género formado por unas 38 especies de plantas de flor

FILOGENIA DE EUPATORIUM (ASTERACEAE: EUPATORIEAE) BASADA
EN REPLICAS ALEATORIAS DE LA REGIÓN ESPACIADORA
TRANSCRIPTA INTERNA (ITS)
Gerson Fernando Peña Díaz Cod. 2020489
Introducción
Eupatorium, es un género formado por unas 36-60 especies de plantas de flor
(dependiendo del sistema de clasificación), distribuidas en América del Norte y de
Eurasia. Suelen ser plantas vivaces, con tallos erectos, hojas opuestas y capítulos
florales de color blanco, azulado o púrpura. Algunas especies se cultivan en jardinería,
de otras se extraen principios medicinales y algunas son malas hierbas peligrosas.
Según King y Robinson: se restringe a 42 especies de plantas herbáceas, distribuidas
en el norte, y agrupadas en cuatro distintos grupos. El presente estudio consiste en
analizar dos segmentos de 140 y 80 pares de bases (pb) con 10 y 9 replicas
respectivamente dentro de la secuencia nuclear ITS de 276 pb de forma aleatoria,
para observar si las topologías para todos los casos se presenta de la misma manera
y si este resultado está influenciado por la cantidad de pb presentes en cada
secuencia (¿a mayor pares de bases, mayor reconstrucción de la topología?),
adicionalmente se observará la topología de la secuencia ITS 276 pb en busca de
nodos no soportados, y se contrastará con la posible observación de grupos
frecuentes en las topologías individuales, debido a que grupos no soportados pero
frecuentes son recuperados coherentemente en la topología.
Metodología
Se utilizaron 21 especies de la tribu Eupatoriinae, y se analizaron con la secuencia de
la región espaciadora transcripta interna (ITS) del ADN nuclear ribosomal y dos
outgroup (anexo 1). Se realizaron dos análisis, segmentando la secuencia inicial (ITS)
de 276 pb de la siguiente manera: a. Una región de 140 pb, con 10 replicas de forma
aleatoria (A,B,C,D,E,F,G,H,I,J) y b. Una región de 80 pb con 9 replicas de forma
aleatoria (a,b,c,d,e,f,g,h,i), (anexo 2). Las secuencias se obtuvieron del GenBank
mediante el programa R 2.9.2 (Gentleman y Ihaka, 2008), (anexo 2). Luego estas
fueron transportadas al programa Muscle ver. 3.6 (Edgar, 2005), donde se alinearon y
editaron en el programa Seaview ver. 4.1 (Galtier, 1996).La selección del modelo de
evolución se realizó con R 2.9.2 (Gentleman y Ihaka, 2008), posteriormente se hizo un
análisis de likelihood en PhyML 3.0 (Guindon y Gascuel, 2008), el tipo de búsqueda
de árboles usada fue NNI y SPR, con un bootstrap no paramétrico de 1000 replicas.
Este proceso se realizó para cada una de las replicas, obteniendo así un total de 20
análisis.
