RELACIONES FILOGENÉTICAS DEL GÉNERO TILLANDSIA

RELACIONES FILOGENÉTICAS DEL GÉNERO TILLANDSIA

RELACIONES FILOGENÉTICAS DEL GÉNERO TILLANDSIA (BROMELIACEAE) BASADO EN
DATOS MOLECULARES
Jorge Iván Meza-Ortiz
Escuela de Biología, Universidad Industrial de Santander
1. INTRODUCCIÓN
Bromeliaceae es una familia bien definida y su monofilia es soportada por varios estudios filogenéticos y
morfológicos (Barfuss et al., 2005). Tradicionalmente se han reconocido tres subfamilias de
Bromeliaceae, y de acuerdo a la clasificación actual de Smith and Till (1998), la subfamilia Tillandsioideae
es la más grande, con unas 1100 especies. La circunscripción para Tillandsioideae aun no es clara,
debido a que los caracteres morfológicos usados son de utilidad diagnostica cuestionable (Barffus et al.
2005). Hay evidencia de que los caracteres morfológicos tradicionalmente usados para delimitar los
géneros dentro de la familia han fallado en encontrar grupos naturales (Brown and Terry, 1992; Grant,
1993, 1995).
El género neotropical Tillandsia posee unas 551 especies (Smith and Till, 1998) y se distribuye desde el
sur de Estados Unidos hasta el centro de Argentina y Chile (Till, 1992). Los estudios morfológicos
indican que Tillandsia no es monofilético (Brown and Gilmartin, 1984, 1989; Böhme, 1988; Gross, 1988;
Gortan, 1991; Halbritter, 1992; citados por Barfuss et al. 2005) y que puede tener al menos 12 linajes (W.
Till, in press). Este estudio, pretende evaluar la monofilia del género Tillandsia y sus relaciones internas
utilizando datos moleculares.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
El análisis filogenético se realizó a partir de 30 taxa pertenecientes al género Tillandsia y cinco taxa
outgroup (Tabla 1), con secuencias nucleotídicas de siete regiones del genoma del cloroplasto (intrón
rps16, espaciador intergénico trnL-trnF, espaciador intergénico atpB-rbcL, y matK con partes del intrón
trnK). Los números de accesión se tomaron de Barfuss et al. (2005) (Tabla 1) y las secuencias se
descargaron de la base de datos del GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/batchentrez).
El análisis de sensibilidad de las secuencias nucleotídicas se realizó a través de POY 4.1.2 (Varón et al.,
2010), para tres sets de costos diferentes (costo 1 = ts1tv1g1; costo 2 = ts1tv2g2, costo 3 = ts1tv2g4) y se
determinó cual se ajustaba mejor a los datos según las tasas asignadas a transición, transversión y gaps.
A continuación se escogió el mejor costo usando el índice de congruencia de Farris (ILD) (Farris et al.,
1995) y con estos datos se realizó un análisis de parsimonia en TNT 1.1 (Goloboff et al., 2008) con un
hold de 20.000, valor subóptimo de 2.000 y soporte de Bremer.
Posteriormente se realizó el alineamiento de los datos moleculares con el programa SeaView 4 (Gouy et
al., 2010) (opción Muscle), y se determinó el modelo de sustitución de nucleótidos para cada partición
mediante jModelTest 3.7 (Posada and Crandall, 1998) bajo el criterio de Akaike (AIC). A continuación se
realizó el análisis de máxima verosimilitud (ML) con un Bootstrap de 100, para cada uno de los genes,
utilizando PhyML 3.0 (Guindon and Gascuel, 2003). El análisis Bayesiano fue realizado usando MrBayes
3.1.2 (Huelsenbeck and Ronquist, 2001), con 15 millones de generaciones, una cadena de Markov y un
Burning del 25%, esto para los cuatro genes en conjunto.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El mejor costo del análisis de sensibilidad se obtuvo con valores de ts1tv1g2 para intrón rps16, ts1tv2g4
para el intrón trnK- matK, ts1tv1g1 para el espaciador intergénico trnL-trnF y ts1tv1g2 para el espaciador
intergénico atpB-rbcL. De acuerdo con el índice de incongruencia de Farris, la iteración de costos óptima
presentó un ILD de 0.018 (Tabla 2). Los modelos de sustitución de nucleótidos fueron TIM1+G para
rps16, TPM1uf+G para trnK-matK, TPM1uf+I+G para trnL-trnF y TIM3+I+G para atpB-rbcL.
El análisis de parsimonia produjo un árbol consenso (Figura 1) con una longitud de 2235 pasos. Los
valores de soporte de Bremer relativo indican un buen soporte en casi todos los nodos de la topología, la
cual es consistente con los resultados encontrados por Barfuss et al. (2005).
