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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.60.2014.tde-30102014-144920
Document
Author
Full name
Guillermo Federico Padilla Gonzalez
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2014
Supervisor
Committee
Costa, Fernando Batista da (President)
Gamboa, Ian Castro
López, Luis Fernando Echeverri
Title in Portuguese
Impressão digital metabólica do gênero Espeletia (Asteraceae) e sua correlação com dados filogenéticos e biogeográficos
Keywords in Portuguese
Asteraceae
Biogeografia
Espeletiinae
Metabolômica
Quimiotaxonomia
Abstract in Portuguese
O gênero Espeletia Mutis ex Bonpl (Asteraceae, Millerieae, Espeletiinae) constitui um exemplo clássico de um táxon sujeito a rápidos processos adaptativos evolutivos. Com ca. 71 espécies, este gênero se diversificou em elevadas altitudes num ecossistema emergente formado após o retraimento dos glaciares no final do Plioceno e início do Pleistoceno, os páramos, um tipo de ecossistema que biogeograficamente funciona como um complexo de "ilhas" presentes principalmente no noroeste dos Andes tropicais da Venezuela, Colômbia e Equador. Devido à sua complexa história evolutiva e morfologia característica, este gênero tem sido foco de muitas pesquisas envolvendo sua biologia, ecologia, taxonomia e filogenia. No entanto, do ponto de vista fitoquímico, tem sido pouco estudado e é desconhecida a influência da geografia na química do metabolismo secundário destas espécies. Neste estudo, a impressão digital metabólica de 120 amostras do gênero Espeletia foi obtida por UHPLC-UV-MS e submetida a análises quimiométricas. A correlação com dados geográficos revelou uma forte influência da biogeografia no metabolismo secundário das espécies deste gênero, apresentando uma impressão digital característica de acordo com seu país de origem numa escala global e de acordo com complexo de páramos de origem numa escala regional, o qual concorda com a filogenia atual da subtribo baseada nos marcadores ITS, ETS, rp116 e AFLPs. A análise por OPLS-DA e a desreplicação de extratos permitiu identificar as principais substâncias correlacionadas com a origem geográfica das espécies, mesmo como permitir a construção de modelos de predição da origem geográfica de novos extratos baseados nos seus perfis químicos. Além disso, uma análise filogenética efetuada com dados metabolômicos revelou, embora com pouco suporte, uma correlação geográfica em que as espécies da Venezuela correspondem ao clado ancestral do gênero. Adicionalmente, a química do metabolismo secundário da subtribo Espeletiinae foi revisada e um bando de dados, o ChemEsp (Chemistry of Espeletiinae), foi construído incluindo todos os metabólitos descritos na literatura, mesmo como outras informações químicas, botânicas e geográficas. Finalmente, a desreplicação de extratos permitiu a identificação de várias substâncias não descritas previamente no gênero Espeletia e/ou na subtribo Espeletiinae, incluindo uma grande variedade de flavonoides e ácidos cafeoilquínicos, junto com outros metabólitos já descritos no gênero por métodos fitoquímicos clássicos. Os resultados obtidos, além de contribuírem para a geração de conhecimento sobre a química do metabolismo secundário do gênero Espeletia, revelaram informações sobre as relações filogenéticas e biogeográficas do gênero baseadas em marcadores químicos, empregando-se modernas metodologias analíticas e computacionais.
Title in English
Metabolomic fingerprint of the genus Espeletia (Asteraceae) and its correlation with phylogenetic and biogeographic data
Keywords in English
Asteraceae
Biogeography
Chemotaxonomy
Espeletiinae
Metabolomics
Abstract in English
The genus Espeletia Mutis ex Bonpl (Asteraceae, Millerieae, Espeletiinae) constitutes a classic example of a taxon undergoing rapid adaptive evolutionary processes. With ca. 71 species, this genus diversified at high altitudes in an emerging ecosystem formed after the retreat of the glaciers in the late Pliocene and early Pleistocene, the páramos, a type of ecosystem that biogeographically acts as an "island" complex in the northwestern tropical Andes of Venezuela, Colombia and Ecuador. Due to its complex evolutionary history and characteristic morphology, this genus has been focus of several investigations regarding its biology, ecology, taxonomy and phylogeny. However, phytochemically, they have been poorly studied and it is unknown the influence of geography in their secondary metabolism. In this study, the metabolomic fingerprint of 120 samples of the genus Espeletia was analyzed by UHPLC-UV-MS and chemometrics. Correlations with geographical data revealed a strong influence of biogeography on their secondary metabolism, displaying a characteristic fingerprint according to their country of origin in a global scale and by páramo complex in a regional scale, which is in agreement with the current phylogeny of the subtribe based on ITS, ETS, rp116 and AFLPs markers. An OPLS-DA analysis and extract dereplication allowed the identification of the main compounds correlated with their geographical origin, which also served for building models to predict the geographical origin of unknown samples based on their chemical profile. Also, a phylogenetic analysis was performed with metabolomic data which interestingly, although with low support, also displayed a geographical structure with the Venezuelan cluster as the ancestral clade of the genus. Furthermore, the secondary metabolite chemistry of the subtribe Espeletiinae was reviewed and a data base, ChemEsp (Chemistry of Espeletiinae), was built including all secondary metabolite reports available in the literature as well as other chemical, botanical and geographical information. Finally, the extract dereplication allowed the identification of several compounds previously unreported in the genus Espeletia and/or the subtribe Espeletiinae, including a wide range of flavonoids and caffeoylquinic acids, along with other metabolites already reported in the genus by classic phytochemical methods. These results, besides of contributing to further knowledge about the secondary metabolite chemistry of the genus Espeletia, provided valuable information about the phylogenetic and biogeographic relationships in the genus based on chemical markers by means of modern analytical and computation techniques.
 
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Release Date
2018-10-29
Publishing Date
2014-11-19
 
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