Exploración filogenética de Berberis basada en los genes ITS y rbcL y su historia de
colonización de los Paramos
JORGE SALGADO BONNET
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE CIENCIAS BIOLOGICAS LABORATORIO DE BOTÁNICA & SISTEMÁTICA BOGOTÁ, D.C. Agradecimientos
Quisiera agradecer a Santiago Madriñán por dirigir mi Tesis y darme la oportunidad de aprender y trabajar con él en el Laboratorio Jodrell de Kew. Igualmente a Mark Chase por permitirme realizar este trabajo de tesis en el laboratorio Jodrell. A Jason Rauscher por co-dirigir la tesis. A toda mi familia por todo el apoyo que me dieron durante la carrera y al laboratorio de Botánica & Sistemática.
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Resumen
El género Berberis, comprende cerca de 500 especies de arbustos y árboles de distribución cosmopolita con la notable ausencia de especies en el continente australiano y Nueva Zelanda. En Sur América se encuentran alrededor de 178 especies de Berberis distribuidas desde Venezuela hasta las Pampas argentinas y Chile. En los páramos,
Berberis ha sufrido una notable diversificación, especialmente en el Ecuador y Colombia.
Sobre el origen del género en Sur América, se han planteado dos posibles rutas de colonización. La primera predice una migración por Norte América a través del Istmo de
Panamá y la segunda plantea la posibilidad de una ruta de entrada a través de la conexión entre Africa y Sur América durante el Cretácico. Debido a la falta de estudios moleculares dentro del género y la dualidad propuesta sobre el origen del género en Sur
América, éste trabajo se centro en (a) explorar las relaciones filogenéticas dentro del género Berberis, utilizando las regiones ITS y rbcL, y (b) estudiar los patrones de origen y diversificación del género Berberis en los Páramos. La exploración molecular realizada apoya los grupos botánico-geográficos Septentrionales y Australes planteados por Schneider (1905) y Arhendt (1961), al igual que la división del grupo Australes en los subgrupos Aequinoctiales y Euaustrales. Filogenéticamente quedan muchos interrogantes abiertos, como la monofilia del género Berberis y la parafilia del género
Mahonia. Los datos obtenidos sugieren que las especies de Berberis suramericanas provinieron de una colonización de algunas especies asiáticas, que entraron posiblemente por Beringia, promovidas por cambios ambientales durante el Terciario, a Norte América y posteriormente a través del Istmo de Panamá. Los registros fósiles pertenecientes al
Terciario, en Nequén y Santa Cruz, Argentina, generan interrogantes sobre los eventos de
3 colonización del género Berberis en el nuevo continente. Se recomienda ampliar el muestreo y secuenciar otros genes.
4 TABLA DE CONTENIDOS
Resumen ...... 3 Introducción...... 6 El género Berberis ...... 8 Distribución geográfica ...... 9
Registro fósil...... 10
Origen en los Páramos...... 11
Clasificación de Berberis...... 12
Análisis moleculares de ADN y biogeográficos en los Páramos...... 13 Materiales y Métodos...... 14 Resultados...... 17 rbcL I y II...... 17
ITS ...... 18
Análisis 1...... 18
Análisis 2...... 19
Análisis 3...... 20
Máxima verosimilitud ...... 20
Discusión...... 21 Variación y utilidad de rbcL...... 21
Variación y utilidad de ITS ...... 21
Análisis de ITS ...... 22
Biogeografía ...... 25
Conclusiones...... 28 Referencias...... 29 Tablas...... 35 Figuras...... 44
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Introducción
El Páramo es un ecosistema de alta montaña, cuyo rango va desde los 3000 m a los 5000
m de altura, entre la franja del bosque continuo y el límite de nieve (Luteyn, 1999).
Se encuentra restringido al norte de Los Andes de Sur América, entre las latitudes 8°S y
11°N en Venezuela, Colombia, Ecuador, unas pocas zonas en el Sur y Norte de Perú y
algunas áreas en Panamá y Costa Rica. Como ecosistema, el Páramo presenta unas
condiciones ambientales drásticas y particulares. Las condiciones climáticas diarias
presentan una gran fluctuación en la temperatura, la cual puede variar desde el punto de
congelamiento en las noches y madrugadas, hasta los 30°C en el día. A esto lo acompaña
la baja presión atmosférica, la baja presión parcial de oxigeno, las fuertes heladas, los
fuertes vientos y los altos niveles de radiación UV (Luteyn, 1999).
