O Brasil abriga cerca de 50% das espécies de bromélias, sendo o leste brasileiro o centro de diversidade para a subfamília Bromelioideae. Aechmea caudata e A. winkleri são espécies endêmicas da Mata Atlântica, ameaçadas de extinção, fazendo parte de um grupo de difícil delimitação taxonômica do subgênero Ortgiesia. Elas são preferencialmente saxícolas, apresentam flores de pétalas amarelas, com alta taxa de reprodução clonal. Com o objetivo de entender o relacionamento entre A. caudata e A. winkleri, foram realizadas análises filogeográficas, baseadas em microssatélites plastidiais, e análises morfológicas (Capítulo 2). Oitenta e seis indivíduos de A. caudata e 59 de A. winkleri foram amostrados ao longo de toda a distribuição geográfica das espécies, totalizando 13 populações. Os resultados obtidos revelaram o compartilhamento de 12 dos 41 haplótipos detectados e a formação de dois clados distintos, um para cada espécie, a partir das análises morfológicas. Apesar dos resultados obtidos suportarem parcialmente a classificação de A. caudata e A. winkleri como duas espécies distintas, a complexa rede filogeográfica encontrada indica que mais estudos se fazem necessários para o completo entendimento do relacionamento desses taxa. Com a análise dos padrões biogeográficos, duas regiões para A. caudata e uma para A. winkleri foram sugeridas como possíveis refúgios durante as oscilações climáticas do Quaternário. Uma biblioteca de microssatélites nucleares foi construída para a espécie A. winkleri, sendo nove pares de “primers” desenhados (Capítulo 3). Estes marcadores foram testados em 20 indivíduos de quatro populações, porém sem obtenção de um padrão claro e polimórfico de amplificação para nenhum loco. No Capítulo 4, foram descritos os padrões de diversidade genética e estruturação populacional para A. winkleri, utilizando três locos heterólogos de microssatélites nucleares. Foram amostradas quatro populações, totalizando 142 indivíduos. Os resultados indicaram índices de diversidade genética semelhantes aos encontrados para outras espécies de bromélias (HO = 0,556 e HE = 0,630). A riqueza alélica média foi de 3,6 alelos por loco. As populações de A. winkleri apresentaram uma estruturação moderada (FST = 0,082), com um número de migrantes variando entre 1,654 e 4,933 indivíduos por geração. As populações apresentaram desvios significativos do Equilíbrio de Hardy-Weinberg, com um coeficiente de endocruzamento (FIS) médio de 0,152. A conectividade entre as populações, o sistema de cruzamento alógamo e a dispersão das sementes por pássaros podem ser os responsáveis pelos altos índices de diversidade encontrados e pela homogeneização das populações de A. winkleri. / Brazil is home to about 50% of bromeliads species and the eastern Brazilian region is the diversity center for the Bromelioideae subfamily. Aechmea caudata and A. winkleri are endemic and endangered species of the Atlantic Rainforest. These species are part of a group with taxonomic delimitation problems of the subgenus Ortgiesia. They are preferably saxicolous having flowers with yellow petals and high clonal reproduction. In order to understand the relationship between A. caudata and A. winkleri, phylogeographic analysis based on plastid microsatellite and morphological analyses were performed (Chapter 2). Eighty-six individuals of A. caudata and 59 of A. winkleri were sampled throughout the geographical distribution range of the species, totaling 13 populations. The results revealed that 12 out of the 41 haplotypes detected were shared between the two species and the morphological analysis indicated the formation of two distinct clades, one for each species. Although the results partially supported the classification of A. caudata and A. winkleri as two distinct species, the complex phylogeographic network found indicates that further studies are necessary for complete understanding of the relationship of these taxa. With the analysis of biogeographical patterns, two regions for A. caudata and one for A. winkleri were suggested as possible refuges during the Quaternary climate change. A library of nuclear microsatellites was constructed for A. winkleri and nine pairs of primers designed (Chapter 3). These markers were tested in 20 individuals from four populations, but without obtain a clear and polymorphic amplification pattern. In Chapter 4, the patterns of genetic diversity and population structure for A. winkleri were described using three heterelogous nuclear microsatellite loci. We sampled four populations, totaling 142 individuals. The results indicated levels of genetic diversity close to others bromeliads species (HO = 0.556 and HE = 0.630). The averaged allelic richness was 3.6 alleles per locus. The populations of A. winkleri showed a moderate structure (FST = 0.082), with a number of migrants ranging from 1.654 to 4.933 individuals per generation. The populations showed significant deviations from Hardy- Weinberg Equilibrium, with an averaged inbreeding coefficient (FIS) of 0.152. The connectivity among populations, the allogamous mating system and seed dispersal by birds may be responsible for the high levels of diversity found and the homogenization of A. winkleri populations.

O Brasil abriga cerca de 50% das espécies de bromélias, sendo o leste brasileiro o centro de diversidade para a subfamília Bromelioideae. Aechmea caudata e A. winkleri são espécies endêmicas da Mata Atlântica, ameaçadas de extinção, fazendo parte de um grupo de difícil delimitação taxonômica do subgênero Ortgiesia. Elas são preferencialmente saxícolas, apresentam flores de pétalas amarelas, com alta taxa de reprodução clonal. Com o objetivo de entender o relacionamento entre A. caudata e A. winkleri, foram realizadas análises filogeográficas, baseadas em microssatélites plastidiais, e análises morfológicas (Capítulo 2). Oitenta e seis indivíduos de A. caudata e 59 de A. winkleri foram amostrados ao longo de toda a distribuição geográfica das espécies, totalizando 13 populações. Os resultados obtidos revelaram o compartilhamento de 12 dos 41 haplótipos detectados e a formação de dois clados distintos, um para cada espécie, a partir das análises morfológicas. Apesar dos resultados obtidos suportarem parcialmente a classificação de A. caudata e A. winkleri como duas espécies distintas, a complexa rede filogeográfica encontrada indica que mais estudos se fazem necessários para o completo entendimento do relacionamento desses taxa. Com a análise dos padrões biogeográficos, duas regiões para A. caudata e uma para A. winkleri foram sugeridas como possíveis refúgios durante as oscilações climáticas do Quaternário. Uma biblioteca de microssatélites nucleares foi construída para a espécie A. winkleri, sendo nove pares de “primers” desenhados (Capítulo 3). Estes marcadores foram testados em 20 indivíduos de quatro populações, porém sem obtenção de um padrão claro e polimórfico de amplificação para nenhum loco. No Capítulo 4, foram descritos os padrões de diversidade genética e estruturação populacional para A. winkleri, utilizando três locos heterólogos de microssatélites nucleares. Foram amostradas quatro populações, totalizando 142 indivíduos. Os resultados indicaram índices de diversidade genética semelhantes aos encontrados para outras espécies de bromélias (HO = 0,556 e HE = 0,630). A riqueza alélica média foi de 3,6 alelos por loco. As populações de A. winkleri apresentaram uma estruturação moderada (FST = 0,082), com um número de migrantes variando entre 1,654 e 4,933 indivíduos por geração. As populações apresentaram desvios significativos do Equilíbrio de Hardy-Weinberg, com um coeficiente de endocruzamento (FIS) médio de 0,152. A conectividade entre as populações, o sistema de cruzamento alógamo e a dispersão das sementes por pássaros podem ser os responsáveis pelos altos índices de diversidade encontrados e pela homogeneização das populações de A. winkleri. / Brazil is home to about 50% of bromeliads species and the eastern Brazilian region is the diversity center for the Bromelioideae subfamily. Aechmea caudata and A. winkleri are endemic and endangered species of the Atlantic Rainforest. These species are part of a group with taxonomic delimitation problems of the subgenus Ortgiesia. They are preferably saxicolous having flowers with yellow petals and high clonal reproduction. In order to understand the relationship between A. caudata and A. winkleri, phylogeographic analysis based on plastid microsatellite and morphological analyses were performed (Chapter 2). Eighty-six individuals of A. caudata and 59 of A. winkleri were sampled throughout the geographical distribution range of the species, totaling 13 populations. The results revealed that 12 out of the 41 haplotypes detected were shared between the two species and the morphological analysis indicated the formation of two distinct clades, one for each species. Although the results partially supported the classification of A. caudata and A. winkleri as two distinct species, the complex phylogeographic network found indicates that further studies are necessary for complete understanding of the relationship of these taxa. With the analysis of biogeographical patterns, two regions for A. caudata and one for A. winkleri were suggested as possible refuges during the Quaternary climate change. A library of nuclear microsatellites was constructed for A. winkleri and nine pairs of primers designed (Chapter 3). These markers were tested in 20 individuals from four populations, but without obtain a clear and polymorphic amplification pattern. In Chapter 4, the patterns of genetic diversity and population structure for A. winkleri were described using three heterelogous nuclear microsatellite loci. We sampled four populations, totaling 142 individuals. The results indicated levels of genetic diversity close to others bromeliads species (HO = 0.556 and HE = 0.630). The averaged allelic richness was 3.6 alleles per locus. The populations of A. winkleri showed a moderate structure (FST = 0.082), with a number of migrants ranging from 1.654 to 4.933 individuals per generation. The populations showed significant deviations from Hardy- Weinberg Equilibrium, with an averaged inbreeding coefficient (FIS) of 0.152. The connectivity among populations, the allogamous mating system and seed dispersal by birds may be responsible for the high levels of diversity found and the homogenization of A. winkleri populations.

