhos, além de terem a capacidade de reconhecer companheiras, distinguindo-as de indivíduos de outras colônias. Embora apresentem ferrão atrofiado, essas abelhas defendem-se de outras formas, enrolando-se no cabelo ou pêlo de vertebrados, beliscando a pele, ou mesmo liberando feromônio que atraem outras abelhas para o ataque.
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Entre os meliponíneos a espécie S. aff. depilis (Figura 2) apresentam grandes colônias com cerca de 100.000 indivíduos. Suas castas são extremamente diferenciadas e ninhos são encontrados em locais bem protegidos, como por exemplo, nas cavidades de árvores, os quais apresentam uma arquitetura elaborada, cuja comunicação com o ambiente é realizada por meio de túnel estreito. Cada colônia é constituída por uma rainha, que põe os ovos, os machos, que estão presentes durante a fase reprodutiva, e as operárias responsáveis por atividades de manutenção da colônia, defesa dos ninhos, as quais são bastante defensivas, coleta do néctar e pólen, assim como a remoção de resíduos das colônias (BELLUSCI; MARQUES, 2001). As operárias são de porte pequeno, medindo menos de 7mm de comprimento e tórax menor que 2mm, com fenótipo preto fosco com asas claras e venação dourada (DIAS, 2011). Na busca de alimentos as operárias liberam marcas odoríferas durante o percurso. Essas marcas odoríferas funcionam como atrativos, interpretados como o ponto final do caminho da fonte de alimento (SCHMIDT; ZUCCHI; BARTH, 2006).
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Figura 2 – Rainha de Scaptotrigona aff. depilis recém acasalada. Foto: Cristiano Menezes. Disponível em: Santos e Imperatriz-Fonseca em Estratégias reprodutivas dos machos de abelhas melíferas e sem ferrão, 2011.
No Brasil a presença de S. aff. depilis já foi registrada nos estados do Rio Grande do Sul, Paraná, Mato Grosso do Sul, São Paulo, Minas Gerais (CAMARGO; PEDRO, 2013; DIAS, 2011), não havendo ainda registro de sua distribuição no Piauí.
Essa espécie tem se destacado na polinização de culturas de estufa com importância econômica e social, como o pepino (SANTOS; ROSELINO e BEGO, 2008). Em relação ao mel produzido por estas, estudos mostraram que ele apresenta-se limpo e de boa qualidade, além de ter uma produção constante ao longo do ano. Sendo uma vantagem ao produtor que consegue obter aproximadamente a mesma quantidade de mel a cada retirada, sendo a produção média de três litros em um ano por colônia/ano (YAMAMOTO; AKATSU e SOARES, 2007). Comercialmente no ano de 2005, o litro de mel meliponíneos variou de R$20,00 a R$100,00 no mercado (ALVES et al., 2005).
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2.4. Importância das abelhas para a conservação da flora
Os insetos coevoluíram juntamente com as flores com benefícios para ambos os grupos. Ridley (2006) mostra que a coevolução ocorre quando duas ou mais espécies são capazes de influenciar as evoluções umas das outras, onde cada uma exerce uma pressão seletiva e evolui em resposta à outra espécie, sendo pronunciada para explicar a adaptação mútua de duas espécies. As abelhas obtêm seu alimento nas flores, as quais se beneficiam desta interação produzindo frutos com maior diversidade genética (OLLERTON; WINFREE; TARRANT, 2011).
Segundo Proctor; Yeo e Lack (2004), a polinização da maioria das plantas requer animais, como pássaros, mamíferos e insetos. Cruz e Campos (2009) mostraram que as abelhas-sem-ferrão são os insetos sociais mais promissores para o uso como polinizadores comerciais. Essas abelhas desempenham um importante papel para a manutenção da biodiversidade dos ecossistemas, sendo responsáveis pela polinização de grande parte das árvores brasileiras. Estudos de desenvolvimento em formação florestais vem indicando esse caráter de importância dos meliponíneos.