Los suelos son jóvenes, pobres en nutrientes y presentan poco desarrollo. Luteyn (1999), los clasifica según sus características en Andosoles, Inceptisoles, Histosoles, Entisoles y
Molisoles. Los Andosoles e Inceptisoles son suelos conformados por cenizas volcánicas, con una baja concentración o ausencia de Hierro y Aluminio. Los Histosoles son suelos muy ricos en materia orgánica y se encuentran principalmente en lugares muy húmedos como pantanos y pozos. Los Entisoles son suelos con altas concentraciones minerales y sin desarrollo. Los Molisosles son suelos básicos, de color oscuro y poco frecuentes en los páramos.
A nivel florístico, el Páramo es uno de los ecosistema más diverso de alta montaña del mundo (Luteyn, 1999; van der Hammen y Cleef, 1986), donde se han descrito cerca de
300 géneros de plantas vasculares. Debido a la geografía de las montañas, a las
6 variaciones climáticas locales, a los suelos y a la hidrología entre otros factores, el
Páramo como ecosistema presenta fragmentaciones formándose ¨islas¨ aisladas de
vegetación. Basándose en criterios florísticos y fisiognómicos, Cuatrecasas (1968),
subdividió al Páramo en tres cinturones, denominados respectivamente subpáramo,
páramo y superpáramo. Posteriormente, van der Hammen y Cleef, (1986) retoman estos
criterios y los subdividen en zonas altas y bajas respectivamente (Fig. 1).
El subpáramo es la zona más baja de los Páramos (2800–3500 m de altura ) y la más diversa. Presenta una expansión horizontal y vertical, debido a la influencia antrópica.
Es una zona de transición, que comprende elementos florísticos de los bosques bajos y
elementos de pastizales del cinturón del páramo. Estas comunidades están compuestas
generalmente por arbustos y vegetación leñosa, donde se destacan los géneros Befaria,
Cavendishia, Macleanea (Ericaceae), Bacharis, Diplostephium, Loricaria, Senecio
(Asteraceae), Miconia, Bucequetia, Brachyotum (Melastomataceae), Ilex (Aquifoliaceae),
Berberis (Berberidaceae) e Hypericum (Clusiaceae) entre otros (van der Hammen y
Cleef, 1986; Luteyn, 1999).
La zona de páramo, comprendida entre los 3500–4400m de altura, es la más circunscrita de los tres cinturones. Esta compuesta generalmente por macoyas y pastizales, dominados por especies de Calamagrostis y Festuca. No sólo incluye las comunidades de pastizales sino una gran cantidad de comunidades azonales de vegetación leñosa y herbácea, las cuales están determinadas por factores ambientales específicos. Presenta igualmente una alta diversidad, donde se destacan géneros cómo Calamagrostis, plantas heliofilas cómo Acaena, Lobelia, Oreobolus, plantas endémicas arborecentes cómo los géneros Espeletia y Espeletiopsis (van der Hammen y Cleef, 1986; Luteyn, 1999).
7 El superpáramo va desde los 4000–5000m de altura, por debajo del borde de nieve. De
los tres cinturones, ésta se caracteriza por presentar las condiciones ambientales más
adversas y de menor disturbio antrópico. La vegetación se presenta generalmente en parches, con un número de especies bajo con respecto a los otros dos cinturones, siendo
las endémicas elevadas. Se destacan géneros como Loricaria, Pentacalia,
Diplostephium, Senecio (Asteraceae), Lupinus (Fabaceae), Plantago (Palnatginaceae),
Ephedra (Ephedraceae), Lycopodium (Musci) (van der Hammen y Cleef, 1986; Luteyn,
1999).
En términos de escala geológica, los Páramos son relativamente jóvenes (4–5 mya.) (van der Hammen y Cleef, 1986). Por consiguiente, la flora de los Páramos es igualmente joven, evolucionando durante el Plioceno Tardío y Pleistoceno, cerca de unos 2–4 mya.
(van der Hammen y Cleef, 1986). Los estudios realizados por van der Hammen y Cleef
(1986), proponen que la flora de los Páramos tiene orígenes múltiples. Estos orígenes provienen por la adaptación de elementos tropicales autóctonos de bajas elevaciones, por la inmigración de elementos Austral-Antárticos durante las conexiones con el super continente Gondwana y por elementos Holoárticos que migraron por el Istmo de Panamá después de la conexión del continente Suramericano con Norte América.
