Phylogeography of neotropical passerine birds

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Phylogeography of neotropical

passerine birds

Fabrício R. Santos

Professor Associado (fsantos@icb.ufmg.br) Departamento de Biologia Geral, ICB, UFMG

Belo Horizonte, MG, Brasil

International Symposium on Phylogeography FAPESP 2010

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• What is the spatial structure of diversity?

• Do discontinuities in the genetic diversity

agree with current taxonomic divisions?

• Are there morphological traces correlated

with the spatial structure of populations?

• Can we trace back dispersion/migration

events leading to present taxon distribution?

• Is it possible to recover the past demography

of particular populations?

(3)

• Are discontinuities in the genetic diversity

related to geographic barriers of past climatic

and/or vicariant events?

• Can we correlate the ecological landscape with

the spatial structure of populations?

• Is it possible to detect expansion and/or

dispersion events related to past climatic and

biome changes?

• Can we use historical phylogeography and

landscape genetics to predict future outcomes

of climatic changes in the species distribution?

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Piryglena leucoptera

Recurrent phylogeographic discontinuities

in the Atlantic rain forest

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P.leucoptera

Control region + Cyt-b

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Car Si ARN SDi Jeq LP JGM Boc 0 300 km Tu NL Pt Vi Ar Al DM CC SB

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Thamnophilus ambiguus 33 09 09 CB01 RC12-Jq TC RC16-SD .. RC12-SD .. RC14-SD .. RC09-Jq .. RC08-SD .. CB02 RC06-Ca CT RC01-RD CT Caratinga Salto da Divisa Jequitinhonha Rio Doce Caratinga Salto da Divisa Jequitinhonha Salto da Divisa Jequitinhonha Rio Doce Rio Doce RC02 RC03 RC05 _RC04 RC17 RC16 RC13 RC10 RC11 RC12 RC15 RC07 RC14 RC09 RC08 RC06 RC01 RC02 RC03 RC05 _RC04 RC17 RC16 RC13 RC10 RC11 RC12 RC15 RC07 RC14 RC09 RC08 RC06 RC01 266 084 106 145 033 487 159 073 075 560 040 187 084 005 303 271 152 518 530 084 106

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Jequitinhonha Bocaiúva Nova Lima Ouro Preto Caratinga Simonésia Santa Bárbara Araponga PERD Salto da Divisa Brazilândia de Minas Canápolis Viçosa

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Foto: Andrei L. Roos Foto: Sibelle T. Vilaça

B. hypoleucus

Cyt-b, BF5 and 6 microsatellites in 150 DNA samples

B. culicivorus

7 subspp.

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Distribuição B. hypoleucus

Fonte: Souza, 2004 Fonte: Souza, 2004

Introdução

Colocar uma foto melhor!!!!!!!!!

B. culicivorus B. hypoleucus

Golden-crowned warbler distribution

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Basileuterus rivularis Brazil Paraguay Argentina Mexico N. Mexico S. / El Salvador Colombia Venezuela B.hypoleucus ML/Bayesian Cyt-b tree

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MEX 4 exclusive BF5 haplotypes

MES 10 exclusive BF5 haplotypes

BAP 36 exclusive BF5 haplotypes

and presents relatively lower H_e in STRs

Cyt-b overall st = 0.51 BF5 overall st = 0.33

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Dating of divergence and coalescence times

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BAP Mexico_Norte Mexico_El Salvador Venezuela n 71 4 3 4 h 67 4 3 3 D Tajima 0,39197 -0,31054 0,00000 0,17969 Fs Fu -24,095*** 0,561 0,901 0,888 φst 0,558*** 0,611*** 0,619*** 0,626***

Number of individuals (n), haplotype numbers (h), Tajima D va Fu´s Fs values, pairwise φst - Cyt-b

*** p<0,0001

Population expansion tests

BF5 and microsatellites non significant

11:42 AM

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all clades MEX

MES VEN

BAP

Bayesian skyline Plots

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B. c. flavescens MEX MES 2.5 MYA B. c. basherii B. c. culicivorus VEN 1.8 MYA B. c. olivascens COL 1.9 MYA B. c. occultus BAP 1.7 MYA B. c. auricapillus B. c. azarae B. hypoleucus