Na busca de recursos florais, essas abelhas visitam um espectro diversificado de flores, transportando involuntariamente grãos de pólen e consequentemente garante a reprodução das espécies vegetais (SILVA; PAZ, 2012). Estima-se que elas sejam responsáveis por 40% a 90% da polinização das espécies florestais nativas. Além de produzir mel e alguns produtos medicinais, elas auxiliam no reflorestamento. No Brasil, 78% das espécies vegetais do cerrado são polinizadas, primária ou secundariamente, por abelhas, assim como na caatinga (CASTELLETI et al., 2000).
Economicamente, as abelhas não são importantes somente pelos produtos que nos fornecem, mas estima-se que um terço da alimentação humana dependa direta ou indiretamente da polinização realizada por elas, como por exemplo nas culturas de morango, tomate, berinjela, açaí, pimenta, entre outros (VILLAS- BÔAS, 2012). De acordo com Kremen; Williams e Thorp (2002) e Guimarães (2006), nas áreas agrícolas as abelhas polinizam aproximadamente 66% das 1.500 espécies de plantas no mundo, resultando em um valor estimado de 15 a 30% na produção de alimentos. A polinização de algumas espécies vegetais nativas
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cultivadas nas regiões tropicais e subtropicais promove o cruzamento entre plantas separadas por grandes distâncias, garantindo a manutenção do ciclo de reprodução sexuada das plantas e, consequentemente, a disponibilidade de alimento para outros animais.
Portanto, é primordial o estudo e a criação das abelhas-sem-ferrão, pelo fato de serem as principais responsáveis pela polinização da flora. Estas auxiliam diretamente nos programas de reflorestamento, melhoria do pasto apícola e contribuem nos rendimentos da fruta e semente.
2.5. Impactos da destruição ambiental sobre a fauna de abelhas
A ocupação do ambiente pelo homem causa impactos nas comunidades locais de abelhas, por meio da eliminação de fontes de alimento, destruição de substratos de nidificação, uso indiscriminado de agrotóxicos, queimadas, desmatamento desordenado, entre outros (ZAYED, 2009). Apesar das colônias populosas, muitas espécies de meliponíneos, apresentam populações reduzidas, o que compromete sua diversidade. Silveira; Melo e Almeida (2002), concluíram que à medida que as florestas são derrubadas e substituídas por plantio ou mesmo áreas urbanas, as espécies de abelhas que dependem diretamente desses ambientes são extintas ou confinadas a pequenos fragmentos. Consequentemente pode ocorrer o desaparecimento dessas abelhas por problemas de escassez de recursos, aumento da endogamia pela redução populacional, competição ou predação, levando à perda da variabilidade genética.
Essas abelhas são sensíveis a perturbações ambientais e dependem das características climáticas e da flora de suas regiões de origem. Além disso, o processo de dispersão natural pode ser considerado lento. No entanto, o desmatamento desordenado ocasiona a falta de locais para nidificação das espécies, pois os locais utilizados pelas abelhas são principalmente ocos de árvores. A falta desses ocos de árvores ou fendas para a nidificação gera um desequilíbrio populacional ou mesmo a extinção da espécie (FREITAS et al., 2009; BRASIL, 2009).
Leal; Tabarelli e Silva (2003), afirmaram que na caatinga, a diversidade de abelhas é relativamente baixa, entretanto existe uma fauna de abelhas formada por várias espécies endêmicas, o que ressalta valor da sua preservação. Nas áreas de caatinga arbórea, por exemplo, é possível a existência restrita de uma fauna associada ao atual quadro de devastação dessa vegetação.
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Para manter a população geneticamente estável é necessário incentivar as criações racionais, conhecidas como meliponicultura, permitindo associar a exploração comercial com a manutenção da espécie (CAMPOS, 1994). Sua preservação pode ser conquistada não somente por meio de aspectos ecológicos, mas também com o auxílio da genética de populações. Além de repassar aos agricultores as informações sobre a importância da relação entre produção e conservação dos habitats dessas abelhas, a principal limitação para aumentar sua conservação e o interesse comercial sobre as mesmas é a falta de técnicas de reprodução em massa associada à baixa taxa de reprodução das colônias (SLAA; SÁNCHEZ CHAVES e MALAGODI-BRAGA, 2006).