O Brasil abriga cerca de 50% das espécies de bromélias, sendo o leste brasileiro o centro de diversidade para a subfamília Bromelioideae. Aechmea caudata e A. winkleri são espécies endêmicas da Mata Atlântica, ameaçadas de extinção, fazendo parte de um grupo de difícil delimitação taxonômica do subgênero Ortgiesia. Elas são preferencialmente saxícolas, apresentam flores de pétalas amarelas, com alta taxa de reprodução clonal. Com o objetivo de entender o relacionamento entre A. caudata e A. winkleri, foram realizadas análises filogeográficas, baseadas em microssatélites plastidiais, e análises morfológicas (Capítulo 2). Oitenta e seis indivíduos de A. caudata e 59 de A. winkleri foram amostrados ao longo de toda a distribuição geográfica das espécies, totalizando 13 populações. Os resultados obtidos revelaram o compartilhamento de 12 dos 41 haplótipos detectados e a formação de dois clados distintos, um para cada espécie, a partir das análises morfológicas. Apesar dos resultados obtidos suportarem parcialmente a classificação de A. caudata e A. winkleri como duas espécies distintas, a complexa rede filogeográfica encontrada indica que mais estudos se fazem necessários para o completo entendimento do relacionamento desses taxa. Com a análise dos padrões biogeográficos, duas regiões para A. caudata e uma para A. winkleri foram sugeridas como possíveis refúgios durante as oscilações climáticas do Quaternário. Uma biblioteca de microssatélites nucleares foi construída para a espécie A. winkleri, sendo nove pares de “primers” desenhados (Capítulo 3). Estes marcadores foram testados em 20 indivíduos de quatro populações, porém sem obtenção de um padrão claro e polimórfico de amplificação para nenhum loco. No Capítulo 4, foram descritos os padrões de diversidade genética e estruturação populacional para A. winkleri, utilizando três locos heterólogos de microssatélites nucleares. Foram amostradas quatro populações, totalizando 142 indivíduos. Os resultados indicaram índices de diversidade genética semelhantes aos encontrados para outras espécies de bromélias (HO = 0,556 e HE = 0,630). A riqueza alélica média foi de 3,6 alelos por loco. As populações de A. winkleri apresentaram uma estruturação moderada (FST = 0,082), com um número de migrantes variando entre 1,654 e 4,933 indivíduos por geração. As populações apresentaram desvios significativos do Equilíbrio de Hardy-Weinberg, com um coeficiente de endocruzamento (FIS) médio de 0,152. A conectividade entre as populações, o sistema de cruzamento alógamo e a dispersão das sementes por pássaros podem ser os responsáveis pelos altos índices de diversidade encontrados e pela homogeneização das populações de A. winkleri. / Brazil is home to about 50% of bromeliads species and the eastern Brazilian region is the diversity center for the Bromelioideae subfamily. Aechmea caudata and A. winkleri are endemic and endangered species of the Atlantic Rainforest. These species are part of a group with taxonomic delimitation problems of the subgenus Ortgiesia. They are preferably saxicolous having flowers with yellow petals and high clonal reproduction. In order to understand the relationship between A. caudata and A. winkleri, phylogeographic analysis based on plastid microsatellite and morphological analyses were performed (Chapter 2). Eighty-six individuals of A. caudata and 59 of A. winkleri were sampled throughout the geographical distribution range of the species, totaling 13 populations. The results revealed that 12 out of the 41 haplotypes detected were shared between the two species and the morphological analysis indicated the formation of two distinct clades, one for each species. Although the results partially supported the classification of A. caudata and A. winkleri as two distinct species, the complex phylogeographic network found indicates that further studies are necessary for complete understanding of the relationship of these taxa. With the analysis of biogeographical patterns, two regions for A. caudata and one for A. winkleri were suggested as possible refuges during the Quaternary climate change. A library of nuclear microsatellites was constructed for A. winkleri and nine pairs of primers designed (Chapter 3). These markers were tested in 20 individuals from four populations, but without obtain a clear and polymorphic amplification pattern. In Chapter 4, the patterns of genetic diversity and population structure for A. winkleri were described using three heterelogous nuclear microsatellite loci. We sampled four populations, totaling 142 individuals. The results indicated levels of genetic diversity close to others bromeliads species (HO = 0.556 and HE = 0.630). The averaged allelic richness was 3.6 alleles per locus. The populations of A. winkleri showed a moderate structure (FST = 0.082), with a number of migrants ranging from 1.654 to 4.933 individuals per generation. The populations showed significant deviations from Hardy- Weinberg Equilibrium, with an averaged inbreeding coefficient (FIS) of 0.152. The connectivity among populations, the allogamous mating system and seed dispersal by birds may be responsible for the high levels of diversity found and the homogenization of A. winkleri populations.

