The role of selfing in the establishment of neotetraploid lineages of Jasione maritima

Abstract

A poliploidização é considerada uma força importante na história evolutiva das Angiospérmicas. Este processo pode modificar vários aspectos de uma planta, incluindo a sua morfologia e fisiologia. De igual forma, a biologia da reprodução pode também ser alterada gerando consequências significativas para o poliplóide nas fases iniciais após a sua emergência. Todas estas possíveis alterações podem ser cruciais para o estabelecimento, permitindo ao neopoliplóide ultrapassar a exclusão do citótipo minoritário. Até à data, os estudos sobre poliplóides focam-se sobretudo na genética e epigenética, sendo os estudos na área da ecologia e biologia da reprodução muito escassos. Estas áreas são, no entanto, igualmente importantes para a compreensão dos mecanismos que levam à emergência, estabelecimento e manutenção dos poliplóides na natureza.Jasione maritima é uma Campanulacea de sistemas dunares e um complexo poliplóide constituído por plantas diplóides e tetraplóides, numa distribuição actualmente alopátrica. Os mecanismos envolvidos no estabelecimento do tetraplóide são, contudo, desconhecidos. Neste trabalho, estudou-se o papel da autofertilização no estabelecimento de neotetraplóides de J. maritima, recorrendo ao uso de neotetraplóides sintetizados de forma a avaliar as consequências reais da poliploidização. O sucesso reproductivo foi medido após polinizações controladas para compreender os efeitos da poliploidização e a capacidade de autofertilização. Adicionalmente, mediram-se um conjunto de parâmetros de fitness, incluindo parâmetros fisiológicos, para avaliar a performance da descendência obtida através da auto-polinização e da polinização cruzada.Os resultados deste trabalho revelam que os diplóides e neotetraplóides de J. maritima são auto-incompatíveis. Estas observações sugerem que a poliploidização não parece ter tido impacto na capacidade de autofertilização nos neotetraplóides. O sucesso reproductivo foi negativamente afectado pela poliploidização e pela auto-fertilização. A performance das plantas descendentes foi menor para os neotetraplóides em relação aos diplóides. Contudo, dentro dos neotetraplóides, observou-se que o fitness geral da descendência não foi afectado pelo uso de auto-polinização. Assim, nas primeiras gerações, a auto-fertilização pode actuar como uma garantia reproductiva para os neotetraplóides nos primeiros momentos após a sua emergência, permitindo a produção de descendência de fitness semelhante aos neotetraplóides de polinização cruzada. No entanto, a autofertilização por si só será insuficiente para explicar o estabelecimento dos neotetraplóides, sendo provavelmente parte de uma combinação de mecanismos que providenciam uma vantagem competitiva aos neotetraplóides nas primeiras fases de emergência e que lhe permitem superar a exclusão como citótipo minoritário.

Polyploidization is considered a major force in the evolutionary history of Angiosperms. This phenomenon can modify various aspects of a plant, including its morphology and physiology. Similarly, the biology of reproduction may also be changed and will have strong consequences for the polyploid in its early stages after emergence. All these possible changes can be crucial for the establishment allowing the neopolyploid to overcome the minority cytotype exclusion. So far, polyploid studies have been mostly focused in genetics and epigenetics, with studies in the field of ecology and reproduction biology being very scarce. These areas, however, are equally important for understanding the mechanisms that lead to the emergence, establishment, and maintenance of polyploids in nature.Jasione maritima is a Campanulaceae growing in dune systems and a polyploid complex bearing diploids and tetraploids, in a currently allopatric distribution. The mechanisms behind the establishment of the tetraploid are, however, unknown. Here, we studied the role of selfing in the establishment of neotetraploids of J. maritima, with the use of synthesized neotetraploids in order to evaluate the real consequences of polyploidization. Reproductive success was measured after controlled pollinations to understand the effects of polyploidization in the selfing ability. In addition, a set of fitness parameters including physiological parameters were measured to assess the performance of the offspring obtained after selfing and outcrossing. The results of this study revealed that diploids and neotetraploids of Jasione maritima are self-incompatible. Thus, polyploidization does not seem to impact the ability to self-fertilize in the neotetraploids. The reproductive success was negatively affected by polyploidization and by the use of selfing. When analysing the neotetraploids, the overall fitness of the offspring was lower than diploids. However, in neotetraploids, outcrossing and selfing treatment of the offspring had similar plant performances. Therefore, in the early generations, selfing may act as a reproductive assurance for neotetraploids, enabling them to produce offspring with similar fitness when compared with neotetraploids of the outcrossing treatment. However, selfing by itself is not sufficient to explain the successful establishment of the neotetraploids and is most probably part of a combination of mechanisms that provide a fitness advantage to neotetraploids in the early stages of emergence enabling them to overcome the minority cytotype exclusion.