El género Berberis
El género Berberis Linnaeus (familia Berberidaceae), se caracteriza por tener un hábito leñoso, con arquitectura de tallos largos y tallos cortos. Las hojas son simples alternas, con entrenudos largos y cortos con rosetas axilares. Las hojas de los tallos largos están modificadas en espinas; en cuyas axilas de origen foliar presentan verticilios de catáfilos.
El peciolo es alado y articulado; la inflorescencia es compuesta en la mayoría de las
8 especies; la flor es de color amarillo vistoso con visos rojizos o naranjas y sépalos
petaloides. Su fruto es una baya de color morado oscuro con estilo y estigma persistente
(Arhendt, 1961).
Distribución geográfica
Berberis es un género de distribución cosmopolita, con alto número de representantes en
Eurasia y Sur América y algunos pocos representantes en el nororiente de Africa. Cabe
resaltar la notable ausencia de especies en el continente australiano y Nueva Zelanda
(Fig. 2). En el estudio más completo y reciente del género Berberis, Ahrendt (1961),
reconoce 495 especies. Posteriormente Mabberley (1987) propone 450, Heywood (1993)
entre 550-600 y Kim y Jansen (1998) cerca de 450. En Sur América se encuentran
alrededor de 178 especies de Berberis (Ahrendt, 1961) distribuidas desde Venezuela
hasta Chile y las Pampas argentinas (Landrum 1999). En los páramos, Berberis ha sufrido una notable diversificación, con un elevado número de especies descritas recientemente y aún por describir (Camargo 1966, 1981, 1983, 1991) (Fig. 3).
Anterior al trabajo de Arhendt (1961), Schneider (1905) dividió al género en 21 secciones. Posteriormente, Arhendt (1961) describio nuevas especies de Berberis, aumentando el número de secciones a 29 secciones (Tabla 2).
Las especies de Berberis tienen dos importantes centros de diversificación que corresponden con los grupos botánico-geográficos realizados por Schneider (1905) en su descripción de los géneros Berberis y Mahonia y confirmados por Ahrendt (1961) en su monografía del género Berberis (Fig. 2). El primer grupo son los Septentrionales que comprenden las únicas dos especies de Norte América y todas las especies de Eurasia. Es un grupo predominantemente del hemisferio Norte con la excepción de tres especies que
9 existen en el este de África y en Java y Sumatra. Comprende cerca de 310 spp. divididas en 14 secciones (Tabla 2). Morfológicamente se reconocen por presentar una coloración amarilla pálida en las flores, hojas deciduas, o bayas rojas, o hojas siempre verdes con inflorescencias en fascículos (Ahrendt, 1961). El segundo grupo son los Australes, que
comprende todas las especies de Centro y Sur América, que se caracteriza por presentar
una coloración anaranjada en sus inflorescencias, un estilo muy elongado en la mayoría
de especies de Chile y Argentina, espinas foliaceas en unas pocas especies, estambres dentados en otras o hojas siempre verdes asociadas con inflorescencias en panículos. El
grupo Australes se encuentra dividido en dos subgrupos Euaustrales y Aequinoctiales, los
cuales están conformados por cinco y doce secciones respectivamente (Tabla 1)
Registro fósil
Es poca la evidencia fósil que se encuentra en el Continente Americano para el género
Berberis. Ramírez y Cevallos (2000) encontraron cuatro nuevas especies de Berberis y
una de Mahonia en Tepexei de Rodríguez, Puebla, México, al parecer procedentes de los
sedimentos del Oligoceno. Estas especies fueron descritas por la anatomía de las hojas,
criterio morfológico que sirve, para poder establecer diferencias entre las especies de
Berberis y entre los géneros Mahonia y Berberis (Landrum, 1999; Arhendt, 1961). Las
especies de Berberis encontradas, son morfológicamente similares a las especies existen
en el sur de Sur América y Asia. La especie de Mahonia, parece estar relacionada con el
grupo Orientales, perteneciente al género Mahonia. Al parecer se han encontrado
registros fósiles de hojas pertenecientes a Berberis del Terciario de Nequén y Santa Cruz,
Argentina (Berry, 1938; Fergulio, 1949; Orsi, 1976 en Landrum, 1999)
10 Origen en los Páramos
Para entender el origen y distribución de Berberis en los Páramos, se han planteado dos hipótesis. Raven & Axelrod (1974) predicen que las especies de Berberis deben tener su origen en las especies ancestrales del Sudeste Asiático, las cuales migraron por Laurasia hacia Norte América y posteriormente hacia Sur América. Esta idea es apoyada por van der Hammen & Cleef (1986), quienes describen al género Berberis como un elemento holoartico, el cual migró vía Stepping stones a través del Istmo de Panamá, donde posteriormente evolucionó aisladamente en las montañas de los Andes por una radiación adaptativa (Fig. 4a).
