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Escuela de Biología
RELACIÓN FILOGENÉTICA ENTRE EL ORDEN GNETALES Y LA DIVISIÓN ANGIOSPERMA.
Ballesteros, Angélica M. (2030173), Jaimes, Cindy P. (2071155), Jiménez, Gisel D.S. (2071200), Gutiérrez Ana
M. (2061612)
Resumen
A pesar de los diversos análisis filogenéticos en base a sets de datos morfológicos y
moleculares, la posición filogenética de Gnetales con respecto a Angiospermas aun sigue
siendo punto de discusión (Chaw, 1999). En el presente trabajo se utilizaron análisis
filogenéticos en base a máxima parsimonia, máxima verosimilitud y análisis bayesiano. El
análisis filogenético de máxima parsimonia con set de datos morfológicos y moleculares
soporta la monofília de Gnetales y Pinales, por otro lado los análisis con máxima
verosimilitud no son claros y no permitieron una conclusión clara al respecto. Finalmente
el análisis bayesiano mostró relación monofilética entre Gnetales y Ginkgoales, este
último resultado no es consecuente con ningún resultado de la literatura hasta ahora
recopilada.
Introducción
El orden Gnetales es un pequeño grupo de plantas con semillas que actualmente está
representado solo por tres géneros: Gnetum, Welwitschia, y Ephedra (Hansen et al., 1999).
Debido a que comparte características anatómicas y morfológicas con las angiospermas
(Doyle, 1996; Price 1996), su relación filogenética ha sido objeto de un amplio estudio
(Donghue, 2000). A pesar de los diversos análisis filogenéticos realizados hasta el
momento, aun las relaciones filogenéticas de Gnetales y Angiospermas no han sido
esclarericidas (Chaw, 1999). Los análisis realizados hacia los 80’s
con matrices
morfológicas demuestran una clara evidencia de relación entre Gnetales y Angiospermas
(Clado Anthophyta) (Doyle et al., 2000). Este tipo de análisis fueron replicados con el
tiempo como el realizado por Nixon en 1994, donde incluyó dentro de la matriz
morfológica individuos fósiles y sus resultados sustentaron nuevamente la hipótesis del
clado Anthophyta. Los análisis filogenéticos moleculares de Chaw (1999) y colaboradores
basados en secuencias de genes mitocondriales y cloroplastídicos eclipsan la relación
filogenética de Gnetales y Angiospermas, ubicando a Gnetales dentro de Coníferas siendo
Gnetales el grupo hermano de Pinaceae (clado Gnepines). Así mismo análisis moleculares
mencionados por Doyle (2000) con los genes cox1, atpa, atp1, matR, Rbcl18S y AtpB,
fortalecen la teoría del clado Gnepines y derrumba la teoría del clado Anthophyta. El
presente trabajo realizó un análisis filogenético en base a matrices moleculares y
morfológicas, con el objetivo de determinar si existe una relación monofilética entre
Gnetales y Angiospermas.
Metodología
Este estudio se realizó basado en una matriz morfológica de 91 caracteres (Anexo1) y una
matriz molecular con las secuencias parciales de 8 genes (Anexo2); 2 ribosomales (26s y
18s), 4 cloroplastídicos (AtpA, Atpb, Atp1 y RbCl) y 2 mitocondriales (MatR y Cox1), de 16
taxa representantes del grupo de angiospermas (Ingruop) y 3 taxa representantes del
grupo de gimnospermas (Outgroup).
Inicialmente se realizó un análisis de parsimonia basado solo en caracteres morfológicos,
utilizando una búsqueda heurística con un hold de 100 en el programa Nona
implementado en Winclada. Seguido a esto se realizo un análisis de sensibilidad utilizando
3 matrices de costos (1. ts:1 tv:1 Gap:1; 2. ts:1 tv:2 gaps:2 y 3. ts:1 tv:2 gap:4) y 3 pesos
para la morfología (1, 2 y 4), con el fin de establecer la combinación de costos óptima con
base en el índice de incongruencia (ILD); para esto, se utilizó el programa POY 4.0 (Varón
et al. 2007). Determinado el costo óptimo se calculó un análisis de MP con un bootstrap
de 50. Para realizar la búsqueda bajo el criterio de Máxima Verosimilitud, se alinearon las
secuencias parciales de genes con Muscle 3.8.31 implementado en el programa Seaview
4.2.11 (Galtier, et al., 1996). En base a las matrices ya alineadas, se determinó el modelo
evolutivo óptimo para cada gen, basados en el valor de AICc más bajo, con el programa J.
Modeltest 0.1.1 (Posada, 2003). Se realizó el análisis de máxima verosimilitud para cada
gen basado en un bootstrapping de 50 réplicas utilizando el programa PhyML 3.0
(Guindon& Gascuel, 2003). Por último se realizó un análisis de evidencia total o análisis
Bayesiano, a través de 13.000.000 generaciones, utilizando el programa Mr. Bayes 3.1.2
(Huelsenbeck, J. &Ronquist, F., 2001). Los resultados obtenidos se visualizaron de manera
grafica a través del programa figtree 1.0.1.