Fatores como a biologia reprodutiva, sistema de cruzamento, fluxo gênico, distribuição espacial das plantas e dispersão de sementes tem um profundo efeito na composição e estrutura genética de populações naturais. Os sistemas de cruzamento de plantas e a fertilidade estão diretamente relacionados com questões evolutivas e de biologia da conservação. Vriesea gigantea é uma espécie endêmica da Mata Atlântica, autocompatível e que apresenta limitação de pólen em populações do sul do Brasil. Estas mesmas populações também apresentaram alta fertilidade, considerando parâmetros de produção de flores, frutos e sementes e características do pólen. As populações naturais de V. gigantea vêm sendo reduzidas em função da ação antropogênica, tanto pela destruição do habitat quanto pela coleta predatória. Recentes estudos moleculares revelaram que as populações de V. gigantea são geneticamente estruturadas, apresentam baixo fluxo gênico e alto coeficiente de endocruzamento. Estudos visando um melhor entendimento da evolução do sistema de cruzamento e conservação de espécies de bromélias não foram realizados até o momento. Neste contexto, a presente tese, está organizada em forma de três artigos. No Capítulo II a biologia reprodutiva e o sistema de cruzamento de V. gigantea foram caracterizados, através de experimentos de polinização manual e da análise de marcadores moleculares do tipo microssatélites, com o objetivo de compreender a manutenção da variação natural nos sistemas de cruzamento em espécies de plantas. Os resultados obtidos nos experimentos de polinização manual mostraram que V. gigantea é uma espécie não-autogâmica e dependente de polinizadores para frutificação. Nas populações analisadas, os polinizadores observados foram beija-flores e abelhas. A taxa de fecundação cruzada (tm = 0,388) e endocruzamento biparental (tm-ts = 0,144) estão de acordo com o alto coeficiente de endocruzamento estimado (F = 0,312), o qual provavelmente é conseqüência das altas taxas autofecundação devido ao comportamento dos polinizadores. A estrutura do "pool" genético de pólen foi alta ( st = 0,671), correspondendo a um número efetivo de doadores de pólen de 0,75 indivíduos. A taxa de fecundação cruzada mostrou uma tendência geográfica, decrescendo do Norte para o Sul, contrastando com a estrutura do pólen, que aumenta do Norte para o Sul. Vriesea gigantea possui um sistema misto de cruzamento e é um modelo interessante para compreensão da evolução de sistemas de cruzamento em escala latitudinal. Os padrões analisados foram formados pelo comportamento do polinizador e provavelmente podem sofrer influência da fragmentação do habitat, causando a diminuição do fluxo gênico e aumento do endocruzamento. No estudo descrito no Capítulo III o principal objetivo foi investigar se os padrões de sistema de cruzamento e fertilidade observados em V. gigantea ocorrem devido às condições ambientais ou à adaptação da espécie a autofecundação. As análises genéticas do sistema de cruzamento, utilizando marcadores moleculares do tipo microssatélites, mostraram que as taxas de fecundação cruzada (tm) foram moderadas e a estrutura do "pool" genético de pólen ( FT) foi alta, variando entre populações e anos. A fertilidade de três populações naturais foi avaliada considerando a produção de flores, frutos e sementes, e a viabilidade das sementes. Nas três populações foi observada grande produção de flores, frutos e sementes, e uma alta viabilidade de sementes, com diferenças na taxa de frutificação entre as populações. Esses resultados sugerem que os padrões de sistemas de cruzamento e fertilidade observados nas populações de V. gigantea se devem a adaptação da espécie para a autofecundação e efeitos de borda, embora outras explicações adaptativas não possam ser descartadas. Considerando a variação espacialtemporal em sistemas de cruzamento e fertilidade, programas de conservação de V. gigantea devem incluir populações das bordas da distribuição da espécie. No Capítulo IV, para determinar o papel da dispersão e o recrutamento de sementes no fluxo gênico, colonização, e padrão de distribuição, a demografia e a dispersão de sementes de populações de V. gigantea foram analisados. Os resultados de demografia demonstraram que o recrutamento de plântulas é grande, 72,4% dessas desenvolvem-se em adultos. Entretanto a classe "juvenil" passa por um considerável decréscimo em sua porcentagem. Sementes de V. gigantea são dispersas em pequenas distâncias, logo, a maioria das sementes permanece na vizinhança da planta mãe. Esse padrão coincide com a distribuição agregada das plântulas de diferentes espécies de bromélias, as quais também permanecem em torno da planta mãe. Em suma, os resultados descritos nos capítulos que compreendem esta tese correspondem a mais um degrau de conhecimento para que haja uma compreensão efetiva dos processos biológicos, ecológicos e evolutivos envolvidos principalmente no sistema de cruzamento em plantas, utilizando V. / Reproductive biology, mating systems, gene flow, population arrangement and seed dispersal have a profound effect on the genetic composition and structure of natural populations. Plant mating systems and fertility are directly related to many questions on plant evolution and conservation biology. Vriesea gigantea is a bromeliad species endemic to the Brazilian Atlantic Rainforest. It is self-compatible and showed pollen limitation in populations from Southern Brazil. These populations also showed high fertility level, considering flowers, pollen, fruits and seeds parameters. Its wild populations have been reduced by anthropogenic disturbance such as habitat destruction and predatory collection. Previous molecular studies revealed that V. gigantea populations are genetically structured, with low gene flow and high inbreeding coefficients. Patterns of among-population mating system and fertility in bromeliad species have never been thoroughly evaluated in order to understand the consequences for mating system evolution and species maintenance. In this context, the present thesis was divided in three manuscripts. In the Chapter II, the reproductive biology and mating system of V. gigantea were characterized (Bromeliaceae), using hand-pollination expirments and micosatellites nuclear markers analysis, in order to better understand the maintenance of natural variation in mating systems of plant species. Results from hand pollination experiments revealed that V. gigantea has mixed mating system. Observation of pollinators and nectar features indicated hummingbirds and bees as likely pollinators in the studied populations. Microsatellites marker-based estimates of outcrossing rate (tm = 0.388) and biparental inbreeding (tm-ts = 0.144) agreed with the high inbreeding coefficient observed (F = 0.312), caused most likely by high levels of selfing due to pollinator behavior. Strong pollen gene pool structure was observed across maternal plants ( st = 0.671), corresponding to 0.75 effective pollen donors. Outcrossing rates showed a conspicuous decrease from North to South of the sampled area towards the range edge, in contrast to pollen pool structure which increased at this geographic scale. Vriesea gigantea is characterized by a mixed mating system and represents a promising model for studying the intraspecific evolution of plant mating systems in habitat affected by fragmentation. In the study presented in Chapter III we investigate if mating system and fertility patterns are due to habitat conditions or due to species' mating system adaptation. Microsatellites nuclear markers showed that outcrossing rates (tm) were moderate and pollen gene poll structures ( FT) were high, ranging across years and populations. The plant fertility of three wild populations was assigned considering flower production, fruit and seed set, and seed viability, during three consecutive years. In the three populations we observed high flower, fruit and seed production, and high seed viability, with differences in fruit set between populations. These results strongly suggest that the observed among-population patterns of flower, fruit and seed set, and mating system parameters in V. gigantea are attributable to the species adaptation for selfing and edge effects, though other adaptive explanations cannot be ruled out. Considering the spatial-temporal variation in mating system, fertility, and contemporary gene flow results, we considered that V. gigantea populations from edge of its distribution should be taking into account in conservation programs of the species. In the Chapter IV in order to determine the importance of seed supply for gene flow, colonization, and distribution, the demography and seed dispersal of V. gigantea populations were studied. Demography results demonstrated that seedling recruitment is high, since 72.4% of them developed into adults, although juveniles' class experienced considerable decrease on this percentage. Vriesea gigantea seeds are dispersed over short distance range, since it is likely that most seeds land in the mother plants' vicinity. This pattern coincides with the reportedly aggregated distribution of bromeliad seedlings around the mother plants. Finally, the results obtained in this study, helped us to increase de undertanding of biological, ecological and evolutionary process involved in the mating system of plants, using V. gigantea as a model.

