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FILOGENIA DE REPTILIA BASADO EN DATOS MORFOLOGICOS Y
MOLECULARES
Juan Gabriel Quecho, Angie Tamara, Viviana Rodríguez, Nery Franco
Universidad Industrial de Santander, Escuela de Biología
Resumen
Las relaciones entre los amniota han sido objeto de estudio en los últimos años,
en este caso se utilizaron caracteres morfológicos y moleculares con el fin de
evaluar la monofilia de Reptilia y asimismo esclarecer las relaciones filogenéticas
existentes entre los grupos que lo conforman, usando diferentes aproximaciones
de reconstrucción filogenética, como parsimonia, máxima verosimilitud e inferencia
bayesiana. En este estudio, los dos análisis de evidencia total muestran la
monofilia de Reptilia, con altos soportes tanto de bootstrap como probabilidades a
posteriori, este resultado soporta la definición de Reptilia de Modesto & Anderson
en el 2004, donde se incluye el grupo de las aves.
Introducción
A pesar del interés que ha despertado la filogenia de Reptilia en los últimos años,
las relaciones filogenéticas de éste grupo, siguen siendo cuestión de estudio. La
definición filogenética de Reptilia ha cambiado con el tiempo, en un comienzo
Reptilia incluía los tetrápodos que no podían ser catalogados como mamíferos o
aves; con la aparición de la sistemática filogenética y los análisis que esta
conlleva, permitieron reevaluar las relaciones entre los amniota, de esta manera
Reptilia paso a constituir un grupo en el que se incluían lagartijas, tortugas,
serpientes, tuataras, cocodrilos y por último las aves, las cuales fueron agregadas
a este grupo por ser descendientes de un dinosaurio, hermano del ancestro de los
cocodrilos1.
El objetivo de este trabajo es evaluar la monofilia de Reptilia usando a los
sinapsidos como grupo externo, con el fin de esclarecer las relaciones entre estos
basándose en caracteres morfológicos y moleculares, en un análisis de evidencia
total.
Materiales y métodos
El análisis filogenético se llevo a cabo usando una matriz morfológica que incluía
32 taxa, con 368 caracteres usando a sinapsida como grupo externo2. En cuanto a
la matriz molecular se usaron 4 genes mitocondriales (12s, 16s y Cytb y NAD1)
cuyas secuencias fueron obtenidas de la base de datos del genebank (tabla1).
Se realizó un análisis de sensibilidad en el que se evaluaron los datos
morfológicos y moleculares para 3 costos (ts1tv1g1, ts1tv2g2, ts1tv2g4) usando el
programa Poy v4.13 y se calculo el ILD4 para estos con el fin de encontrar el mejor
set de costos (tabla 2) y posteriormente se determinó el soporte de los grupos por
medio de remuestreo por bootstrap con 100 réplicas.
Las secuencias moleculares fueron alineadas usando el programa Muscle 5 v3.8 y
se analizaron por medio de JmodelTest6 0.1.1 (Posada, 2008) para evaluar los
modelos evolutivos correspondientes a cada gen utilizando el criterio Akaike para
determinar el mejor modelo. Se estimó la máxima verosimilitud usando PhyML7
3.0 (Guindon & Gascuel, 2008).
Se empleó el análisis bayesiano para evaluar evidencia total aplicando 1 millón de
generaciones usando el software MrBayes8 v.3.1.2 (Huelsenbeck y Ronquist,
2001).
Resultados y Discusión
En el análisis de evidencia total basado en parsimonia (fig. 1) se obtuvo un árbol
con una longitud de 15682 pasos, el cual muestra la monofilia de reptilia
encontrándose un soporte alto para este clado. Estos resultados concuerdan con
los encontrados por Hill2 (2005) en el que al evaluar los datos usando parsimonia,
se soportó la monofilia del grupo, así mismo lograron esclarecerse las relaciones
internas mostrándose que los grupos Archosauriformes, Lepidosauria (Sphenodon
+ Squamata) y Testudines se vieron soportados, siendo esto consecuente con el
trabajo anteriormente mencionado. Sin embargo cabe resaltar que en nuestro
análisis los Archosauriformes aparecen como grupo hermano de los Testudines y
estos a su vez como grupo hermano de Lepidosauria, mientras que en el trabajo
de Hill2 (2005) Lepidosauria aparece como grupo hermano de Testudines y estos
a su vez como hermano de Archosauriformes9; Mostrándose de esta manera
diferencias significativas en la posición de los grupos internos debido
probablemente a que la matriz de Hill2 posee un mayor número de taxa, los que
asumimos pueden soportar dichas relaciones.
Al realizar el análisis de sensibilidad de acuerdo al índice de diferencia en longitud,
este mostró que el costo óptimo para el set de datos corresponde al ts1tv1g1, el
cual arrojó un ILD (tabla 2) igual a 0.10034, esto indica que este costo es el que
minimiza las incongruencias existentes al tratar datos moleculares y morfológicos
de manera concatenada.