2.6. Marcadores moleculares como ferramenta de estudo para conservação
Na década de 60, estudos de polimorfismos nas populações eram realizados por meio de marcadores baseados nos fenótipos dos indivíduos. Esses marcadores (conhecidos como marcadores morfológicos) representam um número restrito dentro de linhagens com acesso reduzido a poucas espécies. Além disso, são afetados pelas influências ambientais, o que torna as variantes fenotípicas raras, classificando as populações como geneticamente homogêneas (FUTUYMA, 1992; FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1998).
Após o surgimento de técnicas modernas de biologia molecular, como por exemplo, a reação em cadeia de polimerase (PCR) descrita por Kary Mullis em meados da década de 80, surgiram diversos métodos para verificar polimorfismo genético de DNA. Esta técnica pode ser utilizada em diversas metodologias para detectar e analisar a variabilidade genética a nível molecular, inclusive em estudos relativos à conservação por meio dos marcadores moleculares. O princípio da utilização desses marcadores é baseado no dogma central da biologia molecular, com a vantagem de se obter polimorfismo genético, identificação direta do genótipo sem influência do ambiente e gerar maior quantidade de informação genética por loco (FALEIRO, 2007).
Os marcadores moleculares são locos gênicos que apresentam variabilidade e podem ser utilizados para detectar diferenças entre dois ou mais indivíduos, duas ou mais populações (AVISE, 1994; SILVA; RUSSO, 2000). Segundo Waldschmidt
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(2000), constituem ferramentas de grande importância para o conhecimento biológico e populacional das espécies. Geralmente são marcadores neutros em relação a efeitos fenotípicos (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1998). Esses marcadores têm sido utilizados em estudos evolutivos, ecológicos, filogenéticos e taxonômicos, como por exemplo, em estudo de análise genética em abelhas Melipona quadrifasciata Lep, por meio de marcadores RAPD, com objetivo de distinguir duas subespécies (WALDSCHMIDT et al., 2002). O desenvolvimento dos marcadores moleculares tem sido rápido e a possibilidade de amplificação dos segmentos de DNA por meio da PCR desvendou o paradigma da inferência do genótipo através do fenótipo (CASTIGLIONI; BICUDO, 2003).
A partir da década de 90, novas técnicas de biologia molecular passaram a fornecer maior número de marcadores do que os que estavam disponíveis. Com isso, acentuaram-se grandemente os estudos de sistemáticas, transmissão genética e genética de populações, inclusive em abelhas (HALL, 1991).
Estudos sobre a estrutura genética das populações podem ser utilizados para auxiliar no direcionamento de políticas de gerenciamento. Os parâmetros genético-populacionais estimados com base em marcadores moleculares podem ser úteis para a conservação da espécie, bem como na elaboração de uma regulamentação que vise seu uso sustentável. Sendo assim, estes podem atuar na detecção de grupos que apresentem diferentes magnitudes de variabilidade genética e que, portanto, requerem estratégias distintas para a conservação dos meliponíneos (AVISE; HAMRICK, 1996).
Entre os diversos marcadores genéticos existentes, os marcadores RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) têm sido eficazes para distinguir subespécies de várias espécies de abelhas (SUAZO; MACTIERNAN e HALL, 1998; WALDSCHMIDT, 2000; OLIVEIRA et al., 2004). Em 1990, surgiu a ideia de se utilizar primers de sequências curtas e arbitrária durante a reação de amplificação, eliminando o conhecimento prévio da sequência a ser amplificada (SUAZO; MACTIERNAN e HALL, 1998; LOPES et al., 2002). Esses primers quando submetidos a temperaturas ideais se hibridizam com sequências genômicas complementares. Essa técnica foi desenvolvida por Williams et al. (1990), o qual patentearam a tecnologia denominando-a RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) e Welsh e Mcclelland (1990), que propuseram o nome de AP-PCR (Arbitrarily Primed Polymerase
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Chain Reaction), assim como DAF (DNA Amplification Fingerprinting), nome proposto por Caetano-Anollés Bassam e Gresshoff, (1991a,b), com o objetivo de detectar diferenças genéticas entre organismos.
