Flowering plants possess striking variation in reproductive traits and mating patterns, even among closely related species. In this thesis, I investigate morphological variation, mating and genetic diversity of five taxa of bird-pollinated Babiana (Iridaceae), including two species with specialized bird perches. Field observations in 12 populations demonstrated that sunbirds were the primary pollinators. Babiana ringens exhibited correlated geographic variation in flower and perch size. Controlled field pollinations revealed self-compatibility and low pollen limitation in B. ringens subspecies, and self-incompatibility and chronic pollen limitation in B. hirsuta. Allozyme markers demonstrated moderate to high selfing rates among populations and considerable variation in levels of genetic diversity. In B. ringens there was a positive relation between the geographic and genetic distance of populations. The results of a manipulative field experiment indicated position-dependent herbivory on inflorescences of B. hirsuta and this could play a role in the evolution of specialized bird perches in Babiana.

Flowering plants possess striking variation in reproductive traits and mating patterns, even among closely related species. In this thesis, I investigate morphological variation, mating and genetic diversity of five taxa of bird-pollinated Babiana (Iridaceae), including two species with specialized bird perches. Field observations in 12 populations demonstrated that sunbirds were the primary pollinators. Babiana ringens exhibited correlated geographic variation in flower and perch size. Controlled field pollinations revealed self-compatibility and low pollen limitation in B. ringens subspecies, and self-incompatibility and chronic pollen limitation in B. hirsuta. Allozyme markers demonstrated moderate to high selfing rates among populations and considerable variation in levels of genetic diversity. In B. ringens there was a positive relation between the geographic and genetic distance of populations. The results of a manipulative field experiment indicated position-dependent herbivory on inflorescences of B. hirsuta and this could play a role in the evolution of specialized bird perches in Babiana.

No abstract available. / Thesis (M.Sc.)-University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2004.

Thesis (M.Sc.) - University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2009. / Full text also available online. Scroll down for electronic link.

O presente estudo objetivou realizar a revisão taxonômica das espécies de Calydorea ocorrentes na Região Sul do Brasil, fornecendo base para a identificação e distinção das mesmas por meio de chave analítica, ilustrações e imagens de plantas no ambiente natural. Além disto, buscou verificar a eficácia da utilização de sequências e genes alvo para discriminar as espécies à luz da proposta do DNA “barcode”, a partir da mensuração das variabilidades intra e interespecífica e da interpretação das árvores resultantes da análise de agrupamento, produzidas a partir dos dados moleculares. Para a realização do trabalho, foi realizada coleta de material botânico em excursões de campo pela Região Sul do Brasil e foram reunidas e analisadas exsicatas de diversos herbários brasileiros e do exterior. Os resultados do levantamento taxonômico indicaram cinco espécies pertencentes ao gênero Calydorea ocorrentes na Região Sul do Brasil: C. alba Roitman & A. Castillo, C. approximata R.C. Foster, C. basaltica Ravenna, C. campestris (Klatt) Baker e C. crocoides Ravenna. Outras espécies citadas para a região em diferentes fontes são também apresentadas e discutidas. Foi realizada uma lectotipificação em Calydorea basáltica, e uma espécie foi sinominizada neste táxon. O estudo da aplicabilidade das sequências para proposta do DNA “barcode” avaliou a variabilidadde de cinco trechos do genoma plastidial (matK, rbcL, rps4, rps16 e trnL-F) em 94 acessos de 12 espécies de Calydorea e duas espécies de Cardiostigma. As análises de agrupamento Neighbor-Joining demonstraram que o poder de discriminação do gene matK foi o mais elevado, seguido pelo rps16. Quatro grupos de espécies ficaram evidenciados em todas as topologias, com pequenas variações e os grupos formados apresentam relação com características morfológicas das espécies que os compõem, guardadas algumas exceções. Inferências filogenéticas puderam ser visualizadas e correlacionadas com observações anteriormente publicadas. Foi verificado que a implementação de marcadores DNA “barcode” em Calydorea é promissora. No entanto, o aumento de dados moleculares provenientes de diferentes acessos é necessário para melhor determinar as variações intra e interespecífica no gênero. / This study aimed a taxonomic revision of the genus Calydorea from southern Brazil, providing the basis for identification of the species, by means of a dichotomous key, illustrations and images of plants in