Fatores como a biologia reprodutiva, sistema de cruzamento, fluxo gênico, distribuição espacial das plantas e dispersão de sementes tem um profundo efeito na composição e estrutura genética de populações naturais. Os sistemas de cruzamento de plantas e a fertilidade estão diretamente relacionados com questões evolutivas e de biologia da conservação. Vriesea gigantea é uma espécie endêmica da Mata Atlântica, autocompatível e que apresenta limitação de pólen em populações do sul do Brasil. Estas mesmas populações também apresentaram alta fertilidade, considerando parâmetros de produção de flores, frutos e sementes e características do pólen. As populações naturais de V. gigantea vêm sendo reduzidas em função da ação antropogênica, tanto pela destruição do habitat quanto pela coleta predatória. Recentes estudos moleculares revelaram que as populações de V. gigantea são geneticamente estruturadas, apresentam baixo fluxo gênico e alto coeficiente de endocruzamento. Estudos visando um melhor entendimento da evolução do sistema de cruzamento e conservação de espécies de bromélias não foram realizados até o momento. Neste contexto, a presente tese, está organizada em forma de três artigos. No Capítulo II a biologia reprodutiva e o sistema de cruzamento de V. gigantea foram caracterizados, através de experimentos de polinização manual e da análise de marcadores moleculares do tipo microssatélites, com o objetivo de compreender a manutenção da variação natural nos sistemas de cruzamento em espécies de plantas. Os resultados obtidos nos experimentos de polinização manual mostraram que V. gigantea é uma espécie não-autogâmica e dependente de polinizadores para frutificação. Nas populações analisadas, os polinizadores observados foram beija-flores e abelhas. A taxa de fecundação cruzada (tm = 0,388) e endocruzamento biparental (tm-ts = 0,144) estão de acordo com o alto coeficiente de endocruzamento estimado (F = 0,312), o qual provavelmente é conseqüência das altas taxas autofecundação devido ao comportamento dos polinizadores. A estrutura do "pool" genético de pólen foi alta ( st = 0,671), correspondendo a um número efetivo de doadores de pólen de 0,75 indivíduos. A taxa de fecundação cruzada mostrou uma tendência geográfica, decrescendo do Norte para o Sul, contrastando com a estrutura do pólen, que aumenta do Norte para o Sul. Vriesea gigantea possui um sistema misto de cruzamento e é um modelo interessante para compreensão da evolução de sistemas de cruzamento em escala latitudinal. Os padrões analisados foram formados pelo comportamento do polinizador e provavelmente podem sofrer influência da fragmentação do habitat, causando a diminuição do fluxo gênico e aumento do endocruzamento. No estudo descrito no Capítulo III o principal objetivo foi investigar se os padrões de sistema de cruzamento e fertilidade observados em V. gigantea ocorrem devido às condições ambientais ou à adaptação da espécie a autofecundação. As análises genéticas do sistema de cruzamento, utilizando marcadores moleculares do tipo microssatélites, mostraram que as taxas de fecundação cruzada (tm) foram moderadas e a estrutura do "pool" genético de pólen ( FT) foi alta, variando entre populações e anos. A fertilidade de três populações naturais foi avaliada considerando a produção de flores, frutos e sementes, e a viabilidade das sementes. Nas três populações foi observada grande produção de flores, frutos e sementes, e uma alta viabilidade de sementes, com diferenças na taxa de frutificação entre as populações. Esses resultados sugerem que os padrões de sistemas de cruzamento e fertilidade observados nas populações de V. gigantea se devem a adaptação da espécie para a autofecundação e efeitos de borda, embora outras explicações adaptativas não possam ser descartadas. Considerando a variação espacialtemporal em sistemas de cruzamento e fertilidade, programas de conservação de V. gigantea devem incluir populações das bordas da distribuição da espécie. No Capítulo IV, para determinar o papel da dispersão e o recrutamento de sementes no fluxo gênico, colonização, e padrão de distribuição, a demografia e a dispersão de sementes de populações de V. gigantea foram analisados. Os resultados de demografia demonstraram que o recrutamento de plântulas é grande, 72,4% dessas desenvolvem-se em adultos. Entretanto a classe "juvenil" passa por um considerável decréscimo em sua porcentagem. Sementes de V. gigantea são dispersas em pequenas distâncias, logo, a maioria das sementes permanece na vizinhança da planta mãe. Esse padrão coincide com a distribuição agregada das plântulas de diferentes espécies de bromélias, as quais também permanecem em torno da planta mãe. Em suma, os resultados descritos nos capítulos que compreendem esta tese correspondem a mais um degrau de conhecimento para que haja uma compreensão efetiva dos processos biológicos, ecológicos e evolutivos envolvidos principalmente no sistema de cruzamento em plantas, utilizando V. / Reproductive biology, mating systems, gene flow, population arrangement and seed dispersal have a profound effect on the genetic composition and structure of natural populations. Plant mating systems and fertility are directly related to many questions on plant evolution and conservation biology. Vriesea gigantea is a bromeliad species endemic to the Brazilian Atlantic Rainforest. It is self-compatible and showed pollen limitation in populations from Southern Brazil. These populations also showed high fertility level, considering flowers, pollen, fruits and seeds parameters. Its wild populations have been reduced by anthropogenic disturbance such as habitat destruction and predatory collection. Previous molecular studies revealed that V. gigantea populations are genetically structured, with low gene flow and high inbreeding coefficients. Patterns of among-population mating system and fertility in bromeliad species have never been thoroughly evaluated in order to understand the consequences for mating system evolution and species maintenance. In this context, the present thesis was divided in three manuscripts. In the Chapter II, the reproductive biology and mating system of V. gigantea were characterized (Bromeliaceae), using hand-pollination expirments and micosatellites nuclear markers analysis, in order to better understand the maintenance of natural variation in mating systems of plant species. Results from hand pollination experiments revealed that V. gigantea has mixed mating system. Observation of pollinators and nectar features indicated hummingbirds and bees as likely pollinators in the studied populations. Microsatellites marker-based estimates of outcrossing rate (tm = 0.388) and biparental inbreeding (tm-ts = 0.144) agreed with the high inbreeding coefficient observed (F = 0.312), caused most likely by high levels of selfing due to pollinator behavior. Strong pollen gene pool structure was observed across maternal plants ( st = 0.671), corresponding to 0.75 effective pollen donors. Outcrossing rates showed a conspicuous decrease from North to South of the sampled area towards the range edge, in contrast to pollen pool structure which increased at this geographic scale. Vriesea gigantea is characterized by a mixed mating system and represents a promising model for studying the intraspecific evolution of plant mating systems in habitat affected by fragmentation. In the study presented in Chapter III we investigate if mating system and fertility patterns are due to habitat conditions or due to species' mating system adaptation. Microsatellites nuclear markers showed that outcrossing rates (tm) were moderate and pollen gene poll structures ( FT) were high, ranging across years and populations. The plant fertility of three wild populations was assigned considering flower production, fruit and seed set, and seed viability, during three consecutive years. In the three populations we observed high flower, fruit and seed production, and high seed viability, with differences in fruit set between populations. These results strongly suggest that the observed among-population patterns of flower, fruit and seed set, and mating system parameters in V. gigantea are attributable to the species adaptation for selfing and edge effects, though other adaptive explanations cannot be ruled out. Considering the spatial-temporal variation in mating system, fertility, and contemporary gene flow results, we considered that V. gigantea populations from edge of its distribution should be taking into account in conservation programs of the species. In the Chapter IV in order to determine the importance of seed supply for gene flow, colonization, and distribution, the demography and seed dispersal of V. gigantea populations were studied. Demography results demonstrated that seedling recruitment is high, since 72.4% of them developed into adults, although juveniles' class experienced considerable decrease on this percentage. Vriesea gigantea seeds are dispersed over short distance range, since it is likely that most seeds land in the mother plants' vicinity. This pattern coincides with the reportedly aggregated distribution of bromeliad seedlings around the mother plants. Finally, the results obtained in this study, helped us to increase de undertanding of biological, ecological and evolutionary process involved in the mating system of plants, using V. gigantea as a model.