A amplificação desse marcador ocorre quando no genoma existem dois sítios complementares ao primer, localizados em regiões opostas e distantes entre si. O iniciador pode encontrar várias regiões complementares à sua sequência, e consecutivamente, mostrar vários locos. Ferreira e Grattapaglia (1998) dizem que os primers arbitrários dirigem a síntese dos segmentos de DNA simultaneamente em diversos pontos do genoma, o qual será representado em bandas no gel. Os fragmentos obtidos são separados por eletroforese em gel de agarose.
O polimorfismo apresentando pelos marcadores RAPD é gerado a partir de mutações ou rearranjos entre dois sítios ou mesmo no próprio sítio de hibridização dos dois primers (LOPES et al., 2002), sendo de natureza binária, onde o segmento está presente ou ausente nos fragmentos ou bandas do gel. Evidências mostram diferenças de apenas um par de bases, ou seja, mutações em ponto, as quais são suficientes para causar a não complementariedade do primer com o sítio de iniciação, o que impede a amplificação de um segmento (CASTIGLIONI; BICUDO, 2003).
O número de marcadores RAPD amplificados e visualizados na eletroforese está teoricamente ligado ao comprimento do primer, assim como tamanho e complexidade do genoma. A técnica de RAPD produz segmentos a partir da amplificação onde a complementariedade entre o primer e o sítio de iniciação no DNA molde é mais elevada (CASTIGLIONI; BICUDO, 2003).
O RAPD caracteriza-se como um marcador genético dominante. Não é possível distinguir um indivíduo heterozigoto para determinado loco de um indivíduo homozigoto dominante, ou seja, olhando para o gel não tem como distinguir se o segmento originou-se de uma ou duas cópias de sequências amplificadas. Sendo no gel alelos de um mesmo loco revelados pela presença ou ausência de uma banda, o genótipo homozigoto recessivo é identificado pela ausência e o homozigoto e dominante e heterozigoto pela presença da banda no gel (Figura 3). O RAPD não apresenta sensibilidade quantitativa para diferenciar os dois casos, portanto o genótipo homozigoto recessivo (aa) é identificado pela ausência da banda no gel e o homozigoto dominante e
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heterozigoto os quais revelam bandas no gel, é colocado na mesma classe fenotípica (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1998; CASTIGLIONI; BICUDO, 2003).
Figura 3 – Representação dos alelos de RAPD diferenciando os locus amplificados e não amplificados. Alelo AA (A) com dois alelos amplificados, alelo Aa (B) com apenas um alelo amplificado e alelo aa (C) não apresenta alelo amplificado. Fonte: Modificado do Dag/UFLA, 2013.
O RAPD apresenta algumas vantagens em relação a outros marcadores, como: baixo custo, técnica simples e acessível com sequências repetitivas do genoma e revela níveis altos de polimorfismo genético. Como já mencionado, não é necessário o
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conhecimento prévio das sequências de nucleotídeos no qual flanqueia a sequência de DNA de interesse, pois um conjunto único de primers arbitrário pode ser utilizado para qualquer organismo. Assim, também não é necessária a construção de bancos genômicos. Essa técnica tem sido aplicada também quando há escassez de DNA, pois pode ser realizada a partir de uma baixa quantidade de material para análise genotípica do indivíduo. Outra vantagem é a geração de uma grande quantidade de polimorfismo de segmentos de DNA distribuídos no genoma. Entretanto, esses marcadores apresentam suas limitações, pois não permitem a distinção entre genótipos homozigotos e heterozigotos dominantes e a reprodutibilidade dos fragmentos gerados tem se mostrado sensíveis a pequenas modificações nos componentes da reação, como a quantidade e a qualidade de DNA, a concentração de íons magnésio e a concentração da enzima Taq polimerase. Portanto, deve-se buscar uma padronização da reação e a utilização de um método de separação dos fragmentos de alta resolução (LOPES et al., 2002; CASTIGLIONI; BICUDO, 2003) .