Resultados y Discusión
Debido a que la información genética de un organismo varía con el tiempo, se hizo
necesario observar los modelos evolutivos para cada una de nuestras secuencias
encontrando que para la secuencia de 276 pb de ITS el modelo evolutivo correspondía
a Kimura + Gamma (K80+Γ), para las replicas de 140 pb, presentaban Kimura +
Invariante y Kimura + Gamma (K+Γ y K+I), y para las replicas de 80 pb se encontró
tanto los dos modelos antes mencionados, como el modelo de Felsenstein de
1984+Gamma (F84+ Γ), (anexo 2), ayudándonos a entender como las secuencias de
ADN fijan los nucleótidos a través de su historia evolutiva. En PhyML, se pudo
evidenciar la topología para nuestra secuencia de 276 pb la hipótesis propuesta por
King y Robinson, y corroborada por Gregory y Edward, 2000, donde
separa a
Eupatorium (y este a su vez en 3 grupos) y Eupatoriadelphus, por grupos geográficos
(anexo 3 y 4). Para nuestros análisis por replica se puede evidenciar en las topologías
observadas que hay una marcada presencia del clado de Eupatoriadelphus, con
valores altos de bootstrap (anexo 5), a excepción de las replicas C y d. Para el clado
de “Traganthes” donde se encuentra los taxa: E. cannabinum I y II se observa en la
mayoría de las topologías con altos valores de bootstrap, a excepción de las replicas b
y c (anexo 5). En el clado de Eurasia se pudo observar que este solo se recupera en
su totalidad en la replica d, pero con un valor de bootstrap muy bajo, además se puede
ver en la mayoría de las replicas una relación estrecha entre los miembros de este
clado, E. sp China, E. chinense I y II, cabe destacar que se pudieron observar valores
muy bajos de estos miembros pero esto solo ocurrió en las replicas de 80 pb. Para el
clado de “Uncasia” la topología obtenida de la secuencia de ITS con 276 pb, se
observó una relación solo en los taxa: E. mikanioides, E. perfoliatum, E. sessilifolium,
E. leucolepisno, lo cual no es del todo concordante con lo obtenido por Gregory y
Edward, 2000, ya que en sus resultados ellos adicionan los taxa: E. rotundifolium, E.
album,y E. altissimum.
Con base a lo antes mencionado se puede evidenciar, la existencia de los tres grupos
para
Eupatorium:
“Traganthes”,
“Uncasia”,
Eurasia
Y
la
independencia
de
Eupatoriadelphus (anexo 4), corroborando así la hipótesis estudiada por Gregory y
Edward, 2000. Además podemos decir que no se cumple la regla de que a mayor
pares de bases, mayor reconstrucción de la topología, ya que en el set de replicas b.
(anexo 2), se observó la presencia de tres de los cuatro grupos descritos por Gregory
y Edward, 2000, además fue el único que reconstruyó el clado completo de Eurasia,
probablemente por presentar regiones conservadas con altas tasas evolutivas,
estableciendo relaciones filogenéticas a niveles taxonómicos bajos(Jorge Salgado
2008)
Un punto también importante es la aparición de una relación entre el clado de
Eupatoriadelphus con el clado de “Traganthes”, el cual se observó en algunas de los
replicas realizadas (A, B, C, D, J, c) mas no en la topología general del ITS con 276
pb.
Bibliografía
Edgar, Robert C. 2005. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and
high throughput, Nucleic Acids Research 32(5), 1792-97.
Galtier, N., Gouy, M. and Gautier, C. (1996) SeaView and Phylo_win, two graphic tools
for sequence alignment and molecular phylogeny. Comput. Applic. Biosci., 12, 543548.
Gentleman, R., y Ihaka, R., 2008. R Data Import/Export version 2.7.0. the
Statistics Department of the University of Auckland.
Guindon S., Gascuel O., 2008. “A simple, fast and accurate algorithm to estimate large
phylogenies by maximum likelihood”. Systematic Biology.
Salgado, J., 2008. Exploración filogenético de Berberis basada en los genes ITS y rbcL
y su historia de colonización de los paramos. Universidad de los Andes, Facultad e
ciencias biologicas.
ANEXOS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Taxon
Dubautia latifolia
Helianthus divaricatus
Eupatoriadelphus dubium
Eupatoriadelphus fistulosum
Eupatoriadelphus maculatus
Eupatoriadelphus purpureus
Eupatoriadelphus steelei
Eupatorium album
Eupatorium altissimum
Eupatorium canna1
Eupatorium canna2
Eupatorium capilli1
Eupatorium capilli2
Eupatorium chinense1
Eupatorium chinense2
Eupatorium cuneifolium
Eupatorium hyssopifolium
Eupatorium leucolepis
Eupatorium mikanioides
Eupatorium perfoliatum
Eupatorium rotundifolium
Eupatorium sessilifolium
Eupatorium spChina
ITS
AF061900
AF047954
AF177799
AF177800
AF177798
AF177802
AF177801
AF177816
AF177811
AF177806
AF177805
AF177803
AF177804
AF177807
AF177808
AF177810
AF177812
AF177817
AF177818
AF177814
AF177815
AF177813
AF177787
Anexo 1. Accesos al GenBank de cada una de los taxa utilizados. 1 y 2 corresponden a los
Outgroup; del 3 al 23 corresponde a nuestro ingroup.