the natural environment. Another aim was to verify the effectiveness of use of target gene sequences to discriminate species, in the light of the proposed DNA "barcode", through the measurement of intra and interspecific variability and the interpretation of the trees obtained from cluster analysis. Collection of plants in field trips through Southern Brazil were performed, and exsiccates from Brazilian herbaria and from foreign countries were analyzed. The results of the taxonomic work indicated five species of the genus Calydorea occurring in Southern Brazil: C. alba Roitman & A. Castillo, C. approximata R.C. Foster, C. basaltica Ravenna, C. campestris (Klatt) Baker and C. crocoides Ravenna. Other species mentioned for the region are also presented and discussed. It was made a lectotypification in Calydorea basaltica and one sinonymization in this taxon. The study of the applicability of the proposed sequences for the DNA "barcode" focused on the variability of five sections of the plastid genome (matK, rbcL, rps4, rps16 and trnL-F) in different accessions of 14 species of Calydorea and two species of Cardiostigma. Cluster analysis with Neighbor-Joining method demonstrated that the power of discrimination of matK gene was the highest, followed by rps16. Four groups of species were evident in all topologies, with small variations and the groups formed are related to morphological traits of the species, saved few exceptions. Phylogenetic inferences can be visualized and correlated with previously published observations. The use of DNA markers "barcode" in Calydorea is promising, although the increase of molecular data from different accessions is needed to determine intra and interspecific variability with more precision.

As técnicas de DNA barcoding (código de barras de DNA) têm como objetivo principal a identificação taxonômica de organismos através da amplificação e análise de sequências de DNA curtas, padronizadas e previamente definidas. Apesar do sucesso relativo desta abordagem em animais usando um único locus, a aplicação deste método em plantas apresenta menor capacidade de identificar espécies usando uma única região gênica, levando a necessidade de utilização de múltiplos loci. Além disso, ainda há certo debate sobre qual região gênica seria mais apropriada para o DNA barcoding em plantas, embora as regiões plastidiais rbcL, matK e o espaçador intergênico trnH-psbA juntamente com o espaçador intergênico nuclear do RNA ribossomal (ITS) sejam as mais comumente utilizadas até então. As tribos Sisyrinchieae e Tigridieae da família Iridaceae foram testadas de acordo com diferentes métodos e marcadores indicados para o DNA barcoding em plantas. Os resultados indicaram uma alta universalidade para membros da tribo Sisyrinchieae, mas também revelaram uma capacidade de identificação de espécies considerada baixa. Apesar disto, os espaçadores ITS foram indicados como a melhor sequência para DNA barcoding em Sisyrinchieae. Em Tigridieae, problemas inerentes ao sequenciamento impediram a utilização dos ITS em nossas análises. Assim, apenas marcadores plastidiais foram utilizados na tentativa de identificar espécies, apresentando novamente resultados modestos. A região gênica que atingiu maior capacidade de identificação em Tigridieae foi o gene matK. A incapacidade de se alcançar maiores taxas de identificação provavelmente está relacionada à complexa história evolutiva apresentada pelos grupos em análise. Este trabalho forneceu o primeiro conjunto significativo de dados de DNA barcoding aplicados a dois importantes grupos de Iridaceae de considerável biodiversidade no Brasil. As tribos em análise apresentam espécies consideradas filogeneticamente próximas e são de difícil identificação devido a sua morfologia homogênea, principalmente em estado vegetativo, justificando plenamente o uso de métodos molecularespara a identificação taxonômica. / The main objective of DNA barcoding methods is the taxonomic identification of organisms by amplifying and analyzing short, standardized and previously defined DNA sequences. In spite of the relative success of this approach in animals using a single locus, the application of this method in plants has less ability to identify species using a single gene region, leading to the need of using multiple loci. Furthermore, there is still some debate concerning which gene region would be more suitable for DNA barcoding in plants, although the plastid regions rbcL, matK and the trnH-psbA intergenic spacer along with the nuclear intergenic spacer of ribossomal DNA (ITS) are the most commonly regions used thus far. The tribes Sisyrinchieae and Tigridieae of the family Iridaceae were tested according to different methods and markers used for DNA barcoding in plants. The results indicated a great universality for members of tribe Sisyrinchieae, but also showed a low ability to identify species. Nevertheless, ITS was imputed