Fatores como a biologia reprodutiva, sistema de cruzamento, fluxo gênico, distribuição espacial das plantas e dispersão de sementes tem um profundo efeito na composição e estrutura genética de populações naturais. Os sistemas de cruzamento de plantas e a fertilidade estão diretamente relacionados com questões evolutivas e de biologia da conservação. Vriesea gigantea é uma espécie endêmica da Mata Atlântica, autocompatível e que apresenta limitação de pólen em populações do sul do Brasil. Estas mesmas populações também apresentaram alta fertilidade, considerando parâmetros de produção de flores, frutos e sementes e características do pólen. As populações naturais de V. gigantea vêm sendo reduzidas em função da ação antropogênica, tanto pela destruição do habitat quanto pela coleta predatória. Recentes estudos moleculares revelaram que as populações de V. gigantea são geneticamente estruturadas, apresentam baixo fluxo gênico e alto coeficiente de endocruzamento. Estudos visando um melhor entendimento da evolução do sistema de cruzamento e conservação de espécies de bromélias não foram realizados até o momento. Neste contexto, a presente tese, está organizada em forma de três artigos. No Capítulo II a biologia reprodutiva e o sistema de cruzamento de V. gigantea foram caracterizados, através de experimentos de polinização manual e da análise de marcadores moleculares do tipo microssatélites, com o objetivo de compreender a manutenção da variação natural nos sistemas de cruzamento em espécies de plantas. Os resultados obtidos nos experimentos de polinização manual mostraram que V. gigantea é uma espécie não-autogâmica e dependente de polinizadores para frutificação. Nas populações analisadas, os polinizadores observados foram beija-flores e abelhas. A taxa de fecundação cruzada (tm = 0,388) e endocruzamento biparental (tm-ts = 0,144) estão de acordo com o alto coeficiente de endocruzamento estimado (F = 0,312), o qual provavelmente é conseqüência das altas taxas autofecundação devido ao comportamento dos polinizadores. A estrutura do "pool" genético de pólen foi alta ( st = 0,671), correspondendo a um número efetivo de doadores de pólen de 0,75 indivíduos. A taxa de fecundação cruzada mostrou uma tendência geográfica, decrescendo do Norte para o Sul, contrastando com a estrutura do pólen, que aumenta do Norte para o Sul. Vriesea gigantea possui um sistema misto de cruzamento e é um modelo interessante para compreensão da evolução de sistemas de cruzamento em escala latitudinal. Os padrões analisados foram formados pelo comportamento do polinizador e provavelmente podem sofrer influência da fragmentação do habitat, causando a diminuição do fluxo gênico e aumento do endocruzamento. No estudo descrito no Capítulo III o principal objetivo foi investigar se os padrões de sistema de cruzamento e fertilidade observados em V. gigantea ocorrem devido às condições ambientais ou à adaptação da espécie a autofecundação. As análises genéticas do sistema de cruzamento, utilizando marcadores moleculares do tipo microssatélites, mostraram que as taxas de fecundação cruzada (tm) foram moderadas e a estrutura do "pool" genético de pólen ( FT) foi alta, variando entre populações e anos. A fertilidade de três populações naturais foi avaliada considerando a produção de flores, frutos e sementes, e a viabilidade das sementes. Nas três populações foi observada grande produção de flores, frutos e sementes, e uma alta viabilidade de sementes, com diferenças na taxa de frutificação entre as populações. Esses resultados sugerem que os padrões de sistemas de cruzamento e fertilidade observados nas populações de V. gigantea se devem a adaptação da espécie para a autofecundação e efeitos de borda, embora outras explicações adaptativas não possam ser descartadas. Considerando a variação espacialtemporal em sistemas de cruzamento e fertilidade, programas de conservação de V. gigantea devem incluir populações das bordas da distribuição da espécie. No Capítulo IV, para determinar o papel da dispersão e o recrutamento de sementes no fluxo gênico, colonização, e padrão de distribuição, a demografia e a dispersão de sementes de populações de V. gigantea foram analisados. Os resultados de demografia demonstraram que o recrutamento de plântulas é grande, 72,4% dessas desenvolvem-se em adultos. Entretanto a classe "juvenil" passa por um considerável decréscimo em sua porcentagem. Sementes de V. gigantea são dispersas em pequenas distâncias, logo, a maioria das sementes permanece na vizinhança da planta mãe. Esse padrão coincide com a distribuição agregada das plântulas de diferentes espécies de bromélias, as quais também permanecem em torno da planta mãe. Em suma, os resultados descritos nos capítulos que compreendem esta tese correspondem a mais um degrau de conhecimento para que haja uma compreensão efetiva dos processos biológicos, ecológicos e evolutivos envolvidos principalmente no sistema de cruzamento em plantas, utilizando V. / Reproductive biology, mating systems, gene flow, population arrangement and seed dispersal have a profound effect on the genetic composition and structure of natural populations. Plant mating systems and fertility are directly related to many questions on plant evolution and conservation biology. Vriesea gigantea is a bromeliad species endemic to the Brazilian Atlantic Rainforest. It is self-compatible and showed pollen limitation in populations from Southern Brazil. These populations also showed high fertility level, considering flowers, pollen, fruits and seeds parameters. Its wild populations have been reduced by anthropogenic disturbance such as habitat destruction and predatory collection. Previous molecular studies revealed that V. gigantea populations are genetically structured, with low gene flow and high inbreeding coefficients. Patterns of among-population mating system and fertility in bromeliad species have never been thoroughly evaluated in order to understand the consequences for mating system evolution and species maintenance. In this context, the present thesis was divided in three manuscripts. In the Chapter II, the reproductive biology and mating system of V. gigantea were characterized (Bromeliaceae), using hand-pollination expirments and micosatellites nuclear markers analysis, in order to better understand the maintenance of natural variation in mating systems of plant species. Results from hand pollination experiments revealed that V. gigantea has mixed mating system. Observation of pollinators and nectar features indicated hummingbirds and bees as likely pollinators in the studied populations. Microsatellites marker-based estimates of outcrossing rate (tm = 0.388) and biparental inbreeding (tm-ts = 0.144) agreed with the high inbreeding coefficient observed (F = 0.312), caused most likely by high levels of selfing due to pollinator behavior. Strong pollen gene pool structure was observed across maternal plants ( st = 0.671), corresponding to 0.75 effective pollen donors. Outcrossing rates showed a conspicuous decrease from North to South of the sampled area towards the range edge, in contrast to pollen pool structure which increased at this geographic scale. Vriesea gigantea is characterized by a mixed mating system and represents a promising model for studying the intraspecific evolution of plant mating systems in habitat affected by fragmentation. In the study presented in Chapter III we investigate if mating system and fertility patterns are due to habitat conditions or due to species' mating system adaptation. Microsatellites nuclear markers showed that outcrossing rates (tm) were moderate and pollen gene poll structures ( FT) were high, ranging across years and populations. The plant fertility of three wild populations was assigned considering flower production, fruit and seed set, and seed viability, during three consecutive years. In the three populations we observed high flower, fruit and seed production, and high seed viability, with differences in fruit set between populations. These results strongly suggest that the observed among-population patterns of flower, fruit and seed set, and mating system parameters in V. gigantea are attributable to the species adaptation for selfing and edge effects, though other adaptive explanations cannot be ruled out. Considering the spatial-temporal variation in mating system, fertility, and contemporary gene flow results, we considered that V. gigantea populations from edge of its distribution should be taking into account in conservation programs of the species. In the Chapter IV in order to determine the importance of seed supply for gene flow, colonization, and distribution, the demography and seed dispersal of V. gigantea populations were studied. Demography results demonstrated that seedling recruitment is high, since 72.4% of them developed into adults, although juveniles' class experienced considerable decrease on this percentage. Vriesea gigantea seeds are dispersed over short distance range, since it is likely that most seeds land in the mother plants' vicinity. This pattern coincides with the reportedly aggregated distribution of bromeliad seedlings around the mother plants. Finally, the results obtained in this study, helped us to increase de undertanding of biological, ecological and evolutionary process involved in the mating system of plants, using V. gigantea as a model.