Replica a.
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
pb
1-138
10-148
30-168
60-198
80-218
90-228
100-238
110-248
120-258
138-276
Modelo
K80+Γ
K80+Γ
K80+Γ
K80+I
K80+I
K80+I
K80+I
K80+Γ
K80+Γ
K80+Γ
Replica b.
a
b
c
d
e
f
g
h
i
ITS
pb
1-80
40-120
60-190
80-160
100-180
110-190
150-230
180-260
190-270
276
Modelo
K80+Γ
K80+Γ
F84+Γ
F84+Γ
K80+Γ
K80+Γ
F84+Γ
K80+Γ
K80+Γ
K80+Γ
Anexo 2. Replicas realizadas a partir de la secuencia de ITS de 276 pb, las letras en mayúscula
corresponden a secuencias de 140pb (a.) y las letras en minúsculas corresponden a
secuencias de 80 pd (b.). Adicionalmente se observan los modelos para cada una de las
replicas.
Grupo
Eupatorium
America del Norte
“Traganthes”
America del Norte
“Uncasia”
Eurasia
Eupatoriadelphus
Especie
E. capillifolium I
E. capillifolium II
E. cuneifolium
E. rotundifolium
E. album
E. altissimum
E. mikanioides
E. perfoliatum
E. sessilifolium
E. hyssopifolium
E. leucolepis
E. cannabinum I
E. cannabinum II
E. spChina
E. chinense I
E. chinense II
E. dubium
E. fistulosum
E. maculatus
E. purpureus
E.s steelei
Anexo 3. Hipótesis propuesta por King y
Robinson. Separando Eupatoriadelphus de
Eupatorium, y este a su vez presenta tres
grupos: “Traganthes”, “Uncasia” , Eurasia .
Anexo 4. Topología obtenida de PhyML, con la secuencia de ITS con 276 pb. Además se
observan los grupos propuestos por King y Robinson: Color Azul: Clado de Urasia; Fucsia:
“Uncasia”; Verde: “Traganthes” y Naranja: Eupatoriadelphus.
Anexo 5. Nomenclatura para cada uno de las topologías obtenidas del bootstrap en PhyML,
con su correspondiente nombre verdadero.
Nomenclatura
D_latifolia
H_divaricatus
Euphu_dubium
Euphu_fistulosum
Euphu_maculatus
Euphu_purpureus
Euphu_steelei
Erium_album
Eium_altissimum
Erium_cannaI
Erium_cannaII
Erium_capilliI
Erium_capilliII
Erium_chinenseI
Erium_chinenseII
Erium_cuneifolium
Eium_hyssopifolium
Erium_leucolepis
Erium_mikanioides
Erium_perfoliatum
Erium_rotundifolium
Erium_sessilifolium
Erium_spChina
Taxon
Dubautia latifolia
Helianthus divaricatus
Eupatoriadelphus dubium
Eupatoriadelphus fistulosum
Eupatoriadelphus maculatus
Eupatoriadelphus purpureus
Eupatoriadelphus steelei
Eupatorium album
Eupatorium altissimum
Eupatorium cannabinum I
Eupatorium cannabinum II
Eupatorium capillifolium I
Eupatorium capillifolium II
Eupatorium chinense I
Eupatorium chinense II
Eupatorium cuneifolium
Eupatorium hyssopifolium
Eupatorium leucolepis
Eupatorium mikanioides
Eupatorium perfoliatum
Eupatorium rotundifolium
Eupatorium sessilifolium
Eupatorium spChina
Topologías
Replicas
A.