Contrariamente a esta hipótesis, Landrum (1999) plantea que Berberis ya se encontraba diversificado en el sur de Sur América antes de su unión con Norte América, donde subsecuentemente se dio una migración desde el sur del continente hacia el norte.
Debido a que existen especies de Berberis en Africa y posibles registros fóslies del
Terciario en Argentina, Landrum (1999) propone que la mejor la ruta de colonización al nuevo continente, fue posiblemente por la connección entre Africa y Sur América durante el Cretacico (Fig. 4b).
Meléndez (2000) plantea en el “ Prodromo del género Berberis en Colombia” que morfológicamente algunas especies de Chile presentan un pistilo largo, conspicuo y persistente en el fruto y las espinas en los tallos largos muy grandes superando en algunos casos el tamaño de las hojas, caracteres característicos de las especies de Asia, que no se encuentran dentro de las especies presentes en Ecuador, Colombia y Venezuela. Esto apoya la idea de Landrum.
11 Clasificación de Berberis
El género Berberis, se encuentra embebido dentro de la familia Berberidaceae, formando
un clado monofilético con los géneros Mahonia y Ranzania (Loconte y Estes, 1989).
Esta relación esta bien soportada por caracteres morfológicos que incluyen estambres
sensitivos, pared del polen, y un número de cromosomas base de 7 (Kim y Jansen, 1998).
Este clado fue reconocido tanto en árboles morfológicos (Loconte y Estes, 1989), como
en estudios moleculares (Kim y Jansen, 1996). Como taxón hermano de Berberis,
aparece el género Mahonia, soportado por caracteres moleculares y morfológicos, donde
se destaca la presencia secundaria de madera en los dos géneros (Loconte y Estes, 1989,
Kim y Jansen, 1998).
La circumpscripción del género Berberis ha variado a lo largo del tiempo. En el siglo
XIX, los géneros Mahonia y Berberis, fueron tratados como un solo género. Solo se
mencionaban dos distinciones morfológicas, entre los dos grupos, las cuales eran
insuficientes para crear dos géneros independientes (Arhendt, 1961). Estas diferencias
eran: 1) Glándulas de los pétalos presentes en Berberis y ausentes en Mahonia y 2)
Estambres dentados presentes en Mahonia y no en Berberis (Arhendt, 1961). Sin embargo esto no se cumple para todas las especies, debido a que algunas especies de
Berberis poseen estambres dentados, al igual que algunas especies de Mahonia poseen glándulas en los pétalos. Ahrendt (1961), propone la distinción de estos dos géneros basándose principalmente en el tipo de hoja. Berberis siempre presenta hojas simples, mientras que las especies de Mahonia siempre presentan hojas pinnadas. A esto se le agrega el tipo de inflorescencia y la ausencia de espinas en los tallos en Mahonia. La mayoría de las especies de Mahonia presentan una inflorescencia en fascículos de varios
12 racimos densos en forma en espiga y solo una minoría de especies comparten la misma inflorescencia de Berberis.