Vriesea gigantea é uma espécie endêmica da Mata Atlântica, podendo ser encontrada desde o estado do Espírito Santo até o Rio Grande do Sul. A espécie é perene, diplóide e autocompatível. Suas populações naturais estão sendo rapidamente reduzidas por dois motivos principais: pela ação antrópica, que modifica seu habitat natural, e pela coleta predatória e ilegal de plantas da natureza. Os processos que formaram a extraordinária diversidade de espécies nas regiões Neotropicais ainda são pouco conhecidos. A Mata Atlântica tem sido considerada um dos maiores centros de biodiversidade, o que torna a sua conservação prioritária. A variabilidade intra-específica tem sido aceita como foco para a conservação. Além disto, a fertilidade das plantas tem grande importância conservacionista, sendo a viabilidade do pólen (qualidade do pólen) um importante componente do sucesso reprodutivo. Com o objetivo de estudar a diversidade genética em Vriesea gigantea, 11 marcadores de microssatélites foram desenvolvidos e os resultados publicados conjuntamente com aqueles obtidos para outros quatro loci caracterizados para uma espécie próxima, Alcantarea imperialis (Capítulo 2). Treze novos pares de primers de microssatélites nucleares foram testados em 22 espécies de bromélias, indicando que estes marcadores serão úteis em inúmeros estudos com outras espécies desta mesma família. Os marcadores nucleares de microssatélites foram utilizados para estudar os padrões de diversidade genética de Vriesea gigantea ao longo de toda a distribuição geográfica da espécie, em 429 indivíduos, amostrados em 13 populações (Capítulo 3). Os resultados indicaram uma tendência latitudinal de diminuição da diversidade genética do Norte para o Sul, consistente com o padrão histórico de expansão da Floresta Atlântica. A expansão da espécie parece ter sido impedida pela diminuição do fluxo gênico nas populações marginais. Além disso, a história evolutiva das populações marginais difere muito. O centro de diversidade genética para V. gigantea (São Paulo e Rio de Janeiro) coincidiu com o centro de diversidade e centro de endemismo de muitas espécies de animais e plantas da mata Atlântica. A correlação entre a diversidade genética de V. gigantea e a de espécies do gênero Vriesea indicou que ambas foram moldadas pelas mesmas forças históricas: alterações climáticas do Pleistoceno. As análises de distância genética revelaram três grupos geograficamente separados e as análises bayesianas revelaram a presença de outros dois grupos, referentes às populações marginais, os quais são de grande importância para estabelecer estratégias de conservação da espécie. Complementando as análises do genoma nuclear, foram seqüenciadas 21 regiões do genoma de cloroplasto, produzindo um total de cinco regiões plastidiais polimórficas (quatro microssatélites e um SNP – Single Nucleotide Polymorphism). As regiões de microssatélites de cloroplastos polimórficas foram isoladas pela primeira vez em Bromeliaceae. Os cinco marcadores plastidiais foram examinados em 192 indivíduos de 13 populações, com objetivo de inferir a história filogeográfica da espécie (Capítulo 4). Os principais resultados indicaram uma forte estrutura filogeográfica e um reduzido fluxo gênico entre as populações de V. gigantea. A razão de 3,3 indicou assimetria entre o fluxo de pólen e sementes, sendo o fluxo gênico via semente menos eficaz do que via pólen, resultando em uma maior estruturação do genoma do cloroplasto do que do genoma nuclear (microssatélites nucleares). A rede de haplótipos revelou dois grupos filogeográficos distintos: Norte e Centro-Sul. A análise da distribuição de mismatch mostrou que populações da região Norte são mais estáveis e devem ter tido um crescimento ancestral (antigas), enquanto que as populações da porção Centro-sul estão em expansão (jovens). No Capítulo 5, a fertilidade de plantas das populações do sul foi analisada através do número cromossômico, comportamento meiótico e viabilidade do pólen. A maioria das células-mãe-de-pólen apresentou comportamento meiótico regular, o que está de acordo com a alta viabilidade dos grãos de pólen (84 - 98%) registrada para todas as populações investigadas. Estes resultados indicaram que as plantas das populações analisadas são potencialmente férteis. Apesar da alta viabilidade dos grãos de pólen observada, foram constatadas diferenças significantes entre populações. / V. gigantea is a diploid, perennial and self-compatible bromeliad species endemic to Atlantic Rainforest of southeastern and southern Brazil. Its wild populations have been reduced by anthropogenic disturbance such as habitat destruction and illegal collection. The processes that have shaped the extraordinary species diversity in Neotropical rainforests are poorly understood, and knowledge about patterns of genetic diversity across species’ ranges is scarce. Brazilian Atlantic Rainforest has been considered one of the major biodiversity hotspots for conservation. Intraspecific variation has increasingly been accepted as a focus for conservation. Another issue also of conservation meaning is plant fertility. The quality of pollen produced by a plant is an important component of reproductive success. In order to start studying genetic diversity in Vriesea gigantea a set of 11 nuclear microsatellite markers were developed, and the results published together with four loci characterized for a closed-related species, Alcantharea imperialis (Chapter 2). These fifteen new nuclear microsatellite pair primers were tested in 22 bromeliads species indicating that these markers will be useful in numerous other taxa. Using nuclear microsatellite markers patterns of genetic diversity on V. gigantea were studied all across its geographic distribution in Atlantic Rainforest in a large sampling of 429 plants from 13 populations (Chapter 3). The main results indicated latitudinal trend of decreasing diversity from North to South away from the equator, consistent with historical range expansion from the Northern half of the present distribution range. Further species expansion appears to be impeded by lack of gene flow at the current range margins, and the nature of range limits differs greatly between North and South. The center of genetic diversity for V. gigantea (São Paulo and Rio de Janeiro) coincided with centers of species diversity and endemism for most animals and plants of the Atlantic Rainforest. Significant correlation between genetic diversity in V. gigantea and species diversity in the Vriesea genus suggested that both were shaped by the same historical forces: climatic changes of the Pleistocene. Distance-based genetic analysis revealed three geographically defined clusters, and a Bayesian analysis revealed two additional genetic clusters of conservation relevance. To obtain a more ancient scenario, 21 chloroplast regions were sequenced and screened producing a total of five polymorphic plastid regions (four microsatellites and one SNP - Single Nucleotide Polymorphism). Polymorphic chloroplast microsatellites markers were isolated for Bromeliaceae for the first time. The five cpDNA markers were examined in 192 individuals from 13 populations to infer the phylogeographical history of the species (Chapter 4). The key results indicated a strong phylogeographic structure and a reduced gene flow among populations of Vriesea gigantea. A ratio of 3.3 indicated an asymmetry between pollen and seed flow, being gene flow via seed less efficient than via pollen, resulting in a stronger genetic structure for chloroplast genome than nuclear genome (inferred by nuclear SSR). Haplotype network revealed two major phylogeographic groups: Northern and Central- Southern. Mismatch distribution analysis showed that populations from the Northern region are stable and should have an ancestral growth (“older”), while the populations from Central-Southern region are in expansion range (“younger”). In Chapter 5, the plant fertility of southern populations was analyzed by assessing: chromosome number, meiotic behavior, and pollen viability. Most of pollen mother cells showed a regular meiotic behavior. In accordance, high pollen viability (84-98%) was recorded for all investigated populations. These results indicated that plants from all populations analyzed are fertile. Despite the overall high pollen viability, significant differences were detected among populations.

