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FILOGENIA DE LOS PINGÜINOS (AVES: SPHENISCIFORMES) BASADO EN CARACTERES MORFOLOGICOS Y MOLECULARES Javier Armando Anaya Acevedo, Facultad de Ciencias, Escuela de Biología, UIS, 2009 Introducción: Los Pingüinos pertenecen a un grupo homogéneo de Aves marinas del Hemisferio sur que exhiben las más remarcadas adaptaciones para una vida acuática. Trabajos direccionados en analizar las relaciones filogenéticas entre pingüinos han sido realizados a nivel de caracteres morfológicos y con Datos combinados (morfológicos y moleculares (Bertelli y Gianinni 2005 y Ksepka et al. 2006)). Para el presente estudio se evaluó la monofilia de los Sphenisciformes y las relaciones internas de las especies del grupo utilizando180 caracteres morfológicos (ver Tabla 1), los genes mitocondriales (12S y Citb) y un gen nuclear (RAG-1), siendo estos analizados con métodos de reconstrucción filogenética, tales como Parsimonia, Máxima Verosimilitud y Análisis Bayesiano. Materiales y Métodos: El Análisis filogenético se realizó a partir de 16 especies de Sphenisciformes (ingroup) y 3 outgroups, las cuales son especies representativas de Procellariiformes (Puffinus grisseus y Pelacanoides urinatrix) y Gaviiformes (Gavia stellata), ésta última fue la raíz para todos los análisis (Ksepka et al. 2006). Las especies se encuentran consignadas en la Tabla 2 con su respectivo acceso al GenBank. Se llevaron a cabo 2 análisis de Parsimonia. En el primero se utilizaron datos morfológicos (Matriz de Datos. Tabla1), se efectuaron búsquedas tradicionales heurísticas, seguidas por TBR (Intercambio de Ramas Biseccionadas) y como medida de soporte, se calcularon los valores de Bremer Absoluto (Bremer,1994) y Relativo (Goloboff y Farris 2001) con el programa TNT (Goloboff et al. 2008). Para el segundo análisis utilizando 4 costos (Ts1Tv1g1, Ts1Tv1g2, Ts1Tv2g2, Ts1Tv2g4) se realizó un análisis de sensibilidad en el programa POY 4.1.1 (Varón et al 2008), teniendo en cuenta las condiciones del triangulo de la Inequidad (Wheeler 1993); posteriormente se realizaron interaciones y de esta forma se escogió el mejor costo de acuerdo al Índice de incongruencia ILD (Farris 1995) Tabla 3 y de esta forma poder realizar el análisis combinado (morfología + molecular) calculando los mismos soportes que en el primer análisis. Para el análisis de las secuencias (Datos Moleculares), se realizó un alineamiento múltiple con MUSCLE 3.6 (Edgar 2005), y se determinó el modelo evolutivo para cada gen bajo el criterio de Akaike con el programa R 2.0.8 ( Venables & Smith 2008) usando el paquete APE para el posterior análisis de Máxima Verosimiltud e inferencia Bayesiana. El Análisis de Máxima Verosimilitud se llevó a cabo con el Programa PhyML3.0 (Guindon & Gascuel 2008), las operaciones de búsqueda que se llevaron a cabo para generar las topologías para los tres genes fue NNI+SPR; y el limite de confianza fue evaluado con un Bootstrap de 1000. Por último el Análisis Bayesiano se realizó con el programa Mr Bayes 3.1.2 (Ronquist & Huelsenbeck 2001) usando el método MCMC (Markov Chain MonteCarlo). Resultados: El Análisis con Parsimonia de Datos morfológicos generó un árbol con 318 pasos de longitud (Figura 1). El costo escogido en el análisis de sensibilidad de acuerdo al ILD fue el producto de la interacción 124-124-111-4 (Tabla 3). El Análisis de Evidencia Total en parsimonia generó un árbol con 21706 pasos de longitud (Figura 2). Los Modelos de evolución para los genes 12S, Citb y RAG1 fueron GTR+Γ+I, GTR+Γ, GTR+I respectivamente (Figura 3). En el Análisis de ML se generaron arboles para cada uno de los genes con sus respectivos limites de confianza. El árbol generado luego del Análisis Bayesiano presentó una elevada probabilidad posterior en determinados clados (ver discusión). Discusión y Conclusión: Acorde a los resultados obtenidos por Gianinni y Bertelli en 2005 y Ksepka et al. 2006, en el análisis morfológico se recuperaron 2 grupos (Spheniscus vs Taxas restantes) lo suficientemente soportados, Megadyptes y Eudyptes fueron Taxas hermanos ya que se agruparon en un mismo clado aunque con un soporte bajo, Pygoscelis antartica fue hermana de otras dos especies, lo mismo sucede con Eudyptes chrysocome, Figura 1, de esta forma el set de datos morfológicos soporta