as the best sequence for DNA barcoding in Sisyrinchieae. In Tigridieae, problems inherent of ITS sequencing prevented its use in our analysis. Thus, only plastid markers were used in an attempt to identify species, showing modest results once again. The gene region that reached higher identification ability in Tigridieae was matK. The inability to achieve higher identification levels is probably related to the complex evolutionary history presented by the groups in question. This work provided the first large data set of DNA barcoding applied to two important groups of Iridaceae with significant biodiversity in Brazil. The tribes in question present species considered phylogenetically related and are difficult to identify due to their homogeneous morphology, especially in vegetative stage, fully justifying the use of molecular methods for taxonomic identification.

As técnicas de DNA barcoding (código de barras de DNA) têm como objetivo principal a identificação taxonômica de organismos através da amplificação e análise de sequências de DNA curtas, padronizadas e previamente definidas. Apesar do sucesso relativo desta abordagem em animais usando um único locus, a aplicação deste método em plantas apresenta menor capacidade de identificar espécies usando uma única região gênica, levando a necessidade de utilização de múltiplos loci. Além disso, ainda há certo debate sobre qual região gênica seria mais apropriada para o DNA barcoding em plantas, embora as regiões plastidiais rbcL, matK e o espaçador intergênico trnH-psbA juntamente com o espaçador intergênico nuclear do RNA ribossomal (ITS) sejam as mais comumente utilizadas até então. As tribos Sisyrinchieae e Tigridieae da família Iridaceae foram testadas de acordo com diferentes métodos e marcadores indicados para o DNA barcoding em plantas. Os resultados indicaram uma alta universalidade para membros da tribo Sisyrinchieae, mas também revelaram uma capacidade de identificação de espécies considerada baixa. Apesar disto, os espaçadores ITS foram indicados como a melhor sequência para DNA barcoding em Sisyrinchieae. Em Tigridieae, problemas inerentes ao sequenciamento impediram a utilização dos ITS em nossas análises. Assim, apenas marcadores plastidiais foram utilizados na tentativa de identificar espécies, apresentando novamente resultados modestos. A região gênica que atingiu maior capacidade de identificação em Tigridieae foi o gene matK. A incapacidade de se alcançar maiores taxas de identificação provavelmente está relacionada à complexa história evolutiva apresentada pelos grupos em análise. Este trabalho forneceu o primeiro conjunto significativo de dados de DNA barcoding aplicados a dois importantes grupos de Iridaceae de considerável biodiversidade no Brasil. As tribos em análise apresentam espécies consideradas filogeneticamente próximas e são de difícil identificação devido a sua morfologia homogênea, principalmente em estado vegetativo, justificando plenamente o uso de métodos molecularespara a identificação taxonômica. / The main objective of DNA barcoding methods is the taxonomic identification of organisms by amplifying and analyzing short, standardized and previously defined DNA sequences. In spite of the relative success of this approach in animals using a single locus, the application of this method in plants has less ability to identify species using a single gene region, leading to the need of using multiple loci. Furthermore, there is still some debate concerning which gene region would be more suitable for DNA barcoding in plants, although the plastid regions rbcL, matK and the trnH-psbA intergenic spacer along with the nuclear intergenic spacer of ribossomal DNA (ITS) are the most commonly regions used thus far. The tribes Sisyrinchieae and Tigridieae of the family Iridaceae were tested according to different methods and markers used for DNA barcoding in plants. The results indicated a great universality for members of tribe Sisyrinchieae, but also showed a low ability to identify species. Nevertheless, ITS was imputed as the best sequence for DNA barcoding in Sisyrinchieae. In Tigridieae, problems inherent of ITS sequencing prevented its use in our analysis. Thus, only plastid markers were used in an attempt to identify species, showing modest results once again. The gene region that reached higher identification ability in Tigridieae was matK. The inability to achieve higher identification levels is probably related to the complex evolutionary history presented by the groups in question. This work provided the first large data set of DNA barcoding applied to two important groups of Iridaceae with significant biodiversity in Brazil. The tribes in question present species considered phylogenetically related and are difficult to identify due to their homogeneous morphology, especially in vegetative stage, fully justifying the use of molecular methods for taxonomic identification.