Vriesea gigantea é uma espécie endêmica da Mata Atlântica, podendo ser encontrada desde o estado do Espírito Santo até o Rio Grande do Sul. A espécie é perene, diplóide e autocompatível. Suas populações naturais estão sendo rapidamente reduzidas por dois motivos principais: pela ação antrópica, que modifica seu habitat natural, e pela coleta predatória e ilegal de plantas da natureza. Os processos que formaram a extraordinária diversidade de espécies nas regiões Neotropicais ainda são pouco conhecidos. A Mata Atlântica tem sido considerada um dos maiores centros de biodiversidade, o que torna a sua conservação prioritária. A variabilidade intra-específica tem sido aceita como foco para a conservação. Além disto, a fertilidade das plantas tem grande importância conservacionista, sendo a viabilidade do pólen (qualidade do pólen) um importante componente do sucesso reprodutivo. Com o objetivo de estudar a diversidade genética em Vriesea gigantea, 11 marcadores de microssatélites foram desenvolvidos e os resultados publicados conjuntamente com aqueles obtidos para outros quatro loci caracterizados para uma espécie próxima, Alcantarea imperialis (Capítulo 2). Treze novos pares de primers de microssatélites nucleares foram testados em 22 espécies de bromélias, indicando que estes marcadores serão úteis em inúmeros estudos com outras espécies desta mesma família. Os marcadores nucleares de microssatélites foram utilizados para estudar os padrões de diversidade genética de Vriesea gigantea ao longo de toda a distribuição geográfica da espécie, em 429 indivíduos, amostrados em 13 populações (Capítulo 3). Os resultados indicaram uma tendência latitudinal de diminuição da diversidade genética do Norte para o Sul, consistente com o padrão histórico de expansão da Floresta Atlântica. A expansão da espécie parece ter sido impedida pela diminuição do fluxo gênico nas populações marginais. Além disso, a história evolutiva das populações marginais difere muito. O centro de diversidade genética para V. gigantea (São Paulo e Rio de Janeiro) coincidiu com o centro de diversidade e centro de endemismo de muitas espécies de animais e plantas da mata Atlântica. A correlação entre a diversidade genética de V. gigantea e a de espécies do gênero Vriesea indicou que ambas foram moldadas pelas mesmas forças históricas: alterações climáticas do Pleistoceno. As análises de distância genética revelaram três grupos geograficamente separados e as análises bayesianas revelaram a presença de outros dois grupos, referentes às populações marginais, os quais são de grande importância para estabelecer estratégias de conservação da espécie. Complementando as análises do genoma nuclear, foram seqüenciadas 21 regiões do genoma de cloroplasto, produzindo um total de cinco regiões plastidiais polimórficas (quatro microssatélites e um SNP – Single Nucleotide Polymorphism). As regiões de microssatélites de cloroplastos polimórficas foram isoladas pela primeira vez em Bromeliaceae. Os cinco marcadores plastidiais foram examinados em 192 indivíduos de 13 populações, com objetivo de inferir a história filogeográfica da espécie (Capítulo 4). Os principais resultados indicaram uma forte estrutura filogeográfica e um reduzido fluxo gênico entre as populações de V. gigantea. A razão de 3,3 indicou assimetria entre o fluxo de pólen e sementes, sendo o fluxo gênico via semente menos eficaz do que via pólen, resultando em uma maior estruturação do genoma do cloroplasto do que do genoma nuclear (microssatélites nucleares). A rede de haplótipos revelou dois grupos filogeográficos distintos: Norte e Centro-Sul. A análise da distribuição de mismatch mostrou que populações da região Norte são mais estáveis e devem ter tido um crescimento ancestral (antigas), enquanto que as populações da porção Centro-sul estão em expansão (jovens). No Capítulo 5, a fertilidade de plantas das populações do sul foi analisada através do número cromossômico, comportamento meiótico e viabilidade do pólen. A maioria das células-mãe-de-pólen apresentou comportamento meiótico regular, o que está de acordo com a alta viabilidade dos grãos de pólen (84 - 98%) registrada para todas as populações investigadas. Estes resultados indicaram que as plantas das populações analisadas são potencialmente férteis. Apesar da alta viabilidade dos grãos de pólen observada, foram constatadas diferenças significantes entre populações. / V. gigantea is a diploid, perennial and self-compatible bromeliad species endemic to Atlantic Rainforest of southeastern and southern Brazil. Its wild populations have been reduced by anthropogenic disturbance such as habitat destruction and illegal collection. The processes that have shaped the extraordinary species diversity in Neotropical rainforests are poorly understood, and knowledge about patterns of genetic diversity across species’ ranges is scarce. Brazilian Atlantic Rainforest has been considered one of the major biodiversity hotspots for conservation. Intraspecific variation has increasingly been accepted as a focus for conservation. Another issue also of conservation meaning is plant fertility. The quality of pollen produced by a plant is an important component of reproductive success. In order to start studying genetic diversity in Vriesea gigantea a set of 11 nuclear microsatellite markers were developed, and the results published together with four loci characterized for a closed-related species, Alcantharea imperialis (Chapter 2). These fifteen new nuclear microsatellite pair primers were tested in 22 bromeliads species indicating that these markers will be useful in numerous other taxa. Using nuclear microsatellite markers patterns of genetic diversity on V. gigantea were studied all across its geographic distribution in Atlantic Rainforest in a large sampling of 429 plants from 13 populations (Chapter 3). The main results indicated latitudinal trend of decreasing diversity from North to South away from the equator, consistent with historical range expansion from the Northern half of the present distribution range. Further species expansion appears to be impeded by lack of gene flow at the current range margins, and the nature of range limits differs greatly between North and South. The center of genetic diversity for V. gigantea (São Paulo and Rio de Janeiro) coincided with centers of species diversity and endemism for most animals and plants of the Atlantic Rainforest. Significant correlation between genetic diversity in V. gigantea and species diversity in the Vriesea genus suggested that both were shaped by the same historical forces: climatic changes of the Pleistocene. Distance-based genetic analysis revealed three geographically defined clusters, and a Bayesian analysis revealed two additional genetic clusters of conservation relevance. To obtain a more ancient scenario, 21 chloroplast regions were sequenced and screened producing a total of five polymorphic plastid regions (four microsatellites and one SNP - Single Nucleotide Polymorphism). Polymorphic chloroplast microsatellites markers were isolated for Bromeliaceae for the first time. The five cpDNA markers were examined in 192 individuals from 13 populations to infer the phylogeographical history of the species (Chapter 4). The key results indicated a strong phylogeographic structure and a reduced gene flow among populations of Vriesea gigantea. A ratio of 3.3 indicated an asymmetry between pollen and seed flow, being gene flow via seed less efficient than via pollen, resulting in a stronger genetic structure for chloroplast genome than nuclear genome (inferred by nuclear SSR). Haplotype network revealed two major phylogeographic groups: Northern and Central- Southern. Mismatch distribution analysis showed that populations from the Northern region are stable and should have an ancestral growth (“older”), while the populations from Central-Southern region are in expansion range (“younger”). In Chapter 5, the plant fertility of southern populations was analyzed by assessing: chromosome number, meiotic behavior, and pollen viability. Most of pollen mother cells showed a regular meiotic behavior. In accordance, high pollen viability (84-98%) was recorded for all investigated populations. These results indicated that plants from all populations analyzed are fertile. Despite the overall high pollen viability, significant differences were detected among populations.