(Erium_can1:0.0000002837,(Erium_can2:0.0000003981,(H_divarica:0.3696573729,D_latifoli:0.
5964249194)866:0.6120273505)65:0.0000002837,((Erium_spCh:0.0000004830,(Erium_chi1:0.
0137149252,Erium_chi2:0.0000004469)491:0.0065063082)728:0.0184177936,(((Euphu_fist:0.
0000003765,(Euphu_purp:0.0000000001,(Euphu_macu:0.0164581263,(Euphu_stee:0.1135186
468,Euphu_dubi:0.0000003065)222:0.0000003075)353:0.0063905265)154:0.0000002947)731:
0.0641987693,(Erium_cap1:0.0000004158,Erium_cap2:0.0000000001)833:0.0138983108)266:
0.0135135074,(Erium_sess:0.0132653577,(((Erium_cune:0.0345041415,Erium_albu:0.006627
1873)28:0.0000005826,(Erium_rotu:0.0222022203,(Eium_altis:0.0130667909,Erium_perf:0.014
0299480)64:0.0000002806)4:0.0000002572)1:0.0000003961,(Erium_mika:0.0436570366,(Eiu
m_hysso:0.0499485186,Erium_leuc:0.0000018697)528:0.0202678003)55:0.0000005700)8:0.0
000002636)171:0.0066286037)169:0.0096510332)259:0.0276158257).
B.
(D_latifoli:0.3372948376,H_divarica:0.2493888925,(Erium_can2:0.0000000001,(Erium_can1:0.
0000008525,((Erium_spCh:0.0000005562,(Erium_chi1:0.0160931078,Erium_chi2:0.000000879
1)531:0.0078157103)784:0.0216253939,(((Euphu_fist:0.0000002997,(Euphu_purp:0.00000000
01,(Euphu_stee:0.1265381775,(Euphu_macu:0.0181226271,Euphu_dubi:0.0000007788)441:0.
0000008001)298:0.0076421232)163:0.0000006439)812:0.0711266824,(Erium_cap1:0.000000
0001,Erium_cap2:0.0000000001)977:0.0436523297)168:0.0138968662,(Erium_albu:0.007864
3424,((Erium_perf:0.0161694745,(Eium_hysso:0.0562675767,(Erium_mika:0.0437323098,Eriu
m_cune:0.0264328409)80:0.0000008041)120:0.0062896916)29:0.0000005220,(Erium_sess:0.
0157251155,(Erium_rotu:0.0250938414,(Eium_altis:0.0117018547,Erium_leuc:0.0246908481)5
31:0.0117390334)22:0.0000008305)15:0.0000008305)23:0.0000007548)211:0.0078932581)23
7:0.0113424177)358:0.0321124668)119:0.0000000001)882:0.2915908908).
C.
(Erium_sess:100.0000000000,(Euphu_purp:0.0000000001,(Euphu_fist:0.0000000001,(Euphu_
macu:0.0279450469,Euphu_dubi:0.0000009488)554:0.0077860531)156:0.0000000001)560:0.0
043870556,(Euphu_stee:0.1493071433,((Erium_cap1:0.0000000001,Erium_cap2:0.000000000
1)960:0.0458459771,(((Erium_can1:0.0000005034,(Erium_can2:0.0000000001,(D_latifoli:0.373
4793297,H_divarica:0.3209543948)431:0.2064574985)41:0.0000005034)160:0.0326109324,(E
rium_spCh:0.0000006024,(Erium_chi1:0.0162769878,Erium_chi2:0.0000008454)585:0.007902
6395)781:0.0218677796)112:0.0115033248,((Eium_altis:0.0116773842,Erium_leuc:0.0448558
596)350:0.0119793345,(Erium_rotu:0.0350138079,(Erium_perf:0.0163490697,(Erium_albu:0.0
160493370,(Erium_cune:0.0274589423,(Erium_mika:0.0449114775,Eium_hysso:0.059931588
1)143:0.0000051471)84:0.0059875398)6:0.0000007201)21:0.0000007295)8:0.0000004438)18
0:0.0080457518)32:0.0127338210)303:0.0752083088)54:0.0032183678).