O presente estudo objetivou realizar a revisão taxonômica das espécies de Calydorea ocorrentes na Região Sul do Brasil, fornecendo base para a identificação e distinção das mesmas por meio de chave analítica, ilustrações e imagens de plantas no ambiente natural. Além disto, buscou verificar a eficácia da utilização de sequências e genes alvo para discriminar as espécies à luz da proposta do DNA “barcode”, a partir da mensuração das variabilidades intra e interespecífica e da interpretação das árvores resultantes da análise de agrupamento, produzidas a partir dos dados moleculares. Para a realização do trabalho, foi realizada coleta de material botânico em excursões de campo pela Região Sul do Brasil e foram reunidas e analisadas exsicatas de diversos herbários brasileiros e do exterior. Os resultados do levantamento taxonômico indicaram cinco espécies pertencentes ao gênero Calydorea ocorrentes na Região Sul do Brasil: C. alba Roitman & A. Castillo, C. approximata R.C. Foster, C. basaltica Ravenna, C. campestris (Klatt) Baker e C. crocoides Ravenna. Outras espécies citadas para a região em diferentes fontes são também apresentadas e discutidas. Foi realizada uma lectotipificação em Calydorea basáltica, e uma espécie foi sinominizada neste táxon. O estudo da aplicabilidade das sequências para proposta do DNA “barcode” avaliou a variabilidadde de cinco trechos do genoma plastidial (matK, rbcL, rps4, rps16 e trnL-F) em 94 acessos de 12 espécies de Calydorea e duas espécies de Cardiostigma. As análises de agrupamento Neighbor-Joining demonstraram que o poder de discriminação do gene matK foi o mais elevado, seguido pelo rps16. Quatro grupos de espécies ficaram evidenciados em todas as topologias, com pequenas variações e os grupos formados apresentam relação com características morfológicas das espécies que os compõem, guardadas algumas exceções. Inferências filogenéticas puderam ser visualizadas e correlacionadas com observações anteriormente publicadas. Foi verificado que a implementação de marcadores DNA “barcode” em Calydorea é promissora. No entanto, o aumento de dados moleculares provenientes de diferentes acessos é necessário para melhor determinar as variações intra e interespecífica no gênero. / This study aimed a taxonomic revision of the genus Calydorea from southern Brazil, providing the basis for identification of the species, by means of a dichotomous key, illustrations and images of plants in the natural environment. Another aim was to verify the effectiveness of use of target gene sequences to discriminate species, in the light of the proposed DNA "barcode", through the measurement of intra and interspecific variability and the interpretation of the trees obtained from cluster analysis. Collection of plants in field trips through Southern Brazil were performed, and exsiccates from Brazilian herbaria and from foreign countries were analyzed. The results of the taxonomic work indicated five species of the genus Calydorea occurring in Southern Brazil: C. alba Roitman & A. Castillo, C. approximata R.C. Foster, C. basaltica Ravenna, C. campestris (Klatt) Baker and C. crocoides Ravenna. Other species mentioned for the region are also presented and discussed. It was made a lectotypification in Calydorea basaltica and one sinonymization in this taxon. The study of the applicability of the proposed sequences for the DNA "barcode" focused on the variability of five sections of the plastid genome (matK, rbcL, rps4, rps16 and trnL-F) in different accessions of 14 species of Calydorea and two species of Cardiostigma. Cluster analysis with Neighbor-Joining method demonstrated that the power of discrimination of matK gene was the highest, followed by rps16. Four groups of species were evident in all topologies, with small variations and the groups formed are related to morphological traits of the species, saved few exceptions. Phylogenetic inferences can be visualized and correlated with previously published observations. The use of DNA markers "barcode" in Calydorea is promising, although the increase of molecular data from different accessions is needed to determine intra and interspecific variability with more precision.