Esses marcadores têm sido utilizados em estudos populacionais. Em abelhas são utilizados como ferramenta para estudos da genética, sistemática, ecologia de populações, variabilidade genética e distância genética (SUAZO; MACTIERNAN e HALL, 1998; OLIVEIRA et al., 2004). Vasconcelos (1998), utilizando marcadores RAPD, determinou as distâncias genéticas entre populações de Melipona rufiventris, identificando a presença de três grupos entre as populações estudadas. Além disso, o marcador pode ser utilizado para identificar e discriminar indivíduos, cultivares, variedades, subespécies e espécies (NIGATO, 2000, WALDSCHMIDT, 2000, GHANY; ZAKI, 2003). Suzuki et al. (2006), também utilizaram esse marcador para analisar as similaridades genéticas em Euglossa truncata, assim como, Waldschmidt et al. (2002) que realizou análise genética de Melipona quadrifasciata Lep. e concluiu um alto grau de similaridade genética entre as abelhas provenientes de diferentes regiões. De acordo com a distância genética dois grupos podem ser distinguidos, um pertencente à subespécie Melipona quadrifasciata quadrifasciata (região de Santa Catarina) e outro pertencente à subespécie Melipona quadrifasciata anthidioides (demais regiões amostradas).
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3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Amostragem
Foram utilizados 49 espécimes de Scaptotrigona aff. depilis, provenientes de quatro municípios do Estado do Piauí: Dom Expedido Lopes, Bom Jesus, Cristino Castro e Santa Luz (Tabela 2 e Figura 4). As abelhas adultas foram coletadas diretamente na entrada das colônias de ninhos naturais ou em meliponários, as quais foram trazidas vivas para o laboratório ou fixadas em
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etanol P.A. dentro de tubos criogênicos de 2,0 mL. Os tubos foram identificados e, em seguida, o material foi estocado em freezer a -20°C para posterior extração do DNA total.
Indivíduos extras foram coletados das colônias e encaminhados ao Laboratório de Zoologia da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto – USP, para identificação e confirmação da espécie.
Tabela 2 – Localização e quantidade de colônias de Scaptotrigona aff. depilis utilizadas. A origem das amostras indicam se as mesmas foram provenientes de meliponários (M) ou de ninhos naturais (N).
Município
Origem
Coordenadas geográficas
Figura 4 - Mapa do Piauí notando a localização dos municípios de onde foram retiradas as amostras de abelhas Scaptotrigona aff. depilis no período de 2013.
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3.2. Extração de DNA
O DNA genômico das abelhas foi extraído no Laboratório de Genética da Universidade Federal do Piauí, Campus Profª. Cinobelina Elvas, através do kit de extração Qiagen QIAamp® DNA Mini Kit (250), com as modificações descritas abaixo.
Foram utilizados a cabeça e o tórax de cada indivíduo, os quais foram individualmente fragmentados com auxílio de bisturi e armazenados dentro de microtubos de 1,5 mL. A cada amostra foi adicionado 90 μL de tampão ATL e 20 μL de proteinase K fornecidos com o kit. Os microtubos com as amostras foram agitados em vórtex e incubados a 56°C por quatro horas. Após a incubação as amostras foram centrifugadas a 1 minuto a 8000 rpm. Em seguida adicionou-se 100 μL de tampão AL sendo o material agitado em vórtex e incubado a 70°C por 10 minutos. Após essa incubação, foram adicionado 100 μL de álcool absoluto, levando os microtubos ao vórtex e, em seguida a uma centrifugação a 1 minuto por 8000 rpm. O sobrenadante foi transferido para um novo tubo contendo um filtro de membrana de sílica. Em seguida foi centrifugado a 1 minuto a 8000 rpm. O filtrado foi descartado e adicionou-se 300 μL de tampão AW1, na qual foi levado à centrífuga por 1 minuto a 8000 rpm. O filtrado foi descartado e adicionou-se 500 μL de tampão AW2, também fornecido com o kit. Novamente o material foi centrifugado por 3 minutos a 14000 rpm. O tampão foi despejado (o processo foi repetido, para remoção total do tampão AW2) e o tubo com filtro foi colocado em outro microtubo de 1,5mL, no qual foi adicionado 50 μL de tampão AE para conservação do DNA. Nesta fase a amostra ficou 5 minutos em temperatura ambiente e em seguida foi à centrífuga a 1 minuto por 8000 rpm para a recuperação do DNA. As amostras foram estocadas em freezer a -20°C para procedimentos posteriores.