Resultados
El análisis de máxima parsimonia realizado con el programa Nona implementado en
Winclada, muestra una relación monofilética entre el orden Gnetales y Angiospermas
(Anexo3). Este resultado es similar a los presentados por Doyle (1996) los cuales soportan
el clado Anthophyta al igual que los mencionados por Chaw en 1999.
A través del análisis de sensibilidad basado en las matrices de costos estipuladas
inicialmente (tabla 1), se obtuvo que la iteración que presentó menor valor de
incongruencia fue la siguiente: los genes 26s, 28s, AtpA, Atpb, Atp1, RbCl, MatR y Cox1, ts:
1 tv: 1 gap: 1 y la morfología con un peso de 1. La longitud para el árbol obtenido con
estas matrices de costos fue de 23474 y el valor de bootstraping del nodo de interés es
de 0.20 (Figura 1). Aunque los resultados obtenidos bajo este análisis muestran una
relación monofilética clara entre el orden Pinnales y el orden Gnetales, como lo plantean
algunos estudios moleculares realizados por Chaw en 1999 y los mencionados por, los
valores bootstrap indican que no es un nodo muy bien soportado.
Los modelos evolutivos seleccionados para los 8 genes bajo criterio de AICc (tabla 2)
fueron GTR+G, GTR+I+G, TrNuf+G y TPMuf+G. En los resultados de los análisis de máxima
verosimilitud se observó que el gen 18S confirma la monófila del orden Gnetales con el
orden Ginkgoales. Por otro lado para, con los genes MatR, Cox1 y Atp1 se observó una
politomía del orden Gnetales y el orden Pinnales. Además, el gen Atpb muestra que el
orden Gnetales forma grupo monofilético con el orden Pinales, lo que es congruente con
resultados mencionados por Donoghue y Doyle (2000) y los resultados obtenidos por
Chaw (1999). Los genes RbcL y 26S muestran una relación monofilética entre el orden
Gnetales y la división Angiospermas, resultados que discrepan con los reportados por
Donoghue et al., (2000) y Chaw (1999) pues con datos moleculares se observó una
relación monofilética del orden Gnetales y el orden Pinnales y no con Angiospermas
(Hasen et al., 1999). Para el gen Atpa no se reportó una relación monofilética concreta
entre el orden Gnetales y el orden Pinnales, y tampoco entre el orden Gnetales y la
división angiosperma. Todos los resultados de ML
presentaron valores bajos de
boststraping, lo que indica que los nodos de interés no están muy bien soportados.
Finalmente en el análisis de inferencia bayesiana podemos observar que el orden Gnetales
es grupo hermano del orden Ginkgoales, soportada por una probabilidad a posteriori para
el nodo de 79.7603%.
Conclusiones
Para el set de datos morfológicos, moleculares y taxa analizados en este trabajo, se
concluye que bajo los análisis de Máxima Parsimonia (MP) con solo datos morfológicos y
los resultados de los análisis de Máxima likelihood (ML) para los genes RbcL y 26s, el
orden Gnetales y la división Angiospermas son un grupo monofilético. Sin embargo, los
análisis de ML, el análisis de evidencia total realizado bajo inferencia Bayesiana y el
análisis de evidencia total realizado bajo parsimonia no aportan información que sustente
la monófila de la división Angiospermas y el orden Gnetales. No obstante, es de gran
importancia tener en cuenta que el único análisis que generó un buen soporte para los
nodos fue el análisis bayesiano.
Tabla 1.Resultados del análisis de sensibilidad para todos los costos
Genes individuales
Ts/tv/gap
111
122
124
18s
1887
3192
5133
26s
6562
11084
17242
ATP1
1516
2721
4292
ATPA
1312
2008
2331
Morfologia
ATPB
3057
3063
3057
COX1
1327
2290
3895
MATR
1950
3342
5105
rbcl
2106
3369
5084
Peso
1
2
4
MORFO
304
297
584
ILD
Total*
23667 0.15405417
40880 0.23272994
65039 0.28161565
Total*= Análisis realizado utilizando todos los genes con el mismo costo y la morfología con su peso
equivalente.
Tabla 2.Listado de genes con su respectivo modelo obtenido del análisis con el programa
jModel test
Gen
Modelo
18S
26S
ATP1
ATPA
ATPB
COX1
MATR
RbCl
TrNuf+G
GTR+I+G
GTR+G
TPMuf+G
GTR+G
GTR+G
GTR+G
GTR+G
Figura 1. Árbol de evidencia total obtenido bajo el criterio de parsimonia con un costo de
23474. Los números sobre las ramas indican el soporte de Booststrap obtenido con 50
réplicas.
Figura 2.Árbol de máxima verosimilitud del gen Atpb a partir del modelo GTR+G. LnL =
-8037.08829. Los valores de los nodos indican el soporte de bootstrap obtenido con 50
réplicas.
Figura 3. Topología obtenida mediante el análisis de inferencia Bayesiana, a partir de la
combinación de 8 genes (26s,18s, AtpA, Atpb, Atp1,RbCl, MatR y Cox1) y los datos
morfológicos. Los numero sobre en los nodos indican la probabilidad a posteriori de los
clados.
Bibliografía
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