En los estudios sistemáticos, de la familia Berberidaceae, Loconte y Estes (1989), realizaron una matriz de datos morfológicos, la cual propone una separación de estos dos géneros, solo por la diferencia del tipo de hojas y la presencia de espinas en los nodos en
Berberis, concluyendo que es un grupo monofilético anidado dentro de un Mahonia parafilético. Posteriormente Kim y Jansen (1998) en sus estudios moleculares basados en el sitio de restricción del cloroplasto obtuvieron en el árbol consenso del análisis de
Wagner a una género Mahonia parafilético embebiendo a las especies de Berberis
Análisis moleculares de ADN y biogeográficos en los Páramos
Los análisis moleculares de ADN, han demostrado la utilidad para resolver relaciones filogenéticas en un amplio rango de niveles taxonómicos desde intraespecífico hasta interfamiliar (Soltis y Soltis, 1998). Estos estudios no solo pueden proveer resultados filogenéticos significantes, sino también marcos de referencia para probar hipótesis de la evolución de sus caracteres (Hennig, 1966 ), o su historia biogeográfica, la cual ha emergido como una disciplina para tratar de investigar relaciones bióticas y áreas geológicas (Wiley, 1988). Para entender los procesos biogeográficos, ocurridos entre los
Paramos y las secuencia de eventos relacionada a la conexión con otros continentes, en los últimos años se han realizado estudios filogenéticos moleculares de varios grupos de plantas (e.g., Valeriana (Bell, 2003), Viburnum (Donoghue et al., 2003),Gentianales (von
Hagen y Kadereit., 2001; von Hagen y Kadereit), Espeletia (Rauscher, 2002) y Ribes
(Senters y Soltis., 2003). Estos estudios, proponen un patrón de historia biogeográfica similar. Al parecer, estas plantas colonizaron el continente suramericano desde Norte
13 América vía Centro América, posiblemente después de la formación del Istmo de
Panamá. El estudio molecular del género Oreobolus (Chacón, 2003), mostró que el
género llegó a Sur América, por especies provenientes de Australia y Tasmania por
eventos de dispersión a larga distancia por parte de aves.
Debido a que el género Berberis se encuentra prominentemente representado en el
continente suramericano, a la dualidad en las hipótesis sobre el origen del género
Berberis en el continente suramericano y la falta de estudios sistemáticos moleculares en
el género, éste trabajo se centro en (a) explorar las relaciones filogenéticas dentro del
género Berberis, utilizando las regiones ITS y rbcL, las cuales han demostrado tener
suficiente variabilidad para deslucidar relaciones a nivel intra-genérico (Soltis y Soltis,
1998) e interespecífico (eg. Baldwin 1992; Suh et al., 1993, Baum et al., 1994; Rauscher,
2002) y (b) Estudiar los patrones de origen y diversificación del género Berberis en los
Páramos.
Materiales y Métodos
Para el presente estudio, se trabajó con un total de 30 especies. El muestro de taxones fue realizado según la disponibilidad de material, tratando de incluir muestras de las regiones biogeográficas más representativas, en especial del continente suramericano. Para la obtención de ADN total, se trabajó con 15 muestras del género Berberis, 3 del género
Mahonia, 1 del género Ranzania (Tabla 3). El material fresco se obtuvo de la colección viva de los jardines Botánicos de Kew y del material preservado en sílica gel de la colección de plantas de páramo del Laboratorio de Botánica & Sistemática de la
Universidad de los Andes. Además, se obtuvieron 11 secuencias de especies de Berberis del sur de Sur América, de GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), una del género
14 Mahonia y dos especies del género Caulophyllum (Tabla 4). Las especies de los géneros
Mahonia, Ranzania y Caulophyllum se utilizaron para establecer el grupo externo.
Las extracciones se realizaron bajo el método CTAB (Doyle y Doyle, 1987). El ADN fue precipitado utilizando etanol 96%. El ADN fue purificado mediante el gradiente de cloruro de cesio-bromuro de etidio (1.55 g/ml) para ser depositadas en el Banco de germoplasma del Jodrell Laboratory de Kew. El ADN extraído se visualizó en geles de agarosa al 1%. Para la amplificación y secuenciación de las muestras, se tomaron 3ml de cada una de las muestras extraídas y se purificaron a través de las columnas QIAquick
(Qiagen, Inc.).
Las muestras fueron amplificadas por reacciones de PCR, donde se trabajó primero con el
gen plastidial que codifica para la subunidad de ribulosa-1,5-bisfosfato
carbolxylasa/oxygenasa (rbcL) (Soltis et al. 1998). Para este gen, se utilizaron los
cebadores 1F, 724R, 627F y 1460R. El perfil térmico de PCR que se utilizó fue de 28
ciclos, con una temperatura de pre-fundición de 94°C cada uno con 3 minutos, 1 minuto
de denaturación a 94°C, 1 minuto de anillamiento a 48°C, 1 minuto de extensión a 72°C
y 7 minutos de extensión final a 72°C. Posteriormente se trabajó con la región del gen
nuclear ITS (espaciador trascrito interno). Se utilizaron los cebadores AB101, AB102,
los cuales amplifican para las regiones de ITS1, 5.8S e ITS2 (Soltis et al., 1998). El
perfil térmico del PCR fue de 28 ciclos, cada uno con 2 minutos de pre-fundición a 94°C,
1 minuto de denaturación a 94°C, 1 minuto de anillamiento a 50°C, 3 minutos de
extensión a 72°C y 7 minutos de extensión final a 72°C. Una vez obtenidas las
amplificaciones, los productos de PCR fueron purificados por medio de las columnas
QIAquick (Qiagen, Inc., siguiendo los protocolos para productos de PCR.
