Evolutionary dynamics of autopolyploids in natural populations: The case of Turnera sidoides complex

Abstract

Turnera sidoides (x=7) is one of the few well-studied South American autopolyploid complexes. Since polyploidy has played a prominent role within this complex, ongoing studies in T. sidoides focus on understanding the mechanisms involved in the origin and the establishment of polyploids using integrative approaches. This paper synthesises the results of more than 20 years of research on this topic. Cytogenetics analysis provided evidences for the production of unreduced male and female gametes, supporting the hypothesis of bilateral sexual polyploidization as the mechanism of origin of polyploids in T. sidoides. The finding of viable triploids suggested that unilateral sexual polyploidization could also be an important mechanism for the origin of tetraploids in T. sidoides. The occurrence of plants continuously forming many unreduced gametes would play a key role in the establishment of neopolyploids in natural populations. Also, the higher number of propagules that tetraploids contribute to subsequent generations, the ability to multiply asexually by rhizomes, and the occurrence of occasional cases of self-compatibility and successful illegitimate crosses in polyploids increase the likelihood that a low frequency of neopolyploids can be maintained in natural populations of T. sidoides. In addition, integration of cytogeographic and genetic divergence data together with past niche modelling provided further insights supporting the hypothesis that historical climatic and geomorphological events provided favourable conditions for the establishment of autopolyploids, with the wider distribution of tetraploids of T. sidoides being the result of their range expansion.

Turnera sidoides (x=7) es uno de los pocos complejos autopoliploides sudamericanos bien estudiados. Como la poliploidía ha tenido un papel destacado en el complejo, los estudios en curso en T. sidoides se centraron en la comprensión de los mecanismos implicados en el origen y el establecimiento de los poliploides mediante diferentes enfoques. En este trabajo se sintetizan los resultados de más de 20 años de investigación sobre este tema. El análisis citogenético proporcionó evidencias de la producción de gametos masculinos y femeninos no reducidos, sustentando la hipótesis de la poliploidización sexual bilateral como mecanismo de origen de los poliploides en T. sidoides. Sin embargo, el hallazgo de triploides fértiles sugirió que la poliploidización sexual unilateral también sería un mecanismo importante de origen de tetraploides en T. sidoides. La ocurrencia de plantas que forman continuamente gametos no reducidos desempeñaría un papel clave en el establecimiento de neopoliploides. Además, el mayor número de propágulos que los tetraploides aportan a las siguientes generaciones, la capacidad de multiplicación asexual por rizomas y los casos ocasionales de autocompatibilidad y cruzamientos ilegítimos exitosos aumentarían la probabilidad de que se mantenga una baja frecuencia de neopoliploides en las poblaciones naturales de T. sidoides. Asimismo, la integración de datos citogeográficos y de divergencia genética junto con el modelado de nicho en el pasado aportó información que sustenta la hipótesis de que los eventos climáticos y geomorfológicos históricos proporcionaron las condiciones favorables para el establecimiento y expansión de los tetraploides de T. sidoides.