El modelo de evolución obtenido según el criterio de Akaike para el gen 12s fue
GTR+G; para el gen 16s fue GTR+G; para el gen cytb fue GTR+G+I; y para el gen
NAD1 fue TVM+I+G. con base en estos modelos se reconstruyó la filogenia para
cada gen usando máxima verosimilitud, de esta manera se observó que para el
gen NAD1 (fig. 2) se muestra la monofilia del grupo quedando el grupo externo
totalmente separado del grupo interno. De acuerdo a este análisis aparece
Archosauriformes como grupo hermano de Testudines, siendo esto totalmente
congruente con el análisis hecho vía parsimonia, sin embargo las relaciones entre
Lepidosauria no aparecen del todo esclarecidas a diferencia de la inferencia por
parsimonia en la que los representantes del Lepidosauria aparecen en un solo
grupo.
En la topología obtenida por el análisis de máxima verosimilitud para el gen 12s
aparecen agrupadas las aves junto con los Testudines, siendo esto totalmente
diferente a lo mostrado por el análisis hecho con el gen NAD1. Con esto podemos
asumir que para este gen existen bloques que se han conservado y permiten a
estos dos agruparse. Para el gen 16s se observó que solo Testudines aparece
como grupo, mientras que los ejemplares de Lepidosauria y Archosauriformes
utilizados en el análisis aparecen reagrupados de una manera diferente, siendo
esto incongruente con el análisis arrojado por el gen NAD1. En la topología
resultante de evaluar el gen cytb se observó que sólo los Testudines aparecieron
como grupo, los otros ejemplares del análisis no fueron consistentes con el árbol
resultante del gen NAD1. Tomando en cuenta los resultados anteriores podemos
decir que solo Testudines apareció agrupado para todos los genes, mostrándonos
las fuertes relaciones existentes entre estos. Además cabe señalar que los análisis
productos de un solo gen no reflejan totalmente la filogenia del grupo, sino la
filogenia del gen, el cual puede estar sometido a diferentes presiones evolutivas
que podrían oscurecer la filogenia de las especies10.
En los resultados obtenidos con el análisis bayesiano (fig. 3) se muestra la
monofilia de Reptilia con altas probabilidades a posteriori, en este se muestra
Archosauriformes como grupo hermano de los Testudines, este resultado es
congruente con el análisis de evidencia total en parsimonia. Así mismo aparece
Lepidosauria como grupo más basal, hermano al grupo Testudines +
Archosauriformes.
Conclusiones
Con base en los anteriores resultados podemos concluir que para el análisis de
evidencia total usando parsimonia se encontró que Reptilia es monofiletico, así
mismo se evidenciaron las relaciones internas existentes entre Testudines y
Archosauriformes, aunque este resultado es incongruente con la topología
encontrada por Hill2 (2005) en el que Testudines aparece como grupo hermano de
Lepidosauromorpha, de esta manera asumimos que la diferencia en la cantidad de
terminales usados en este trabajo está afectando la resolución final del grupo, ya
que la evidencia morfológica que evalúa Hill2 en su trabajo es mucho mayor que la
que evaluamos aquí.
En cuanto al análisis usando máxima verosimilitud, logramos observar las
diferencias significativas entre usar un gen u otro, ya que al parecer algunas
secuencias logran esclarecer las relaciones internas en el grupo mientras que
otras no, así asumimos que con el fin de no perder información al evaluar gen por
gen sería necesario hacer una evaluación conjunta de estos para obtener
topologías que contengan mas información que sólo la contenida por un gen.
Al observar las relaciones resultantes al evaluar las matrices con análisis
bayesiano podemos concluir que éstas son congruentes con las que aparecen al
evaluar las mismas matrices con parsimonia, de esta manera podemos decir que
para estas aproximaciones filogenéticas el resultado es congruente,
corroborándose de esa manera la monofilia de Reptilia.
Bibliografia
1. Modesto, S. Anderson, J. The Phylogenetic Definition of Reptilia. Syst. Biol.
53(5):815–821, 2004
2. Hill, R. Integration of Morphological Data Sets for Phylogenetic Analysis of
Amniota: The Importance of Integumentary Characters and Increased Taxonomic
Sampling. Syst. Biol. 54(4):530–547, 2005
3. Varón, A., L. S. Vinh., I. Bomash and Wheeler W. C. 2008. POY 4.0.2911.
American
Museum
of
Natural
History.
http://research.amnh.org/scicomp/projects/poy.php.