A integridade e a pureza do DNA extraídos foram verificadas por meio da quantificação em gel de agarose a 0,8%. Os géis foram corados com brometo de etídeo e em seguida visualizados em transluminador.
3.3. Marcadores RAPD
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Inicialmente foram avaliados 34 marcadores RAPD, desenhados pela University of Britsh Columbia (Tabela 3) os quais foram testados em amostras de DNA escolhidas aleatoriamente. Cada um foi testado em Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) em volume final de 10 μL contendo os seguintes componentes: tampão de PCR a 1; MgCl2 a 3,0 mM; dNTP a 0,8 μM; primer a 0,8 μM, 1 U de Taq DNA polimerase; 0,5 μL (~5 ng) de DNA genômico e água ultrapura q.s.p. 10 μL. O programa de amplificação consistiu de desnaturação inicial de 5 minutos a 94ºC, seguida de 40 ciclos com desnaturação de 40 segundos a 94ºC, 1 minuto a 37ºC para anelamento e 2 minutos a 72ºC para extensão. Foi realizada uma etapa de extensão final de 10 minutos a 72ºC. A reação foi realizada em termociclador MG96 (Biocycler).
Tabela 3 - Marcadores RAPD para a diversidade e estrutura genética das Scaptotrigona aff. depilis. Todas as reações foram realizadas com temperatura de anelamento a 37ºC, Teresina-PI,
3.4. Genotipagem
A genotipagem foi realizada por eletroforese em gel de agarose a 1,5%, seguida de banho em brometo de etídeo e visualização no transluminador L.PIX (Loccus Biotecnologia).
As informações moleculares obtidas nos géis foram convertidas em dados binários, onde a presença e ausência de bandas foram codificadas, respectivamente com os valores 1 e 0.
3.5. Análise estatística
A partir dos dados gerados em análise direta no gel, foi possível verificar a taxa de polimorfismo após a contagem de quantos locos polimórficos estavam presentes entre o número total de locos amplificadas. Além disso, a taxa de polimorfismo foi avaliada para cada população isoladamente.
O programa HICKORY 1.1, que implementa o método Bayesiano descrito por Holsinger; Lewis e Dey, (2002), foi usado para estimar heterozigosidades (HS), θB (um análogo FST) entre locais de amostragem e o GST-B análogo ao GST de Nei.
A análise de variância molecular (AMOVA) para as quatro populações foi realizado para determinar ΦST, outro análogo FST, utilizando ARLEQUIN 3.0 (EXCOFFIER; LAVAL; SCHNEIDER, 2005). O AMOVA foi configurado agrupando-se as populações em (a) região central (Dom Expedito Lopes) e (b) região sul do Piauí (Bom Jesus, Cristino Castro e Santa Luz).
O programa STRUCTURE versão 2.2 (PRITCHARD; STEPHENS; DONNELLY, 2000) foi utilizado para definir o número de grupos (K) mais provável nas amostras coletadas, por meio de métodos bayesianos sem informações a “priori” sobre a origem das amostras. Foram utilizadas 100.000 simulações de Cadeias de Markov Monte Carlo com burn in de 200.000 e modelo de ancestralidade no admixture. Foram testados valores de K variando de 1 a 8. A determinação do K mais provável em relação aos propostos foi realizada utilizando valores de ΔK (EVANNO; REGNAULT; GOUDET, 2005). A similaridade genética entre as amostras foi estimada utilizando o programa PAST (HAMMER; HARPER; RYAN, 2001) de acordo com o coeficiente de similaridade de Jaccard. A análise de agrupamento foi realizada no conjunto de dados para a
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construção de um dendrograma utilizando o método de Ligação Média entre Grupos (UPGMA) para determinar a relação genética entre as amostras. Foram utilizadas 10.000 repetições de bootstrap para verificar a confiabilidade do dendrograma gerado.