D.
(Erium_can1:0.0000003715,(Erium_can2:0.0000000001,H_divarica:0.8842710504)81:0.00000
03072,((Erium_albu:0.0137542248,(Erium_sess:0.0134903313,((Erium_mika:0.0205192989,Eri
um_leuc:0.0310122185)421:0.0070941022,(Erium_rotu:0.0312814390,(Erium_perf:0.01391938
10,(Erium_cune:0.0258653910,(Eium_hysso:0.0515637035,Eium_altis:0.0201668639)24:0.000
0005623)6:0.0000005275)8:0.0000003072)0:0.0000003392)6:0.0000002773)22:0.0000003658
)147:0.0067368180,((Erium_spCh:0.0000008063,(Erium_chi1:0.0000003288,Erium_chi2:0.000
0000001)623:0.0065801926)822:0.0203028176,((Erium_cap1:0.0000000001,Erium_cap2:0.00
00000001)939:0.0391259061,(D_latifoli:0.6920305757,(Euphu_stee:0.0973943558,(Euphu_pur
p:0.0000000001,(Euphu_fist:0.0000000001,(Euphu_macu:0.0249881034,Euphu_dubi:0.000000
3484)538:0.0065389735)167:0.0000000001)523:0.0050274583)737:0.0316653356)292:0.0376
267730)167:0.0119716271)66:0.0000004935)262:0.0276667207).
E.
(Erium_cap1:0.0104382998,Erium_cap2:0.0000005330,(Erium_albu:0.0000006408,((Erium_ca
n1:0.0000011013,Erium_can2:0.0349272846)208:0.0110068946,(Erium_spCh:0.0000000002,(
Erium_perf:0.0000000001,(Erium_chi1:0.0000000001,(Eium_hysso:0.0459330911,((Erium_cun
e:0.0000000001,(Euphu_stee:0.0715679768,(Euphu_macu:0.0108993187,(Euphu_fist:0.00000
07070,(Euphu_dubi:0.0000000001,Euphu_purp:0.0000000001)212:0.0000005986)269:0.00000
07070)657:0.0185352405)537:0.0307997557)35:0.0000000001,((Erium_sess:0.0235182831,(E
rium_rotu:0.0000007058,(D_latifoli:0.1348313914,H_divarica:0.2022458262)466:0.0455967366
)261:0.0058714779)130:0.0053999572,(Eium_altis:0.0358845515,(Erium_chi2:0.0000000001,(
Erium_mika:0.0000005678,Erium_leuc:0.0517992699)546:0.0114350554)24:0.0000000001)1:0
.0000009044)1:0.0000005553)1:0.0000005134)1:0.0000004905)2:0.0000004753)1:0.0000004
753)11:0.0000004643)377:0.0114918534)791:0.0468360711).
F.
(D_latifoli:0.2730266872,H_divarica:0.3869133624,((Erium_can1:0.0000000001,Erium_can2:0.
0262510559)597:0.0000000001,((Euphu_stee:0.1279329566,(Euphu_macu:0.0094941453,(Eu
phu_dubi:0.0000005698,(Euphu_purp:0.0000000001,Euphu_fist:0.0000005587)141:0.0000004
479)191:0.0000005417)623:0.0164986984)635:0.0888814702,((Erium_spCh:0.0000004466,(Er
ium_chi1:0.0000004931,Erium_chi2:0.0000000001)576:0.0086856023)718:0.0176783357,((Eiu
m_hysso:0.0732345818,(Erium_sess:0.0175511104,Erium_cune:0.0208813011)21:0.00000042
91)5:0.0000008742,(Eium_altis:0.0448348969,((Erium_mika:0.0266061908,Erium_leuc:0.0397
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