4. FARRIS, J. S., KÄLLERSJÖ, M., KLUGE, A. G. AND BULT, C. 1995.
Constructing a significance test for incongruence. Syst. Biol. 44:570-572
5. Edgar, R.C. (2004) MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy
and high throughput.Nucleic Acids Res. 32(5):1792-1797
6. Posada D. jModelTest: Phylogenetic Model Averaging. Molecular Biology and
Evolution (2008) 25:12531256. http://darwin.uvigo.es/software/jmodeltest.html
7. Guindon S., Gascuel O. 2008. “A simple, fast and accurate algorithm to estimate
large phylogenies by maximum likelihood”. Systematic Biology 52(5):696-704
8. Huelsenbeck, J.P and Ronquist, F. 2001. MrBayes v3.1.2: Bayesian inference of
phylogeny. Bioinformatics 17; 754-75
9. Lee, M. Reeder, T. Slowinski J. Lawson, R. Assembling the tree of life.
Resolving Reptile relationships. Molecular and morphological markers. Cap 26
10. Estimating species trees 2010 editado por L.Lacey Knowles and Laura
Kubatko editorial WILEY-BLACKWELL
Tablas y Figuras
Figura 1. Topología resultante de evidencia total con parsimonia. Bootstrap
de 100 réplicas. L=15682
Figura 2. Topología resultante al evaluar las secuencias del gen NAD1
mediante máxima verosimilitud. –lnL= -13450.53850.
Figura 3.Topología resultante al evaluar los datos morfológicos y
moleculares usando análisis bayesiano. Los números sobre las ramas
indican la probabilidad a posterior de cada uno de los clados.
Tabla 1. Códigos de acceso de los genes usados como datos moleculares.
TAXON
Dasypus kappleri
Dasypus novemcinctus
Zaedyus pichiy
Trionyx axenaria
12s
AJ505825.1
Y11832.1
FR821714.1
HQ116620.1
16s
DQ243711.1
Y11832.1
?
HQ116612.1
Cytb
AF493829.1
Y11832.1
?
AY583693.1
Pseudemys scripta
NC_011573.1
Geochelone carbonaria
Geochelone pardalis
Geochelone nigra
Chelydra serpentina
AF175337.1
DQ497272.1
JN999704.2
NC_011198.1
Sphenodon punctatus
AF534390.1
NC_011573.
1
AF192926.1
AF020891.1
AF020892.1
NC_011198.
1
AF534390.1
Heloderma horridum
Heloderma suspectum
AJ563605.1
NC_008776.1
Corucia zebrata
Tiliqua rugosa
Tiliqua adelaidensis
Cordylus macropholis
Cordylus niger
Zonosaurus
Gerrhonotus
Elgaria
Anguis fragilis
AY308334.1
AY308470.1
AY169573.1
HQ167095.1
HQ167105.1
AY315471.1
AF056613.1
AY649110.1
NC_012431.1
Ophisaurus
Alligator mississippiensis
EU747729.1
NC_001922.1
Alligator sinensis
NC_004448.1
Crocodylus porosus
Crocodylus acutus
Caiman crocodilus
DQ273698.1
JF502241.1
NC_002744.2
Caiman latirostris
Gavialis gangeticus
AY239125.1
NC_008241.1
Struthio camelus
NC_002785.1
Casuarius bennetti
U76044.1
AF407539.1
NC_008776.
1
AY308185.1
AY308319.1
AY169610.1
AY519778.1
HQ167217.1
AY315520.1
?
AY649151.1
NC_012431.
1
EU747729.1
NC_001922.
1
NC_004448.
1
DQ273698.1
JF502241.1
NC_002744.
2
AY239139.1
NC_008241.
1
NC_002785.
1
U76037.1
Cathartes aura
AY463690.1
AY463690.1
NC_011573.
1
AF192928.1
AY678363.1
JN637218.1
NC_011198.
1
NC_004815.
1
?
NC_008776.
1
?
AY217811.1
HM229513.1
DQ249103.1
DQ090879.1
DQ090877.1
?
AY525100.1
NC_012431.
1
EU747729.1
NC_001922.
1
NC_004448.
1
DQ273698.1
JF502241.1
NC_002744.
2
AY919347.1
NC_008241.
1
NC_002785.
1
NC_002778.
2
EU166984.1
NAD1
AJ505833.1
Y11832.1
AJ505836.1
NC_012833.
1
NC_011573.
1
?
DQ080041.1
JN999704.2
NC_011198.
1
NC_004815.
1
AF407539.1
NC_008776.
1
?
?
?
AY315566.1
AY662561.1
AY315567.1
AF085614.1
U82692.2
NC_012431.
1
JN400667.1
NC_001922.
1
NC_004448.
1
DQ273698.1
JF502241.1
NC_002744.
2
?
NC_008241.
1
NC_002785.
1
AY016011.1
EU166946.1
Tabla 2. Matriz de ILD
Costo
ts1tv1g1
ts1tv2g2
ts1tv2g4
Set de
Datos
12s
16s
cytb
Nad1
Morfologia
12s
16s
cytb
Nad1
Morfologia
12s
16s
cytb
Nad1
Morfologia
Longitud
Longitud_evidencia Total
ILD
4863
5947
5023
3836
630
20299
22563
0.10034
7785
9895
7995
5912
630
32217
36762
0.1236
10640
14441
10092
7214
630
43017
50106
0.1414