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- Genetic variation, mating patterns and gene flow in a Pinus pinaster Aiton clonal seed orchardPublication . Fernandes, Lúcia; Rocheta, Margarida; Cordeiro, Jorge; Pereira, Sandra; Gerber, Sophie; Oliveira, Maria M.; Ribeiro, M.M.A.Relatedness among parents, variation in clonal fertility and background pollination deviate the realized genetic gain and the gene diversity of open pollinated seed orchard from expectation, in particular in wind pollinated species such as Pinus pinaster Aiton. • This work investigates the genetic variation, the mating system and the pollen contamination in a P. pinaster clonal seed orchard (CSO), by screening the 60 clones from the CSO and the seeds collected from 21 mother-trees with three nuclear microsatellites. • The expected diversity was similar, but the observed heterozygosity decreased 20% in the progenies compared with the parental trees. The outcrossing rate was 90.1%, the biparental inbreeding 21.7% computed through a multilocus approach, and the observed selfing 3.9%. The observed gene flow from outside the CSO was 52.4%. • From the results we concluded that the observed gene flow and the biparental inbreeding were high, and care should be taken in the implementation and management of future CSO, in particular clones should be checked for relatedness and the ramet number could be directly proportional to their breeding value.
- Biometria do fruto da figueira-da-índia [(Opuntia ficus-indica (L.) Miller].Publication . Reis, C.M.G.; Gazarini, Luiz Carlos; Ribeiro, M.M.A.A figueira-da-índia [Opuntia ficus-indica (L.) Miller] é uma espécie da família Cactaceae, com centro de origem e domesticação no México e terá sido introduzida na Península Ibérica no início do séc. XVI [1]. Possui características morfofisiológicas particulares que permitem uma elevada eficiência de utilização da água [2]. Esta espécie representa uma cultura alternativa para as regiões do interior de Portugal onde se prevê que as alterações climáticas possam vir a ter maior impacto [3]. Idealmente, para exportação, os frutos devem possuir peso superior a 120 g, percentagem de polpa superior a 55% e um teor mínimo de sólidos solúveis totais (SST) de 13% [4]. Neste trabalho pretendeuse estudar alguns aspetos biométricos do fruto de ecótipos de O. ficus-indica. Em Maio de 2012 foram plantados, na Escola Superior Agrária de Castelo Branco num solo de baixa aptidão agrícola, cladódios de dezasseis ecótipos de O. ficus-indica (provenientes de diferentes locais do centro e sul de Portugal) e duas cultivares italianas (“Gialla” e “Bianca”). O delineamento experimental consistiu em blocos casualizados completos com três repetições. O compasso foi de 2,5 x 1,5 m, com 15 plantas por população e um cladódio por cova. O ensaio foi conduzido em sequeiro nos dois primeiros anos, tendo sido fornecido no terceiro ano aproximadamente 70 mm de água. Foi realizado o controlo mecânico de infestantes, sem mobilização do solo. No terceiro ano de ensaio, em cada população, foram colhidas 3 amostras de 10 frutos (n=30), tendo sido quantificados os seguintes parâmetros biométricos: peso fresco, comprimento (C), largura (L), forma (L/C), espessura da casca, peso da polpa, percentagem de polpa, peso de semente por fruto, percentagem de semente, peso de 100 sementes e teor de SST. Este último foi determinado em 3 sumos por ecótipo. Após análise de normalidade e homogeneidade de variâncias, os dados foram tratados por ANOVA, seguida da comparação múltipla de médias (testes de Tukey ou de Games-Howell) e análise classificatória hierárquica (hierarchical cluster analysis). Registaram-se diferenças significativas entre as populações para todas as variáveis estudadas. Da análise classificatória, os ecótipos podem ser colocados em dois grupos, um que inclui os ecótipos com fruto de polpa laranja e forma ovoide e um segundo com ecótipos de polpa branca e forma elítica. Comparativamente aos frutos de polpa branca, os de polpa laranja apresentam maior peso, maior percentagem de polpa e menor percentagem de sementes. Contudo o peso de 100 sementes é menor nos ecótipos com frutos de polpa branca. A exceção é o ecótipo OFI-04 que apresenta polpa amarela, forma ovoide, elevada percentagem de polpa e baixa percentagem de sementes. Em todas as populações o teor de SST é igual ou superior a 13%. Alguns ecótipos, mesmo num solo marginal, produzem frutos de calibre aceitável para comercialização, desde que sejam realizadas práticas agronómicas adequadas.
