Martha Serrano: Gesneriaceae diversification patterns and genetic evidence for pollination shifts in the Neotropics

Data: 3 de julho de 2015
Date: July 3rd,2015

Hora: 14h:00
Time: 2h:00 PM

Local (Room): Sala de Defesa de Tese, Bloco O, prédio da pós graduação, Instituto de Biologia, Unicamp, Campinas, São Paulo, Brasil

Padrões de diversificação de Gesneriaceae e evidência genética de mudanças na polinização nos Neotrópicos

A subfamília Gesnerioideae é uma linhagem amplamente distribuída na região Neotropical, com grandes disparidades de riqueza de espécies entre os clados e uma alta diversidade morfológica. Com base em quatro regiões do DNA nuclear e cloroplástico reconstruímos uma árvore filogenética com 600 espécies e examinamos mudanças temporais e de linhagem específica nas taxas de diversificação, a evolução de diferentes sistemas de polinização e sua influência no processo de diversificação. Nossos resultados sugerem que a diversificação das espécies da subfamília Gesnerioideae nos Neotrópicos foi promovido por uma combinação de alterações extrínsecas e morfológicas que abriram sucessivamente novas oportunidades ecológicas para a especiação. A transição repetida a polinização por beija-flores durante Mioceno é identificado como um atributo convergente provocando radiações secundárias nas regiões montanhosas. Além disso, esta evolução repetida de tipos de polinização na subfamília produziu fortes fenótipos florais convergentes para diferentes grupos funcionais (insetos, beija-flores e morcegos). A compreensão da base genética dessas convergências florais requer a investigação dos loci envolvidos, expressão gênica e padrões de regulação. Nesta palestra, apresentamos o desenvolvimento dos recursos transcriptómicos em seis espécies não-modelo da subfamília. Os potenciais mecanismos em que se baseiam essas mudanças na polinização incluem diferenças de expressão e seleção sobre genes específicos, como descrito para outros sistemas de plantas. Nas nossas espécies, estes mecanismos devem facilitar as numerosas transições fenotípicas observadas. A nossa pesquisa sobre a expressão gênica diferencial para três casos de mudanças de polinizadores permitiu a identificação de genes candidatos envolvidos na simetria floral, o metabolismo do açúcar e fatores de transcrição. Em conjunto, nossas análises ajudam a caracterizar os processos que conduzem à especiação em grupos com alta de riqueza em espécies de plantas Neotropicais.

Gesneriaceae diversification patterns and genetic evidence for pollination shifts in the Neotropics

The Gesnerioideae sub-family is a widely distributed lineage over the Neotropical region, with large disparities in species richness across clades and a high morphological diversity.  Based on four nuclear and chloroplastic DNA regions we reconstructed a phylogenetic tree with 600 species and examined for temporal and lineage-specific shifts in diversification rates, the evolution of different pollination systems and their influence in the diversification process. Our results suggests that species diversification in the Neotropical Gesnerioideae has been promoted by a combination of extrinsic and morphological changes that successively opened new ecological opportunities for speciation. The repeated transition to hummingbird pollination during Miocene is identified as a convergent trait triggering secondary radiations in the montane regions. In addition, this repeated evolution of pollination types in the sub-family has produced strong convergent floral phenotypes for different functional groups (insects, hummingbirds and bats). Understanding the genetic basis of these floral convergences requires the investigation of the loci involved, gene expression and regulatory patterns. Here, we present the development of the transcriptomic resources in six non-model species of the sub-family. The potential mechanisms underlaying these pollination shifts include expression differences and selection on specific genes as described for other plant systems. In our species, those mechanisms should facilitate the numerous and labile phenotypic transitions observed. Our examination of differential gene expression for three cases of pollinator shifts allowed the identification of candidate genes involved in floral symmetry, sugar metabolism and transcription factors. Altogether, our analyses help to characterize the processes leading to speciation in rich groups of Neotropical plants.

Martha Serrano

Possui bacharelado em Biologia pela Universidad Industrial de Santander (Bucaramanga, Colômbia) e Mestrado em Biologia, com enfase em Sistemática pela Universidad Nacional de Colombia (Bogotá, Colômbia). Atualmente ela está fazendo o doutorado no Laboratório de Filogenética na University of Lausanne na Suíça. Atualmente, o objetivo da sua pesquisa é examinar a evolução morfológica, ecológica e molecular durante os processos de especiação de linhagens de plantas Neotropicais. Mais especificamente, diferenças marcantes na riqueza de espécies entre clados da família Gesneriaceae podem sugerir que vários fatores aumentaram ou diminuíram as provabilidades de diversificação na evolução, integrando métodos filogenéticos, ecológicos e comparativos. Além do anterior, também objetiva investigar as diferenças na variação e expressão genética de várias mudanças na polinização em espécies da família Gesneriaceae. Os resultados da sua pesquisa contribuirão ao entendimento de fatores que tem um papel nos processos de diversificação nos hotspots de biodiversidade nos Neotrópicos.

She has a Bachelor degree in Biology by the Universidad Industrial de Santander (Bucaramanga, Colombia) and a Masters degree with Distinction in Sciences - Biology, with emphasis on Systematics by the Universidad Nacional de Colombia (Bogotá, Colombia). She is a Ph.D. candidate in the Phylogenetics Lab, University of Lausanne, Switzerland. Currently, her Ph.D. research goal is to examine morphological, ecological and molecular evolution during speciation of Neotropical plant lineages. In particular, substantial differences on species richness across clades in Gesneriaceae family may suggest that several factors have potentially increased or decreased diversification probabilities during their evolution, integrating phylogenetic, ecological and comparative methods. Additionaly, she investigates the genetic variation and gene expression differences of multiple pollination shifts in species of the Gesneriaceae family. The findings of her research will contribute to the understanding of factors playing a role on diversification processes in the Neotropical biodiversity hotspots.