15 Posteriormente fueron reamplificados mediante ciclos de secuenciación. El perfil
térmico que se empleo fue de 26 ciclos con 10 segundos de denaturación a 96°C, 5
segundos de anillamiento a 50°C y 4 minutos de extensión a 60°C, usando dideoxi-
dNTP's y terminadores big-dye (Applied Byosystems, Inc.). Estos productos fueron
purificados con etanol, mediante una precipitación simple. Posteriormente, las muestras
fueron resuspendidas, donde se pusieron a correr
en un secuenciador ABI 3700 (Applied Byosystems, Inc.).
La edición y ensamblaje de las secuencias obtenidas, fue realizada con el programa
Sequencher™ versión 4.1 (Gene Codes corporation, Inc.). Las secuencias fueron
transportadas al programa PAUP*, versión 4.10b y fueron alineadas a ojo con el
programa Maclade 4.0b para Macintosh (Maddison y Maddison, 2001). Se utilizó la
opción merge Taxa del programa Maclade 4.0b (Maddison y Maddison, 2001), para
determinar si existían taxones molecularmente iguales. Los análisis filogenéticos, se
realizaron con el programa PAUP*, versión 4.10b para computadores Macintosh
(Swofford 1998). Se efectuó una búsqueda heurística bajo el método de máxima
parsimonia establecida por PAUP* (búsqueda heurística simple; criterio de Optimización
= parsimonia; todos los caracteres de tipo desordenado; espacios tratados como datos
ausentes; algoritmo de Branch-swapping (TBR). El soporte interno de los clados se
obtuvo usando bootstrap con TBR branch swapping (100 replicas). Para el gen rbcL se
utilizó la especie Ranzania japonica obtenida de GenBank, como grupo externo. Se
realizaron dos análisis independientes para cada región (rbcL I y rbcL II). Debido a que la relación filogenética, entre los géneros Mahonia y Berberis no esta del todo clara, se realizaron tres análisis de parsimonia con el gen ITS, para observar el comportamiento de
16 la topología interna del género Berberis y de su relación con Mahonia. El primer análisis
se hizo con el género monoespecífico Ranzania y dos especies del género Caullophylum
como grupos externos. Para el segundo análisis se eliminaron los géneros Ranzania y
Caullophylum y se utilizaron las especies Mahonia lomarifolia, M. aquifolium y M.
trifoliolata como grupo externo. Para el tercer análisis se cosntruyó un árbol a mano y se
comparó con los resultados obtenidos para el segundo análisis con el programa PAUP*,
versión 4.10b. Adicionalmente, se efectuó un análisis de máxima verosimilitud con el
programa Modeltest3.06 PPC. Se realizó una búsqueda bajo los parámetros de máxima
verosimilitud de PAUP*, versión 4.10b para computadores Macintosh (Swofford 1998).
Resultados
rbcL I y II
De los 20 taxa amplificados solo se obtuvieron 12 secuencias completas. El análisis de
parsimonia arrojó para rbcL I una longitud 685 bp. De estos, 657caracteres fueron
constantes, 24 fueron parsimoniosamente no informativos y 4 parsimoniosamente
informativos. Se obtuvieron 894 árboles de 24 pasos y con un índice de consistencia de
0.84 y un RI de 0.286 (Tabla 5), los cuales mostraron muy poca resolución. La especie
Berberis canadensis aparece como taxón hermano de éste clado. El soporte solo se
obtuvo para el clado asiático-suramericano y fue de 61. La longitud de rbcL II fue de
745 caracteres nucleotídicos, 717 fueron constantes, 17 parsimoniosamente no
informativos y 11 informativos. Se obtuvieron 9923 árboles igualmente parsimoniosos,
los cuales requirieron 34 pasos, con un índice de consistencia de 0.84 y un RI de 0.286
(Tabla 5). El árbol consenso arrojó una gran polito mía basal de todos los clados. Los
árboles obtenidos no se muestran por la falta de resolución que se encontró en ellos.