As técnicas de DNA barcoding (código de barras de DNA) têm como objetivo principal a identificação taxonômica de organismos através da amplificação e análise de sequências de DNA curtas, padronizadas e previamente definidas. Apesar do sucesso relativo desta abordagem em animais usando um único locus, a aplicação deste método em plantas apresenta menor capacidade de identificar espécies usando uma única região gênica, levando a necessidade de utilização de múltiplos loci. Além disso, ainda há certo debate sobre qual região gênica seria mais apropriada para o DNA barcoding em plantas, embora as regiões plastidiais rbcL, matK e o espaçador intergênico trnH-psbA juntamente com o espaçador intergênico nuclear do RNA ribossomal (ITS) sejam as mais comumente utilizadas até então. As tribos Sisyrinchieae e Tigridieae da família Iridaceae foram testadas de acordo com diferentes métodos e marcadores indicados para o DNA barcoding em plantas. Os resultados indicaram uma alta universalidade para membros da tribo Sisyrinchieae, mas também revelaram uma capacidade de identificação de espécies considerada baixa. Apesar disto, os espaçadores ITS foram indicados como a melhor sequência para DNA barcoding em Sisyrinchieae. Em Tigridieae, problemas inerentes ao sequenciamento impediram a utilização dos ITS em nossas análises. Assim, apenas marcadores plastidiais foram utilizados na tentativa de identificar espécies, apresentando novamente resultados modestos. A região gênica que atingiu maior capacidade de identificação em Tigridieae foi o gene matK. A incapacidade de se alcançar maiores taxas de identificação provavelmente está relacionada à complexa história evolutiva apresentada pelos grupos em análise. Este trabalho forneceu o primeiro conjunto significativo de dados de DNA barcoding aplicados a dois importantes grupos de Iridaceae de considerável biodiversidade no Brasil. As tribos em análise apresentam espécies consideradas filogeneticamente próximas e são de difícil identificação devido a sua morfologia homogênea, principalmente em estado vegetativo, justificando plenamente o uso de métodos molecularespara a identificação taxonômica. / The main objective of DNA barcoding methods is the taxonomic identification of organisms by amplifying and analyzing short, standardized and previously defined DNA sequences. In spite of the relative success of this approach in animals using a single locus, the application of this method in plants has less ability to identify species using a single gene region, leading to the need of using multiple loci. Furthermore, there is still some debate concerning which gene region would be more suitable for DNA barcoding in plants, although the plastid regions rbcL, matK and the trnH-psbA intergenic spacer along with the nuclear intergenic spacer of ribossomal DNA (ITS) are the most commonly regions used thus far. The tribes Sisyrinchieae and Tigridieae of the family Iridaceae were tested according to different methods and markers used for DNA barcoding in plants. The results indicated a great universality for members of tribe Sisyrinchieae, but also showed a low ability to identify species. Nevertheless, ITS was imputed as the best sequence for DNA barcoding in Sisyrinchieae. In Tigridieae, problems inherent of ITS sequencing prevented its use in our analysis. Thus, only plastid markers were used in an attempt to identify species, showing modest results once again. The gene region that reached higher identification ability in Tigridieae was matK. The inability to achieve higher identification levels is probably related to the complex evolutionary history presented by the groups in question. This work provided the first large data set of DNA barcoding applied to two important groups of Iridaceae with significant biodiversity in Brazil. The tribes in question present species considered phylogenetically related and are difficult to identify due to their homogeneous morphology, especially in vegetative stage, fully justifying the use of molecular methods for taxonomic identification.