- Bioclimatic modelling and environmental tolerance to global change in strawberry treePublication . Ribeiro, M.M.A.; Roque, Natália; Ribeiro, Sílvia; Albuquerque, M.T.D.; Gavinhos, Catarina; Quinta-Nova, L. C.The strawberry tree (Arbutus unedo L.) displays potential to be successfully businesslike-cultured in several areas of Portugal and southern Europe, but remains largely a neglected crop. This region is also particularly vulnerable to global warming, reduction of precipitations and a long-term negative effect on vegetation. To investigate interactions between the species’ distribution and ecological factors we used 319 plots (1km grid level), where the species are present in Portugal, characterized with 8 ecological attributes: ombrothermic Index (OI), thermicity Index (TI) and continentality Index (CI), pH, organic matter (OM), sand, topographic position index (TPI), number of fires (NF) and burned area (BA). The obtained matrix was firstly analyzed through PCA to reduce the space of analysis by a construction of synthesis variables (Spearman’s rank correlation matrix) and thus to detect patterns within the data set and possible collinear covariates. Finally, the vulnerability of strawberry tree to the effects of global climate change was examined. For that purpose, two ‘representative concentration pathways’ (RCPs) scenarios were predicted (RCP 2.6 and RCP 6.0) using climatic data, extracted from WorldClim, for distribution changes characterization in two periods (2050 and 2070). The MaxEnt allowed spatial Interpolation using the 319 1K plots. The PCA showed that the climatic attributes (OI, and TI) displayed the highest components’ correlation values. The strawberry tree prefers areas with higher TI and lower acidity values within the mesomediterranean and termomediterranean belts. Additionally, with lower correlation values, the presence of the species is explained by lower OI values, OM, BA and NF. The prediction results revealed reduction of the potential area of the species, providing a key tool to support conservation management decisions, to design regions of provenance, and to manage genetic improvement programs.
- Multicriteria Spatial Analysis to evaluate strawberry tree biophysical suitabilityPublication . Quinta-Nova, L.C.; Ribeiro, Sílvia; Roque, Natália; Ribeiro, M.M.A.The strawberry tree (Arbutus unedo L.) is a native species, water stress and low fertility soils tolerant, actively resistant to wild fires and widely distributed in Portugal. In this study we intend to identify the most suitable habitat to the species in the Center region of Portugal based on the integration of a set of biogeophysical factors.For that purpose we estimated descriptors based in topography, soil, fire history,and the current and potential vegetation cover. Climatological data were collected to calculate bioclimatic indexes, using geostatistical tools. The different layers were classified in to three suitability levels for Arbutus: unfavorable, indifferent and favorable.Based on the layers resulting from the reclassification in suitability levels, we calculated the habitat suitability index (HSI) for strawberry tree.The suitability evaluation was performed using the Analytic Hierarchy Process (AHP). According to AHP methodology, weights and priorities to be given to criteria results from an evaluation made by a set of experts, along pair comparison matrix being developed using a scale of nine levels.