Las topologías obtenidas con el análisis de máxima verosimilitud (ML) para los cuatro genes se muestran
en la figura 2. Al igual que los resultados obtenidos por Barfuss et al. (2005) no hay un buen soporte para
ningún grupo, ya que los soportes de Bootstrap son generalmente bajos, además las topologías
obtenidas para cada gen resultan ser inconsistentes entre sí. Lo anterior puede ser explicado debido a la
baja variabilidad de los marcadores utilizados para los taxa de este estudio.
El análisis bayesiano se muestra en la figura 3. En él se observa un soporte muy alto para casi todos sus
nodos, y en general la topología es consistente con los resultados obtenidos por Barfuss et al. (2005),
soportando
la
monofilia
de
dos
clados.
El
primero
es
el
conformado
por
((((((Tcap,Tfas),Tkla),Tgua),Tutr),Tpun),Tdis) que corresponde al subgénero Tillansia y el segundo por
((((Rrop,Rspi),Tlin),Tnar),Twag), el cual corresponde a los subgéneros Racinaea y Phytharriza
combinados (sensu Smith and Till, 1998).
Existe consistencia en las topologías halladas por parsimonia y análisis bayesiano en cuanto al soporte
de la monofilia del subgénero Tillandsia (sensu Barfuss et al., 2005). Para los demás grupos, no hay una
relación clara, a pesar que se obtienen valores altos de soporte en la mayoría de los nodos, los
resultados son inconsistentes y muy variables de un análisis a otro. Además, se destaca que Viridantha
plumosa (Baker) Espejo, excluida del género Tillandsia en el estudio realizado por Barfuss et al. (2005),
resulta estar anidada dentro de dicho género en todas las topologías halladas en el presente estudio.
A partir de los resultados obtenidos, no se puede asegurar la monofilia del género Tillandsia. Aún se
observan varias inconsistencias de un análisis a otro, así como un bajo soporte de las topologías
obtenidas en ML. Hasta el momento, y con base en los resultados del presente trabajo, existe una mayor
probabilidad que Tillandsia sea no monofilético, pero aun así, los datos son insuficientes para
proporcionar una conclusión confiable sobre ello.
4. RECOMENDACIONES
Se recomienda el análisis utilizando evidencia total, con el fin de evaluar la incidencia de los datos
morfológicos y moleculares en los resultados. Esto permitiría contrastar con otros estudios que
únicamente han utilizado datos moleculares o solo datos morfológicos.
Igualmente, se recomienda ampliar el número de taxa utilizados en el estudio, y en lo posible, lograr una
mejor representación de las divisiones infragenéricas (subgéneros) de Tillandsia, así como también el
uso de marcadores moleculares que muestren una mayor variabilidad que la presentada por los genes
utilizados en el presente estudio.
5. BIBLIOGRAFÍA
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6. ANEXOS
Tabla 1. Listado de especies con sus respectivas abreviaturas y números de accesión para los genes usados en el
presente estudio. Las especies marcadas con asterisco (*) fueron consideradas como outgroup.
Género
Especie
Abrev.
Aechmea
Bromelia
Mezobromelia
Werauhia
Viridantha
nudicaulis*
plumieri*
hutchisonii*
insignis*
plumosa*
ropalocarpa
spiculosa
biflora
coinaensis
disticha
guatemaltensis
kauffmannii
tectorum
aeranthos
argentina
bermejoensis
caulescens
esseriana
heubergeri
macbrideana
pseudomacbrideana
tenuifolia
funebris
usneoides
baliophylla
viridifolia
durati
lindenii
narthecioides
wagneriana
caput-medusae
fasciculata
klausii
punctulata
utricularia
Anud
Bplu
Mhut
Wins
Vplu
Rrop
Rspi
Tbif
Tcoi
Tdis
Tgua
Tkau
Ttec
Taer
Targ
Tber
Tcau
Tess
Theu
Tmac
Tpse
Tten
Tfun
Tusn
Tbal
Tvir
Tdur
Tlin
Tnar
Twag
Tcap
Tfas
Tkla
Tpun
Tutr
Tillandsia
trnK-matK
AY614024
AY614023
AY614050
AY614049
AY614075
AY614083
AY614082
AY614107
AY614102
AY614068
AY614093
AY614103
AY614073
AY614131
AY614124
AY614123
AY614126
AY614120
AY614106
AY614109
AY614110
AY614132
AY614118
AY614122
AY614114
AY614066
AY614119
AY614080
AY614071
AY614067
AY614098
AY614100
AY614096
AY614087
AY614091
Gen
atpB-rbcL trnL-trnF
AY614390 AY614268
AY614389 AY614267
AY614416 AY614294
AY614415 AY614293
AY614441 AY614319
AY614449 AY614327
AY614448 AY614326
AY614473 AY614351
AY614468 AY614346
AY614434 AY614312
AY614459 AY614337
AY614469 AY614347
AY614439 AY614317
AY614497 AY614375
AY614490 AY614368
AY614489 AY614367
AY614492 AY614370
AY614486 AY614364
AY614472 AY614350
AY614475 AY614353
AY614476 AY614354
AY614498 AY614376
AY614484 AY614362
AY614488 AY614366
AY614480 AY614358
AY614432 AY614310
AY614485 AY614363
AY614446 AY614324
AY614437 AY614315
AY614433 AY614311
AY614464 AY614342
AY614466 AY614344
AY614462 AY614340
AY614453 AY614331
AY614457 AY614335
rps16
AY614146
AY614145
AY614172
AY614171
AY614197
AY614205
AY614204
AY614229
AY614224
AY614190
AY614215
AY614225
AY614195
AY614253
AY614246
AY614245
AY614248
AY614242
AY614228
AY614231
AY614232
AY614254
AY614240
AY614244
AY614236
AY614188
AY614241
AY614202
AY614193
AY614189
AY614220
AY614222
AY614218
AY614209
AY614213
Tabla 2. Índice de incongruencia de Farris (ILD) para las 81 iteraciones de los tres sets de costos asignados a los
genes rps 16, trnK-matK, trnL-trnF y atpB-rbcL respectivamente. Se resalta el valor de ILD óptimo.