17 ITS
Análisis 1
El número de posiciones obtenidas en las secuencias estuvo dentro del rango 636-828 pb.
Se eliminaron los extremos no informativos resultando una matriz de 762 caracteres. La secuencia para la especie Berberis valdiviana, fue excluida del análisis por presentar problemas. Para los 30 taxa analizados, se obtuvieron, 390 árboles igualmente parsimoniosos (Fig. 7), con un número de pasos de 272, un Índice de Retención de 0.928 y un Índice de Confidencia de 0.928. El número de sitios invariables fue de 545, 68 fueron variables y 149 sitios fueron parsimoniosamente informativos (Tabla 6). El árbol consenso se muestra en la Fig. 6; uno de los 390 árboles igualmente parsimoniosos fue escogido al azar y se muestra en la Fig. 7. El género Berberis aparece formando un clado soportado por un valor de bootstrap de 50, dentro de un género Mahonia parafilético
(Fig. 7). Las especies de Berberis de Sur América forman un clado soportado por un valor de bootstrap de 58. Este clado aparece constituido por dos grupos monofilélticos.
El primer grupo con un soporte de 98, comprende a las especies de Colombia B. goudotii,
B. cretata y B. rigidifolia. El segundo grupo encierra las especies del Sur de Sur
América. Dentro de este grupo se obtuvieron tres clados monofileticos. Uno conformado por B. cabrarae, B heterophylla, B. parodii, B. buxifolia.,con un soporte de
84. El segundo clado compuesto por B. darwinii, B. bidentata, B. linearifolia, soportado por un valor de 88. El último conformado por B. ilicifolia y B. serrato dentata, soportado por un valor de 61. Las especies B. grevilleana, B. microphyla, B. empetrtrifollia y B. comberi no mostraron variación suficiente y aparecen en la base del clado. Como taxa hermanos del clado Sur Americano, aparecen dos grupos
18 monofiléticos. Uno conformado por la especie Europea B. vulgaris, la especies de Norte
América B. canadensis y las dos especies asiáticas B. vernae y B. silva-taraucana,
soportado por un valor de 98. El otro grupo tiene un valor de soporte de 67 y esta
conformado por las especies asiáticas B. lycioides y B. parkeriana. Las especies de Asia
central B. julianeae y B. dictiophylla, no mostraron resolución y aparecen en la base del
clado junto a los tres grandes grupos monofiléticos de Berberis.
Análisis 2
El análisis de máxima parsimonia arrojó, para los 20 taxa analizados, 577 pb invariables,
47 variables y 20 sitios informativos. La búsqueda heurística arrojó 3 árboles igualmente
parsimoniosos de 52 pasos, con un índice de consistencia de 0.9231 y un índice de
retención de 0.9355 (Tabla 6) (Fig. 9).
El árbol consenso de estos tres árboles igualmente parsimoniosos se muestra en la Fig. 8.
Berberis aparece como un clado monofilético, soportado por un valor de Boostrap de 98.
A diferencia del primer análisis, dentro de Berberis, se obtuvieron dos grandes clados
basales. El primero compuesto por las especies asiáticas B. silva taraucana, B. vernae, la
especie de Norte América B. canadensis y la especie europea B. vulgaris, con un soporte de 93. El segundo compuesto por todas las especies de Sur América y las especies
restantes de Asia, con un valor de soporte de 69. Dentro del grupo suramericano y
asiático encontramos un clado con un soporte de bootstrap de 84, embebiendo a las
especies de Sur América. Las especies colombianas B. cretata, B. rigidifolia y B.
goudotii, forman un clado monofilético separado de las especies del Sur del continente,
soportadas por un valor de 98. Dentro de los taxa hermanos de este clado suramericano,
encontramos un clado monofilético, conformado por las especies de Asia central B.
19 lycioides y B. parkeriana, soportado por un valor de 83, y las especies B. julianae y B. dictiophylla, que no mostraron resolución y aparecen en la base del clado.
Análisis 3
Uno de los tres árboles más parsimoniosos está representado como filograma (Fig. 9), en el cual están mapeados las inserciones y deleciones de bases nucleotídicas para indicar las homoplasias, paralelismos y convergencias. La topología obtenida fue congruente con el análisis 2. Se obtuvo sólo una homoplasia en el carácter 119, entre el clado conformado por las especies B. lycioides y B. parkeriana y el clado compuesto por todas las especies del sur de Sur América.