- Modelling maritime pine (Pinus pinaster Aiton) spatial distribution and productivity in Portugal : tools for forest management.Publication . Alegria, C.M.M.; Roque, Natália; Albuquerque, M.T.D.; Fernandez, Paulo; Ribeiro, M.M.A.Research Highlights: Modelling species’ distribution and productivity is key to support integrated landscape planning, species’ afforestation, and sustainable forest management. Background and Objectives: Maritime pine (Pinus pinaster Aiton) forests in Portugal were lately affected by wildfires and measures to overcome this situation are needed. The aims of this study were: (1) to model species’ spatial distribution and productivity using a machine learning (ML) regression approach to produce current species’ distribution and productivity maps; (2) to model the species’ spatial productivity using a stochastic sequential simulation approach to produce the species’ current productivity map; (3) to produce the species’ potential distribution map, by using a ML classification approach to define species’ ecological envelope thresholds; and (4) to identify present and future key factors for the species’ afforestation and management. Materials and Methods: Spatial land cover/land use data, inventory, and environmental data (climate, topography, and soil) were used in a coupled ML regression and stochastic sequential simulation approaches to model species’ current and potential distributions and productivity. Results: Maritime pine spatial distribution modelling by the ML approach provided 69% fitting efficiency, while species productivity modelling achieved only 43%. The species’ potential area covered 60% of the country’s area, where 78% of the species’ forest inventory plots (1995) were found. The change in the Maritime pine stands’ age structure observed in the last decades is causing the species’ recovery by natural regeneration to be at risk. Conclusions: The maps produced allow for best site identification for species afforestation, wood production regulation support, landscape planning considering species’ diversity, and fire hazard mitigation. These maps were obtained by modelling using environmental covariates, such as climate attributes, so their projection in future climate change scenarios can be performed.
- Caracterização e avaliação de populações portuguesas de Opuntia ficus-indica (L.) Mill.Publication . Reis, C.M.G.; Ribeiro, M.M.A.; Gazarini, Luiz CarlosEm solos de menor aptidão agrícola a figueira-da-índia tem interesse como cultura alternativa, quer para a produção de fruto quer como espécie forrageira. Foram caracterizados e avaliados, quanto ao vigor vegetativo e produção de biomassa, por métodos não destrutivos e nos dois primeiros anos após a plantação, 16 ecótipos portugueses e duas variedades italianas (“Gialla” e “Bianca”) de figueira-da-índia (Opuntia ficus-indica (L.) Miller). A produção de biomassa e vigor vegetativo foram aferidos através da determinação do número de cladódios, área de cladódios e peso verde por planta. Através da análise biométrica de 180 cladódios, foram estabelecidos modelos lineares para a quantificação não destrutiva da área de cladódios e do peso verde por planta. Não foi possível estabelecer um modelo linear para a quantificação não destrutiva da matéria seca. Relativamente aos parâmetros estudados, verificou-se a existência de diferenças significativas entre as populações. Das dezasseis populações portuguesas de O. ficus-indica em avaliação, é possível eleger um grupo de quatro ecótipos que não diferem significativamente da variedade “Gialla” em termos de produção de biomassa. A variedade “Gialla” destaca-se das restantes populações, o que reflete a sua origem como material vegetal melhorado. O grupo de ecótipos eleitos apresenta reduzido número de espinhos e poderá constituir material de partida para iniciar um programa de melhoramento desta espécie.
- Molecular estimates of similarity in Eucalyptus globulusPublication . Ribeiro, M.M.A.; Sánchez, Leopoldo; Ribeiro, C.; Carocha, V.; Araújo, J.A.; Borralho, Nuno; Marques, Cristina M.The base populations used in most forest tree genetic improvement programs usually lack detailed pedigree information. Molecular markers, such as microsatellites (SSR), can be used to estimate individuals’ pairwise relatedness, which is based on the probabilities’ ratios of the identity in state between the individuals compared and the reference unrelated population These estimates can be very useful to infer the level of relationship among sub-populations of elite material and/or for the design of controlled crosses between putatively unrelated parents. Using 113 putatively unrelated individuals - genotyped with 18 SSR - self, full-sib, half-sib and unrelated were simulated, and four pairwise similarity coefficients were tested: Queller & Goodnight 1989; Li et al. 1993; Ritland 1996, and Lynch & Ritland 1999. The Lynch & Ritland (1999) coefficient was selected (Figure 1), for it displayed a better adjustment with the expected level of relatedness and narrower standard errors (SE). SE were calculated through Monte- Carlo techniques, to avoid unequal sample size bias, by using 105 simulations for each relatedness group. To illustrate the usefulness of molecular estimates of similarity in genetic improvement programs, a clustering (UPGMA) based on the pairwise Lynch & Ritland (1999) coefficient (LR) values was performed to infer about the putative relationship among individuals of the subgroups of E. globulus elite individuals. From that analysis at least two pairs might be related and a PCA analysis confirmed the clustering results.
