Joint evolution of mutualistic interactions, pollination, seed dispersal mutualism, and mycorrhizal symbiosis in trees.

Mycorrhizal symbiosis, seed dispersal, and pollination are recognized as the most prominent mutualistic interactions in terrestrial ecosystems. However, it remains unclear how these symbiotic relationships have interacted to contribute to current plant diversity. We analyzed evolutionary relationships among mycorrhizal type, seed dispersal mode, and pollination mode in two global databases of 699 (database I) and 10 475 (database II) tree species. Although database II had been estimated from phylogenetic patterns and therefore had lower certainty of the mycorrhizal type than database I, whose mycorrhizal type was determined by direct observation, database II allowed analysis of many more taxa from more regions than database I. We found evidence of joint evolution of all three features in both databases. This result is robust to the effects of both sampling bias and missing taxa. Most arbuscular mycorrhizal-associated trees had endozoochorous (biotic) seed dispersal and biotic pollination, with long dispersal distances, whereas most ectomycorrhizal-associated trees had anemochorous (abiotic) seed dispersal and wind (abiotic) pollination mode, with shorter dispersal distances. These results provide a novel scenario in mutualistic interactions, seed dispersal, pollination, and mycorrhizal symbiosis types, which have jointly evolved and shaped current tree diversity and forest ecosystem world-wide.

The contribution of the BIOTA/FAPESP Program to the knowledge on pollination and plant reproduction / Contribuição do Programa BIOTA/FAPESP para o conhecimento sobre polinização e reprodução em plantas

Abstract Interactions between plant and pollinators are associated with the origin and maintenance of species diversity, as well as ecosystem functioning. The potential of pollination as an ecosystem service is evidenced by its association with food production. Understanding pollination at the landscape scale is essential for characterizing the pollination service for several crops that depend on pollinators for fruit and seed set that make up the human diet. Our aim was to carry out a literature review of studies and projects funded by BIOTA/FAPESP to illustrate the main research approaches developed in the field of Pollination Biology, especially related to plant-pollinator interactions. Plant-pollinator interactions in the Atlantic forest were leveraged as a result of this long-term research program, during which several papers were published in international journals. Pollination by bees (melittophily) was the most representative pollination system studied. In addition to melittophily, other interactions were studied such as pollination by hawkmoths (sphingophily), by hummingbirds (ornithophily) and by bats (chiropterophily). The specific mutualistic relationships between fig trees and fig wasps were also subject of studies within the Program. At the beginning of the BIOTA/FAPESP Program, there were many gaps in basic information about pollination and breeding systems of Brazilian native plant species. Thus, the Program was fundamental to fuel research on the natural history of plants and pollinators from the Atlantic forest. Overall, the Program funded studies that investigated themes such as functional pollination ecology, pollinator effectiveness, plant population genetics, structure and dynamics of plant-pollinator interaction networks, as well as geographic distribution and macroevolution of pollination systems, as well as genetic and molecular studies of native plant populations focusing on pollen flow and genetic structure of populations. Additionally, studies on pollination in the context of landscape ecology had the aim of assessing the effects of forest fragmentation on the functioning of plant populations and their interactions with pollinators and the relationships between landscape structure and ecological processes, biodiversity, and ecosystem service. Therefore, the Program had a prominent role in producing basic data with great implications for understanding the ecology and promoting the conservation of plant-pollinator interactions.

Resumo A interação planta-polinizador está associada à origem e manutenção da diversidade de espécies de plantas e ao funcionamento dos ecossistemas. O potencial da polinização como serviço ecossistêmico é destacado quando associado à produção de alimentos. Compreender esta interação na escala da paisagem é essencial para caracterizar o serviço de polinização para muitos cultivos que dependem dos polinizadores para a formação de frutos e sementes que integram a dieta humana. O objetivo deste trabalho foi realizar uma revisão bibliográfica de estudos e projetos financiados pelo BIOTA/FAPESP para ilustrar as principais abordagens de pesquisa desenvolvidas no campo da Biologia da Polinização, especialmente relacionadas à interação planta-polinizador. As interações planta-polinizador na Mata Atlântica foram alavancadas como resultado desse programa de pesquisa de longo prazo, durante o qual vários artigos foram publicados em revistas internacionais. A polinização por abelhas (melitofilia) foi o sistema de polinização mais representativo estudado. Além da melitofilia, outras interações foram estudadas, como a polinização por mariposas (esfingofilia), por beija-flores (ornitofilia) e por morcegos (quiropterofilia). As relações mutualísticas específicas entre figueiras e vespas do figo também foram objeto de estudos no âmbito do Programa. No início do Programa BIOTA/FAPESP, havia muitas lacunas sobre informações básicas sobre polinização e sistemas de reprodução de espécies vegetais nativas brasileiras. Assim, o Programa foi fundamental para desenvolver pesquisas sobre a história natural de plantas e polinizadores da Mata Atlântica. No geral, o Programa financiou estudos que investigaram temas como ecologia funcional da polinização, eficácia de polinizadores, genética de populações de plantas, estrutura e dinâmica de redes de interação planta-polinizador, bem como distribuição geográfica e macroevolução dos sistemas de polinização, além de estudos genéticos e moleculares de populações de plantas nativas com foco no fluxo de pólen. Adicionalmente, estudos sobre polinização no contexto da ecologia da paisagem tiveram como objetivo avaliar os efeitos da fragmentação florestal no funcionamento das populações de plantas e suas interações com os polinizadores e as relações entre a estrutura da paisagem e os processos ecológicos, biodiversidade e serviços ecossistêmicos. Portanto, o Programa teve um papel de destaque na produção de dados básicos com grandes implicações para o entendimento da ecologia e promoção da conservação das interações planta-polinizador.