la monofilia de los Sphenisciformes. En Evidencia Total las relaciones filogenéticas no están bien resueltas y las relaciones entre taxas varían, conservándose la relación entre el clado de Spheniscus, Figura 2, lo anterior pudo deberse a que, a diferencia de Giannini y Bertelli, los costos no fueron iguales para las transformaciones moleculares (ver Interacciones) ya que la longitud se calculó con base en los costos predefinidos luego del Análisis de Sensibilidad, y estos a su vez pudieron tener una fuerte influencia sobre el resultado de la Topología (Wägele 2005). La escogencia de los modelos fue necesaria para hallar los arboles que maximicen la verosimilitud para llevar a cabo una mejor estimación (Steel y Penny 2000). En el análisis de ML, 2 de los genes (12S y RAG1) soportan la monofilia de los Sphenisciformes y revelan congruencia en los principales clados, Figuras 4 y 6, mostrando a Aptenodites como grupo hermano de los restantes Taxas, donde Spheniscus es grupo hermano de (Megdyptes+Eudyptes) con valores de Bootstrap altos, >95% (Felsenstein 1985), claro está que algunas relaciones entre especies varían entre los diferentes análisis. El gen Citb, a diferencia de los anteriores, no generó las mismas relaciones y no soportó la monofilia, Figura 5, esto puede ser debido a que, si comparamos genes mitocondriales y nucleares, los genes mitocondriales son mas variables, por su alta tasa metabólica, causando una alta tasa de mutación (Wägele 2005) mientras que genes que evolucionan mas lento establecen homologías a lo largo de varios Grupos Taxonómicos. En el análisis Bayesiano el consenso está altamente resuelto excepto por la Tricotomía en Eudyptes, se evidenció la monofilia de los Sphenisciformes recuperando 2 grupos supragenéricos donde Aptenodytes fue el hermano de todos los otros géneros. Entre pygoscelis, pygoscelis adeliae fue hermano de otras dos especies, mientras que el clado en el que se muestra Spheniscus como hermano de (Megadyptes+Eudyptes), presentó una elevada probabilidad posterior, lo cual fue tomado como medida de apoyo de la confiabilidad del clado, lo mismo sucede con el clado conformado por (Megadyptes+Eudyptes), Figura 7. La Topología resultante en Bayes fue acorde en gran medida a lo reportado por Ksepka et al. 2006 en su análisis de Parsimonia de datos combinados. Según lo analizado, la Ev.Total en Parsimonia, es insuficiente para recuperar la monofilia de todos los géneros mientras que en inferencia Bayesiana y ML las relaciones entre taxas se mantienen conservando algunos clados con alta confiabilidad. Bibliografia: Bertelli, S., Giannini, N.P., 2005. A Phylogeny of Extant Penguins (Aves: Sphenisciformes) combining morphology and mitochondrial sequences, Cladistics 21 209-239. Bremer K., 1994. Branch support and Tree Stability. Cladistics 235-304. Edgar R.C., 2005. MUSCLE: Multiple Sequence Alignment with high accuracy and high throughput, Nucleic Acid Research 32; 1792-97 Farris J.S., Kallersjo M., Kluge A., Bult C. 1995. Constructing a significance Test for Incongruence Syst. Biol; 5701-572. Felsenstein J., 1985. Confidence Limits on Phylogenies: An Approach Using the Bootstrap. Evolution, 783-791. Goloboff P., Farris J.S., 2001. Methods for Quick Consensus Estimation, Cladistics 17 26-34. Goloboff P., Farris J.S., Nixon K.C. 2008. TNT a free program for phylogenetic analysis. Cladistics 24 1-13 Guindon, S., & Gascuel, O., 2008. A simple, fast and accurate algorithm to estímate large phylogenies by maximun likelihood. Systematic Biology 52; 696-704. Huelsenbeck J.P., Ronquist, F., 2001. MrBayes v3.1.2: Bayesian Inference of Phylogeny. Bioinformatics 17; 754-755 Ksepka., Bertelli S., Giannini N.P., 2006. The phylogeny of the living and fossil Sphenisciformes (penguins). Cladistics,22 412-441 Steel M., Penny D., Parsimony, Likelihood, and the Role of Models in Molecular Phylogenetics. Venables, W.N., Smith, D.M and the R Development Core Team. 2008. A programming environment for data analysis and graphics. Varón, A., Vinh, L.S., Bomash, I & Wheeler, W.C., 2008. POY 4.1.1 Beta 2398. American Museum of Natural History. Wheeler W., 1993. The Triangle Inequality and Character Analysis, American Museum of Natural History Wägele J.W., 2005. Foundations of Phylogenetic Systematics. Verlag Dr. Friedrich Pfeil, Munchen.