- Avaliação de ecótipos de figueira-da-índia [Opuntia ficus-indica (L.) Miller] para produção de frutoPublication . Reis, C.M.G.; Gazarini, Luiz Carlos; Ribeiro, M.M.A.A figueira-da-índia [Opuntia ficus-indica (L.) Miller] é uma espécie da família Cactaceae, com centro de origem e domesticação no México. Possui características morfofisiológicas particulares que permitem uma elevada eficiência de utilização da água. Esta espécie representa uma cultura alternativa para as regiões do interior de Portugal onde se prevê que as alterações climáticas possam vir a ter maior impacto. Neste estudo pretendeu-se avaliar o desempenho de ecótipos portugueses de O. ficus-indica quanto à produção de fruto. Em Maio de 2012 foram plantados, na Escola Superior Agrária de Castelo Branco, num solo de baixa aptidão agrícola, cladódios de dezasseis ecótipos portugueses de O. ficus-indica e duas cultivares italianas, “Gialla” e “Bianca”. O delineamento experimental consistiu em blocos casualizados completos com três repetições. O compasso foi de 2,5 x 1,5 m, com 15 plantas por população e um cladódio (planta) por cova. Antes da plantação foi realizada a fertilização com um adubo ternário, fornecendo 40 kg/ha de cada macronutriente (N, P e K). Nos dois primeiros anos o ensaio foi conduzido em sequeiro e no terceiro ano foram fornecidos, aproximadamente, 70 mm de água. Foi realizado o controlo mecânico de infestantes sem mobilização do solo. As populações foram avaliadas ao terceiro ano com a quantificação da produção em peso (kg) e número de frutos por planta e de frutos por classes de peso. Relativamente aos parâmetros avaliados, verificou-se a existência de diferenças significativas entre as populações estudadas. As cultivares “Gialla” e “Bianca” foram as mais produtivas destacando-se nitidamente dos ecótipos portugueses, o que reflete a sua origem como material vegetal melhorado. Entre as dezasseis populações portuguesas de O. ficus-indica, foram selecionadas cinco com interesse para produção de fruto que poderão constituir material de partida para iniciar um programa de melhoramento da espécie.