Vriesea gigantea é uma espécie endêmica da Mata Atlântica, podendo ser encontrada desde o estado do Espírito Santo até o Rio Grande do Sul. A espécie é perene, diplóide e autocompatível. Suas populações naturais estão sendo rapidamente reduzidas por dois motivos principais: pela ação antrópica, que modifica seu habitat natural, e pela coleta predatória e ilegal de plantas da natureza. Os processos que formaram a extraordinária diversidade de espécies nas regiões Neotropicais ainda são pouco conhecidos. A Mata Atlântica tem sido considerada um dos maiores centros de biodiversidade, o que torna a sua conservação prioritária. A variabilidade intra-específica tem sido aceita como foco para a conservação. Além disto, a fertilidade das plantas tem grande importância conservacionista, sendo a viabilidade do pólen (qualidade do pólen) um importante componente do sucesso reprodutivo. Com o objetivo de estudar a diversidade genética em Vriesea gigantea, 11 marcadores de microssatélites foram desenvolvidos e os resultados publicados conjuntamente com aqueles obtidos para outros quatro loci caracterizados para uma espécie próxima, Alcantarea imperialis (Capítulo 2). Treze novos pares de primers de microssatélites nucleares foram testados em 22 espécies de bromélias, indicando que estes marcadores serão úteis em inúmeros estudos com outras espécies desta mesma família. Os marcadores nucleares de microssatélites foram utilizados para estudar os padrões de diversidade genética de Vriesea gigantea ao longo de toda a distribuição geográfica da espécie, em 429 indivíduos, amostrados em 13 populações (Capítulo 3). Os resultados indicaram uma tendência latitudinal de diminuição da diversidade genética do Norte para o Sul, consistente com o padrão histórico de expansão da Floresta Atlântica. A expansão da espécie parece ter sido impedida pela diminuição do fluxo gênico nas populações marginais. Além disso, a história evolutiva das populações marginais difere muito. O centro de diversidade genética para V. gigantea (São Paulo e Rio de Janeiro) coincidiu com o centro de diversidade e centro de endemismo de muitas espécies de animais e plantas da mata Atlântica. A correlação entre a diversidade genética de V. gigantea e a de espécies do gênero Vriesea indicou que ambas foram moldadas pelas mesmas forças históricas: alterações climáticas do Pleistoceno. As análises de distância genética revelaram três grupos geograficamente separados e as análises bayesianas revelaram a presença de outros dois grupos, referentes às populações marginais, os quais são de grande importância para estabelecer estratégias de conservação da espécie. Complementando as análises do genoma nuclear, foram seqüenciadas 21 regiões do genoma de cloroplasto, produzindo um total de cinco regiões plastidiais polimórficas (quatro microssatélites e um SNP – Single Nucleotide Polymorphism). As regiões de microssatélites de cloroplastos polimórficas foram isoladas pela primeira vez em Bromeliaceae. Os cinco marcadores plastidiais foram examinados em 192 indivíduos de 13 populações, com objetivo de inferir a história filogeográfica da espécie (Capítulo 4). Os principais resultados indicaram uma forte estrutura filogeográfica e um reduzido fluxo gênico entre as populações de V. gigantea. A razão de 3,3 indicou assimetria entre o fluxo de pólen e sementes, sendo o fluxo gênico via semente menos eficaz do que via pólen, resultando em uma maior estruturação do genoma do cloroplasto do que do genoma nuclear (microssatélites nucleares). A rede de haplótipos revelou dois grupos filogeográficos distintos: Norte e Centro-Sul. A análise da distribuição de mismatch mostrou que populações da região Norte são mais estáveis e devem ter tido um crescimento ancestral (antigas), enquanto que as populações da porção Centro-sul estão em expansão (jovens). No Capítulo 5, a fertilidade de plantas das populações do sul foi analisada através do número cromossômico, comportamento meiótico e viabilidade do pólen. A maioria das células-mãe-de-pólen apresentou comportamento meiótico regular, o que está de acordo com a alta viabilidade dos grãos de pólen (84 - 98%) registrada para todas as populações investigadas. Estes resultados indicaram que as plantas das populações analisadas são potencialmente férteis. Apesar da alta viabilidade dos grãos de pólen observada, foram constatadas diferenças significantes entre populações. / V. gigantea is a diploid, perennial and self-compatible bromeliad species endemic to Atlantic Rainforest of southeastern and southern Brazil. Its wild populations have been reduced by anthropogenic disturbance such as habitat destruction and illegal collection. The processes that have shaped the extraordinary species diversity in Neotropical rainforests are poorly understood, and knowledge about patterns of genetic diversity across species’ ranges is scarce. Brazilian Atlantic Rainforest has been considered one of the major biodiversity hotspots for conservation. Intraspecific variation has increasingly been accepted as a focus for conservation. Another issue also of conservation meaning is plant fertility. The quality of pollen produced by a plant is an important component of reproductive success. In order to start studying genetic diversity in Vriesea gigantea a set of 11 nuclear microsatellite markers were developed, and the results published together with four loci characterized for a closed-related species, Alcantharea imperialis (Chapter 2). These fifteen new nuclear microsatellite pair primers were tested in 22 bromeliads species indicating that these markers will be useful in numerous other taxa. Using nuclear microsatellite markers patterns of genetic diversity on V. gigantea were studied all across its geographic distribution in Atlantic Rainforest in a large sampling of 429 plants from 13 populations (Chapter 3). The main results indicated latitudinal trend of decreasing diversity from North to South away from the equator, consistent with historical range expansion from the Northern half of the present distribution range. Further species expansion appears to be impeded by lack of gene flow at the current range margins, and the nature of range limits differs greatly between North and South. The center of genetic diversity for V. gigantea (São Paulo and Rio de Janeiro) coincided with centers of species diversity and endemism for most animals and plants of the Atlantic Rainforest. Significant correlation between genetic diversity in V. gigantea and species diversity in the Vriesea genus suggested that both were shaped by the same historical forces: climatic changes of the Pleistocene. Distance-based genetic analysis revealed three geographically defined clusters, and a Bayesian analysis revealed two additional genetic clusters of conservation relevance. To obtain a more ancient scenario, 21 chloroplast regions were sequenced and screened producing a total of five polymorphic plastid regions (four microsatellites and one SNP - Single Nucleotide Polymorphism). Polymorphic chloroplast microsatellites markers were isolated for Bromeliaceae for the first time. The five cpDNA markers were examined in 192 individuals from 13 populations to infer the phylogeographical history of the species (Chapter 4). The key results indicated a strong phylogeographic structure and a reduced gene flow among populations of Vriesea gigantea. A ratio of 3.3 indicated an asymmetry between pollen and seed flow, being gene flow via seed less efficient than via pollen, resulting in a stronger genetic structure for chloroplast genome than nuclear genome (inferred by nuclear SSR). Haplotype network revealed two major phylogeographic groups: Northern and Central- Southern. Mismatch distribution analysis showed that populations from the Northern region are stable and should have an ancestral growth (“older”), while the populations from Central-Southern region are in expansion range (“younger”). In Chapter 5, the plant fertility of southern populations was analyzed by assessing: chromosome number, meiotic behavior, and pollen viability. Most of pollen mother cells showed a regular meiotic behavior. In accordance, high pollen viability (84-98%) was recorded for all investigated populations. These results indicated that plants from all populations analyzed are fertile. Despite the overall high pollen viability, significant differences were detected among populations.

Resumo não disponível