Fotos da palestra

Seminar photos

James Blande: Plant communication by volatiles

Data: 16 de junho de2015
Date: June 16th,2015

Hora: 14h:00
Time: 2h:00 PM

Local (Room): Sala de Defesa de Tese, Bloco O, prédio da pós graduação, Instituto de Biologia, Unicamp, Campinas, São Paulo, Brasil

Comunicação vegetal por compostos voláteis: o encontro da ecologia química com a ciência ambiental

Plantas se comunicam com membros da comunidade produzindo e emitindo compostos químicos orgânicos voláteis. A ligação química promove informação detalhada sobre o estado fisiológico da planta, que pode ser utilizado por uma gama de organismos de diversos níveis tróficos. Através da emissão de voláteis orgânicos, plantas podem se defender direta ou indiretamente. Ao mesmo tempo, os organismos atraídos podem utilizar os voláteis para localizar hospedeiros ou presas e otimizar o próprio sucesso reprodutivo. Esses princípios da ecologia química têm sido extensivamente estudados em laboratório e em campo. Entretanto, tem-se aceitado que cadeias simples de interação não possuem a complexidade das condições naturais. Em nossa pesquisa, nós exploramos essa questão a partir de duas maneiras. A primeira foca nas respostas da planta a diferentes combinações de estresses bióticos e abióticos, especialmente herbivoria e estresse por ozônio. A segunda maneira centra-se no impacto de poluentes – especialmente ozônio troposférico – na transmissão efetiva da informação entre o emissor e o receptor dos sinais químicos. As reações dos compostos químicos voláteis na atmosfera devem reduzir a eficiência das interações mediadas por voláteis, enquanto emissões substanciais de voláteis afetam significativamente a composição da atmosfera e devem impactar o clima através da formação de nuvens. Nessa palestra eu vou detalhar nossos trabalhos recentes na comunicação das plantas através de voláteis, os efeitos de múltiplos estresses nas interações mediadas por voláteis e mostrar como interações variáveis podem ser afetadas por poluição atmosférica.

Plant communication by volatiles: the meeting of chemical ecology and environmental science

Plants communicate with community members by producing and emitting volatile organic chemicals. The chemical blend provides detailed information on the physiological state of the plant, which can be utilised by a range of organisms spanning several trophic levels. Through the emission of volatile chemicals, plants can defend themselves directly and indirectly. Concomitantly, receiving organisms can utilise volatile chemicals to locate hosts or prey and to optimise their own fitness. These principles of chemical ecology have been studied extensively under laboratory and field conditions. However, it has become increasing clear that simple interaction chains lack the complexity of natural conditions. In our research we address this void using two main research foci. The first addresses plant responses to combinations of biotic and abiotic stressors, especially herbivore-feeding and ozone stress. The second focuses on the impact of pollutants – especially tropospheric ozone – on the effective transit of information between chemical emitter and receiver. The reactions of volatile organic chemicals in the atmosphere may reduce the efficiency of volatile-mediated interactions, while substantial volatile emissions significantly affect the composition of the atmosphere and may even impact on climate through cloud formation. In this talk I will detail our recent work on plant communication by volatiles, the effects of multiple stressors on volatile-mediated interactions and show how various interactions are affected by atmospheric pollution.

James Blande

James é bacharel em Biologia Aplicada pela Univeris University of Bath (Reino Unido). Tem Ph.D. em Ecologia Química pela University of Southampton (Reino Unido) onde pesquisou o comportamento de afídeos parasitóides, Diaeretiella rapae, em resposta a afídeos com diferentes graus de adaptação à suas plantas hospedeiras na Estação Experimental de Rothamsted (Reino Unido). Atualmente é pesquisador associado na University of Eastern Finland (Finlândia). Sua área de pesquisa aborda interações ocorrendo entre espécies através de múltiplos níveis tróficos, especificamente no papel de compostos voláteis de derivados vegetais como pistas promovendo o comportamento de resposta em artrópodes e comportamento de defesa em plantas. Sua área de pesquisa atual está focada em explorar questões relacionadas à ecologia química no contexto ambiental mais amplo. James está particularmente interessado nos efeitos do ozônio da troposfera na interação mediada por compostos voláteis, especialmente em hospedeiros localizados por predadores e parasitoides e na comunicação plata-planta.

James has bachelor's degree in Applied Biology from University of Bath (United Kingdom). He has Ph.D. in Chemical Ecology from University of Southampton (United Kingdom) where researched the behaviour of the aphid parasitoid, Diaeretiella rapae, in response to aphids with differing levels of adaptation on their host plants at Rothamsted Research, UK. Currently is Academy Research Fellow at University of Eastern Finland (Finland). His research area is interactions occurring between species across multiple trophic levels, specifically in the role of plant-derived volatile chemicals as cues promoting behavioural responses in arthropods and defence responses in other plants. His recent research has focussed on exploring questions related to chemical ecology in a broader environmental context. His is particularly interested in the effects that tropospheric ozone has on volatile-mediated interactions, especially on host location by predators and parasitoids and on plant-plant communication.

Fotos da palestra

Seminar photos