Costos
1111
1112
1113
1121
1122
1123
1131
1132
1133
1211
1212
1213
1221
1222
1223
1231
1232
1233
1311
1312
1313
1321
1322
1323
1331
1332
1333
Σ long. Indiv.
1174
1528
2036
1433
1787
2295
1830
2184
2692
1263
1617
2125
1522
1876
2384
1919
2273
2781
1275
1629
2137
1534
1888
2396
1931
2285
2793
E. TOTAL
1213
1587
2102
1486
1853
2376
1920
2286
2807
1311
1675
2204
1585
1953
2481
2018
2380
2819
1324
1691
2219
1598
1962
2491
2030
2397
2924
ILD
0.032
0.037
0.031
0.036
0.036
0.034
0.047
0.045
0.041
0.037
0.035
0.036
0.040
0.039
0.039
0.049
0.045
0.013
0.037
0.037
0.037
0.040
0.038
0.038
0.049
0.047
0.045
Costos
2111
2112
2113
2121
2122
2123
2131
2132
2133
2211
2212
2213
2221
2222
2223
2231
2232
2233
2311
2312
2313
2321
2322
2323
2331
2332
2333
Σ long. Indiv.
1262
1616
2124
1521
1875
2383
1918
2272
2780
1351
1705
2213
1610
1964
2472
2007
2361
2869
1363
1717
2225
1622
1976
2484
2019
2373
2881
E. TOTAL
1308
1678
2205
1580
1953
2478
2016
2381
2906
1407
1776
2310
1680
2048
2580
2112
2481
3012
1421
1748
2318
1695
2061
2589
2125
2490
3024
ILD
0.035
0.037
0.037
0.037
0.040
0.038
0.049
0.046
0.043
0.040
0.040
0.042
0.042
0.041
0.042
0.050
0.048
0.047
0.041
0.018
0.040
0.043
0.041
0.041
0.050
0.047
0.047
Costos
3111
3112
3113
3121
3122
3123
3131
3132
3133
3211
3212
3213
3221
3222
3223
3231
3232
3233
3311
3312
3313
3321
3322
3323
3331
3332
3333
Σ long. Indiv.
1345
1699
2207
1604
1958
2466
2001
2355
2863
1434
1788
2296
1693
2047
2555
2090
2444
2952
1446
1800
2308
1705
2059
2567
2102
2456
2964
E. TOTAL
1391
1754
2288
1665
2033
2558
2102
2466
2995
1489
1859
2393
1762
2130
2661
2198
2566
3093
1497
1868
2402
1773
2144
2679
2211
2580
3105
ILD
0.033
0.031
0.035
0.037
0.037
0.036
0.048
0.045
0.044
0.037
0.038
0.041
0.039
0.039
0.040
0.049
0.048
0.046
0.034
0.036
0.039
0.038
0.040
0.042
0.049
0.048
0.045
Figura 1. Análisis de parsimonia. Los números en las ramas corresponden al soporte relativo de Bremer.
Figura 2a. Análisis de máxima verosimilitud para el gen atpB-rbcL. Los
números en los nodos representan el soporte de Bootstrap.
Figura 2c. Análisis de máxima verosimilitud para el gen trnK-matK. Los
números en los nodos representan el soporte de Bootstrap.
Figura 2b. Análisis de máxima verosimilitud para el gen rps16. Los
números en los nodos representan el soporte de Bootstrap.
Figura 2d. Análisis de máxima verosimilitud para el gen trnL-trnF. Los
números en los nodos representan el soporte de Bootstrap.
Figura 3. Análisis Bayesiano de los genes rps 16, trnK-matK, trnL-trnF y atpB-rbcL. Los números en los nodos representan las probabilidades
posteriores.