O presente estudo objetivou realizar a revisão taxonômica das espécies de Calydorea ocorrentes na Região Sul do Brasil, fornecendo base para a identificação e distinção das mesmas por meio de chave analítica, ilustrações e imagens de plantas no ambiente natural. Além disto, buscou verificar a eficácia da utilização de sequências e genes alvo para discriminar as espécies à luz da proposta do DNA “barcode”, a partir da mensuração das variabilidades intra e interespecífica e da interpretação das árvores resultantes da análise de agrupamento, produzidas a partir dos dados moleculares. Para a realização do trabalho, foi realizada coleta de material botânico em excursões de campo pela Região Sul do Brasil e foram reunidas e analisadas exsicatas de diversos herbários brasileiros e do exterior. Os resultados do levantamento taxonômico indicaram cinco espécies pertencentes ao gênero Calydorea ocorrentes na Região Sul do Brasil: C. alba Roitman & A. Castillo, C. approximata R.C. Foster, C. basaltica Ravenna, C. campestris (Klatt) Baker e C. crocoides Ravenna. Outras espécies citadas para a região em diferentes fontes são também apresentadas e discutidas. Foi realizada uma lectotipificação em Calydorea basáltica, e uma espécie foi sinominizada neste táxon. O estudo da aplicabilidade das sequências para proposta do DNA “barcode” avaliou a variabilidadde de cinco trechos do genoma plastidial (matK, rbcL, rps4, rps16 e trnL-F) em 94 acessos de 12 espécies de Calydorea e duas espécies de Cardiostigma. As análises de agrupamento Neighbor-Joining demonstraram que o poder de discriminação do gene matK foi o mais elevado, seguido pelo rps16. Quatro grupos de espécies ficaram evidenciados em todas as topologias, com pequenas variações e os grupos formados apresentam relação com características morfológicas das espécies que os compõem, guardadas algumas exceções. Inferências filogenéticas puderam ser visualizadas e correlacionadas com observações anteriormente publicadas. Foi verificado que a implementação de marcadores DNA “barcode” em Calydorea é promissora. No entanto, o aumento de dados moleculares provenientes de diferentes acessos é necessário para melhor determinar as variações intra e interespecífica no gênero. / This study aimed a taxonomic revision of the genus Calydorea from southern Brazil, providing the basis for identification of the species, by means of a dichotomous key, illustrations and images of plants in the natural environment. Another aim was to verify the effectiveness of use of target gene sequences to discriminate species, in the light of the proposed DNA "barcode", through the measurement of intra and interspecific variability and the interpretation of the trees obtained from cluster analysis. Collection of plants in field trips through Southern Brazil were performed, and exsiccates from Brazilian herbaria and from foreign countries were analyzed. The results of the taxonomic work indicated five species of the genus Calydorea occurring in Southern Brazil: C. alba Roitman & A. Castillo, C. approximata R.C. Foster, C. basaltica Ravenna, C. campestris (Klatt) Baker and C. crocoides Ravenna. Other species mentioned for the region are also presented and discussed. It was made a lectotypification in Calydorea basaltica and one sinonymization in this taxon. The study of the applicability of the proposed sequences for the DNA "barcode" focused on the variability of five sections of the plastid genome (matK, rbcL, rps4, rps16 and trnL-F) in different accessions of 14 species of Calydorea and two species of Cardiostigma. Cluster analysis with Neighbor-Joining method demonstrated that the power of discrimination of matK gene was the highest, followed by rps16. Four groups of species were evident in all topologies, with small variations and the groups formed are related to morphological traits of the species, saved few exceptions. Phylogenetic inferences can be visualized and correlated with previously published observations. The use of DNA markers "barcode" in Calydorea is promising, although the increase of molecular data from different accessions is needed to determine intra and interspecific variability with more precision.