- Modelação ecológica em medronheiro usando redes BaiesianasPublication . Albuquerque, M.T.D.; Gerassis, Saki; Roque, Natália; Ribeiro, Sílvia; Taboada, Javier; Martín, José; Ribeiro, M.M.A.O medronheiro (Arbutus unedo L.) tem potencial para ser uma cultura de sucesso comercial em várias regiões de Portugal, onde está bem-adaptado ao clima e solos. A espécie tem sido usada pelas populações locais para consumo do fruto em fresco ou processado, sobretudo como aguardente, no entanto continua a ser uma espécie largamente negligenciada, ainda que tenha muitos usos comerciais possíveis, desde a produção do fruto em fresco ou processado, a uso ornamental, farmacêutico, ou aplicações dos produtos bioativos. Além disso, devido ao seu estatuto pioneiro, é útil na recuperação dos solos, evitando a desertificação e tem, também, resistência ao fogo. A construção de um modelo ecológico para o medronho, foi obtida através de uma abordagem Baiesiana. Na investigação em curso, foi utilizada uma grelha de 1 Km2 ao longo de todo o território português (90425 parcelas), para o conjunto dos 10 atributos utilizados: sete variáveis bioclimáticas para a representação de uma "distância climática" - Bio1; Bio2; Bio5; Bio 9; Bio 15; Temperatura Máxima e Temperatura Mínima (WorldClim 1.4, 2017) e três variáveis geográficas - Altitude; Declive e Uso do Solo - para capturar uma "distância geográfica". Finalmente, a presença/ausência da espécie foi a variável objetivo. Foram usados quatro cenários: 1. Série de controle (1960-1990), visando a modelação das condições atuais; 2. Três diferentes cenários de efeito de estufa: Holocénico Médio (há 6000 anos); 2050 e 2070, utilizando o cenário de concentração de CO2 mais pessimista (RCP 8,5). As redes Baiesianas são Grafos Acíclicos Direcionados (GAD) onde os nós e os arcos tipificam as relações de causa e efeito entre variáveis em estudo. A estrutura topológica de um modelo Baiesiano reflete a dependência das variáveis e descreve a distribuição de probabilidade de certos acontecimentos, ocorrendo a condições específicas. As informações obtidas neste estudo serão utilizadas para a elaboração de regiões de proveniência, para melhoramento genético e conservação da espécie.
- Efeito do aquecimento global numa espécie mediterrânica típica: o medronheiroPublication . Ribeiro, M.M.; Roque, Natália; Ribeiro, Sílvia; Gavinhos, Catarina; Silva, Isabel Castanheira; Quinta-Nova, L.C.; Albuquerque, M.T.D.; Sak, Gerassis DaviteiA região do Mediterrâneo sofrerá um elevado aumento de temperatura, cerca de 1,5 vezes superior ao período 1880-1920, por comparação com as outras regiões do mundo. Os impactos na floresta em Portugal, devido às alterações climáticas, sugerem uma tendência na migração de espécies, do sul para o norte e do interior para as áreas costeiras. Além disso, sob este cenário, as florestas podem desaparecer das áreas mais secas (a região interior do sul). O risco de incêndios florestais aumentará num clima mais quente e seco e pode ainda ser aumentado pela acumulação de biomassa de alta inflamabilidade no Verão. O impacto na economia florestal pode ser extremamente severo, a diminuição da produtividade, o aumento do risco de incêndio e o risco de pragas e doenças, e podem tornar o investimento florestal pouco atraente, resultando no aumento do abandono florestal. Neste estudo, o nosso objetivo foi modelar do ponto de vista ecológico uma espécie tipicamente mediterrânea amplamente distribuída no país e na região do Mediterrâneo, o medronheiro (Arbutus unedo L.). Através da modelação, é possível revelar o impacto dos fatores ambientais na distribuição dos habitats do medronheiro e avaliar a alteração do nicho ecológico usando cenários contrastantes de aquecimento global. Para aumentar o nosso conhecimento sobre a distribuição espacial da espécie, 318 pontos de presença da espécie, juntamente com um vetor de covariáveis ambientais (7 atributos bioclimáticos, declive e altitude) e pontos de não presença, foram utilizados para modelação. Os dados climáticos atuais e futuros foram obtidos através do WorldClim. Finalmente, a vulnerabilidade do medronheiro aos efeitos da mudança climática global foi examinada usando dois cenários de emissões (RCP 4.5 e 8.5), para prever mudanças de distribuição nos anos 2050 e 2070, utilizando um software de modelação ecológica (MaxEnt). A redução do habitat adequado para esta espécie é significativa nas regiões do sul, considerando os futuros cenários de aquecimento global. As regiões montanhosas do centro e do norte são presumíveis refúgios previstos para esta espécie. A política de gestão florestal deve refletir o impacto da mudança climática nas áreas utilizáveis para a silvicultura, considerando em particular as espécies adaptadas às regiões do Mediterrâneo e aos incêndios florestais, como o medronheiro.