(18)

Many grassland fields are restricted to

the cold mountain tops in eastern Brazil

and present high levels of endemism

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Asthenes luizae

Brazilian high-altitude birds

Asthenes moreirae Polystictus superciliaris Embernagra longicauda Formicivora grantsaui Augastes lumachella and A. scutatus Cinclodes pabsti

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Asthenes luizae

Other 21 Asthenes spp. Asthenes moreirae

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Polystictus superciliaris

Gray-backed Tachuri Populations are restricted to areas

1000 to 1600 m above sea level in MG, BA and SP states in Brazil

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MJ Network

COI_ND2

Polystictus superciliaris

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Chapada do Catuni

Serra Resplandescente Serra do Barro Preto

PE do Rio Preto Serra do Cipó BH Serra da Gandarela Serra da Piedade Serra do Caraça Serra do Mascate ESPINHAÇO RANGE MG

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GENELAND

• Two macrogeographic groupings emerge

CSN: Cipó - Serras do Norte QF: Quadrilátero Ferrífero

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Chapada do Catuni

Serra Resplandescente Serra do Barro Preto

PE do Rio Preto Serra do Cipó BH Serra da Gandarela Serra da Piedade Serra do Caraça Serra do Mascate ESPINHAÇO RANGE MG SN CD QF

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Colaborators/partners

• Marcelo Vasconcelos (PUC-MG), Marcos Rodrigues (UFMG), Miguel Marini (UnB), Cristina Miyaki (USP), Alexandre Aleixo (MPEG) e Gustavo Cabanne (MCN, Argentina).

• Outras instituições, museus e coleções: MN-UFRJ, PUC-RS, MZoo-USP no Brasil e outros museus nos EUA (AMNH, Field Museum, U.Kansas Museum).

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Passeriformes’ team

Anderson Augusto Guilherme Eloisa Daniela Sibelle

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Asthenes

luizae

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Oreophylax

moreirae

• muitos autores propõem a inclusão da espécie no gênero andino Schizoeca

Schizoeaca harterti Schizoeaca vilcabambae

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Anairetes Pseudocolapteris flaviventris

Polystictus superciliaris

Ohlson et al, 2008 Chaves et al, 2008 Pseudocolapteris sclateri

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Embernagra

longicauda

• E. platensis platensis • E. platensis olivascens • Emberizoides Embernagra platensis

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Augastes lumachella

Augastes scutatus

• Augastes geoffroyi

– Porção centro-setentrional na

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Formicivora

grantsaui

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Árbol filogenético

Pájaros de la familia Furnariidae

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Tyranninae

Attila rufus Megarhynchus pitangua Pitangus sulphuratus Tyrannus melancholicus Myiodynastes maculatus Tyrannus savana

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Elaeniinae

Phaeomyias murina Platyrhincus mystaceus Suiriri suiriri Elaenia cristata

Euscarthmus meloryphus Myiopagis viridicata Tolmomyias sulphurescens

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Fluvicolinae

Cnemotriccus fuscatus Knipolegus cyanirostris Myiobius atricaudus Myiobius barbatus Myiophobus fasciatus

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Pipromorphinae

Hemitriccus diops Hemitriccus margaritaceiventer Leptopogon amaurocephalus Todirostrum cinereum Mionectes rufiventris

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Phylogeography, genetic landscape and

secondary contact zones in

Thamnophylus caerulescens

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T. c. aspersiventer T. c. caerulescens T. c. gilvigaster T. c. cearensis T. c. melanochrous T. c. paraguayensis T. c. dinellii NW Argentina CE Bolívia T. c. ochraceiventer