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4. RESULTADOS
4.1. Perfil dos marcadores RAPD
Dos 34 primers de RAPD testados, apenas cinco apresentaram sucesso nas amplificações e presença de polimorfismos. Destes marcadores foram amplificados um total de 113 bandas (locos), sendo 89 polimórficas (78,76%). Os detalhes de cada marcador encontram-se descritos na Tabela 4, e o padrão de bandas de RAPD obtido pelos mesmos está representado na Figura 5, pelo primer UBC 125. Foi observada uma variação de 17 a 28 bandas amplificadas, com média de 22,6 por primer.
Tabela 4 – Primers de RAPD selecionados, com suas respectivas sequências, número de fragmentos amplificados e polimórficos. Teresina, PI, 2013.
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Nº de fragmentos
Primer
Sequências
Amplificados
Polimórficos
UBC-13
5’-CCTGGGTGGA-3’
17
13
UBC-125
5’-GCGGTTGAGG-3’
28
24
UBC-243
5’-GGGTGAACCG-3’
24
20
UBC-272
5’-AGCGGGCCAA-3’
18
12
UBC-564
5’-CGGCGTTACG-3’
26
20
Total
113
89
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Figura 5 - Exemplo de um padrão de amplificação dos fragmentos RAPD obtidos pelo primer UBC-125 com o DNA das Scaptotrigona aff. depilis de Cristino Castro (CC) e Dom Expedito Lopes (EL), 2013.
4.2. Diversidade genética
Os índices de diversidade genética dentro de cada população (hS) de S. depilis, variaram de 0,172 a 0,190 com média geral (HS) entre as populações de 0,179 (Tabela 5).
Tabela 5 - Índices de diversidade genética (hS) para as quatro populações de Scaptotrigona aff. depilis, Teresina, PI, 2013.
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Populações
hs
Bom Jesus
0,172
Cristino Castro
0,176
Dom Expedito Lopes
0,177
Santa Luz
0,190
Média (Hs)
0,179
O coeficiente de diferenciação gênica GST-B foi de 0,5546, demonstrando 55,46% da variabilidade genética entre populações. Assim a diversidade gênica das populações (Hs= 0,1786) foi responsável por 44,54% da diversidade gênica total.
As análises de diferenciação populacional mostraram que as populações estão altamente diferenciadas, com θB igual a 0,6217.
4.3. Similaridade genética e estrutura populacional
Os índices de similaridade obtidos por meio do coeficiente de Jaccard entre as populações (ANEXO 1) revelou variação de 0,25 a 1,0, apresentando média de 0,62 (0,1536). O par mais similar ocorreu entre os indivíduos EL44(5) e EL44(7) da população de Dom Expedito Lopes enquanto os mais dissimilares foram registrados entre os indivíduos EL44_4 com CC72_3, CC72_4 e CC72_5, da população de Dom Expedito Lopes com o indivíduo da população de Cristino Castro, respectivamente.
Através das análises de agrupamento foi obtido um dendrograma onde constatou-se a existência de quatro agrupamentos distintos, concordando com a distribuição geográfica dos quatro municípios amostrados (Figura 6). Um deles foi constituído pela população de Dom Expedito Lopes, com 30 amostras situadas na região central do estado do Piauí. O segundo grupo foi formado
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por sete amostras oriundas de Bom Jesus na região do Sul do Piauí. O terceiro, também foi proveniente do Sul do Piauí, com dez amostras de Cristino Castro. O quarto grupo apresentou as duas amostras de Santa Luz (Figura 6).