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Population sampling

Para análise morfológica 159 Para análise molecular 194 Sangue

Banco DNA LBEM 52

Banco DNA USP 11

total 63

Recentemente coletados

nas últimas expedições 86 Peles de Coleções Ornitológicas

UFMG 63

UnB 7

UFV 3

total 73

Total de Indivíduos 222

Número de Indivíduos por subespécie

T. c. caerulescens 174

T. c. ochraceiventer 37

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• 75 areas in 49 sampled

municipalities

• GO, MG, ES, SP, PR and

RS

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ND2

1001 pb  Haplótipos muito divergentes  Topologia em estrela  Haplótipos + freq.: HAPLÓTIPOS: H11 H32 H8 INDIVÍDUOS: 28 23 10 MUNICÍPIOS: 15 13 4 H11 H32 H8

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Resultados e Discussão: ND2

Subespécies geográficas

 Sem agrupamentos _{monofiléticos}

φST: 22,48 %

– boa estruturação da diversidade genética dentro dos limites de subespécie

(50)

38,1% entre grupos

– alta estruturação

genética dessa divisão

Resultados e Discussão : ND2

(51)

Geneland: Modelo espacial, não correlacionado a

frequência dos haplótipos

(52)



φST: 29,55%



mantém a separação de T. c.

ochraceiventer em GO



T. c. gilvigaster em SP e sul do Brasil



separa um T. c. caerulescens em duas

populações:

 uma no Triângulo mineiro

 outra no restante de MG e ES

Geneland: Modelo espacial, não correlacionado a

frequência dos haplótipos

(53)

Geneland: Modelo espacial, correlacionado a frequência

dos haplótipos

• φST: 45,37%

– oito populações

estão altamente

estruturadas

– a maioria

corresponde a uma

maior divisão das 4

populações

delimitadas pelo

ENCFH

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• φST par a par

– G e H.

• teste de diferenciação global entre pares de amostras

– H

• Setas

– localidades com uma frequência de haplótipos igualmente provável para ambos os agrupamentos adjacentes

Geneland: Modelo espacial, correlacionado a frequência

dos haplótipos

(55)

Geneland: Modelo espacial, correlacionado a frequência

dos haplótipos – com incerteza nas coord. geo.

• as zonas de probabilidade de amostras pertencerem a mesma população se sobrepõem em um amplo trecho nos grupos 2, 3 e 4

(56)

Geneland: Modelo espacial, correlacionado a frequência

dos haplótipos – com incerteza nas coord. geo.



possível transição dentro da

população

B

 onde os haplótipos mais ao sul de GO têm uma maior relação e

frequência similar com os do Triângulo mineiro

 quanto mais ao norte em direção ao DF, outra configuração de haplótipos se torna mais frequente e mais

associada ao norte de GO

 migrantes do agrupamento 3 por toda extensão (manchas laranja do grupo 2 que é verde)

(57)

Geneland: Modelo espacial, correlacionado a frequência

dos haplótipos – com incerteza nas coord. geo.

 relação entre os grupos C e D formando o agrupamento 4

 Isso indica a relação de haplótipos derivados de C presentes na população D, após um evento de expansão populacional

(58)

Geneland: Modelo não espacial, não correlacionado a

frequência dos haplótipos

φST: 17,52%

 leve estruturação populacional

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• Outgroup:

– Thamnophilus unicolor – T. cryptuleucus

– T. doliatus

• As árvores de ML revelaram

basicamente a mesma topologia das de MP.

• BEAST: Tempo de separação Resultados e Discussão: ND2

(60)

(61)

(62)

(63)

~ 120 - 90 mil anos atrás

Expansão

(64)

~ 60 mil anos atrás

Expansão

(65)

(66)

Zonas de Contato

1

2

1

2

3

4

1 – Sul de MG 2 – Triângulo Mineiro 3 – Planaltina 4 – Nordeste do PR

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A B C Resultados e Discussão: Microssatélites

STRUCTURE

• modelo de

ancestralidade :

– admixture model

• informações a priori

sobre a localização

geográfica das

amostras:

– Locprior model

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Resultados e Discussão:

Variação na plumagem

T. c. caerulescens T. c. gilvigaster Machos jovens ou Intermediários ? T. c. gilvigaster Hellmayr, 1924 Darrieu, 1997

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Resultados e Discussão:

Variação na plumagem

Variação das marcações negras no píleo

GO