Máxima verosimilitud
El análisis de máxima verosimilitud se hizo bajo el modelo GTR, donde se obtuvo 1 árbol de 1207.67864 pasos (Fig. 10). La topología encontrada fue congruente con la obtenida en el análisis de máxima parsimonia. El género Berberis aparece como un clado monofilético soportado por un valor de 98. Se obtuvieron los mismos clados dentro del género, sin embargo los valores de boostrap cambiaron. El soporte del clado de Asia y
Sur América aparece con un valor de 57. El soporte del clado suramericano disminuyó a un valor de 78. Para el clado compuesto por las especies del subgrupo Australes se obtuvo un valor mayor de 75. Las especies de Colombia aparecen con una disminución en el soporte de 90. El soporte del clado B. lycioides y B. parkeriana disminuyó a 69. El clado compuesto por las especies de Norte América, Europa y Asia occidental, aumento a
97.
20 Discusión
Variación y utilidad de rbcL
El gen rbcL ha sido utilizado en la mayoría de estudios para inferir relaciones filogenéticas a nivel de familia, sin embargo se ha extendido en algunos casos hasta el niveles taxonómicos más bajos (e.g., Xiang et al., 1993). Dentro de los géneros Berberis
y Mahonia no se obtuvo información filogenética importante. Las secuencia obtenidas ,
no presentaron una alta divergencia, y el Índice de retención mostró un valor muy bajo, lo que indica posiblemente que éste gen es muy conservado y que los cambios acumulados son muy homoplásicos para proveer una filogenia robusta de Berberis.
Variación y utilidad de ITS
La región espaciadora transcrita interna (ITS) del DNA nuclear ribosomal, presenta
regiones conservadas con altas tasas evolutivas, lo cual ha servido para establecer
relaciones filogenéticas robustas a niveles taxonómicos bajos (e.g., Baldwin 1992; Suh et al. 1993, Baum et al. 1994; Rauscher 2002). En nuestro estudio, a diferencia de las secuencias conservadas mostradas por rbcL, ITS mostró unos niveles mayores de divergencias en las secuencias, obteniendo información filogenética importante. Esta variación fue suficiente en algunos casos, pero sin embargo sigue siendo muy baja para determinar muchas relaciones inter-específicas dentro del género Berberis. En algunos casos, como en algunas de la especies del grupo Australes, las especies divergen en una sola base nucleotídica (Fig. 9). Esto sugiere que el gen ITS es un gen que puede ayudar al estudio de una filogenia completa del género, sin embargo es necesario realizar estudios
21 con otros genes como trnL o matK que también han demostrado presentar una variación alta a nivel ínter-específica (von Hagen, 2002).
Análisis de ITS
En el análisis realizado con las especies de los géneros Ranzania y Caulophyllun como
grupos externos, encontramos que las especies del género Mahonia forman un grupo
parafilético que embebe a un Berberis monofilético. Este resultado concuerda con el
resultado que obtuvieron Kim y Jansen (1998) en su análisis de Wagner basado en el sitio
de restricción del ADN del cloroplasto. En este análisis ellos obtuvieron un género
Mahonia parafilético embebiendo a las especies de Berberis, las cuales no mostraron
variación importante para aparecer como un solo clado monofilético. En la Figura 7
vemos que las especies de Berberis si presentaron una mayor variación y forman un clado
monofilético dentro del genero Mahonia. Este resultado es igual al propuesto por
Loconte y Estes (1989). La idea de la monofila de Berberis dentro de un género
Mahonia parafilético, se puede apoyar morfológicamente en las sinapomórfias del
reverso a hojas simples y espinas nodales en Berberis. La especie Mahonia trifoliolata presenta una inflorescencia de tipo Berberis (Arhendt, 1961) y por mucho tiempo se le consideró una especie de Berberis. Esto conllevaría a esperar a que en el análisis apareciera cerca del género Berberis y separada de las otras dos especies de Mahonia. En
el árbol consenso (Fig. 6), aparece muy alejada de las otras dos especies de Mahonia
(+100 pasos) y del género Berberis. Explicar esta variación tan alta es difícil, sobre todo
sin haber secuenciado más especies de Mahonia. Esto puede deberse posiblemente a una
mala identificación o que a diferencia de Berberis, el género Mahonia presenta una variación muy alta. Todo esto hace que la parafilia que se obtuvo del género Mahonia,
22 pueda deberse simplemente a un error en las secuencias. Para poder establecer con
mayor certeza esta parafilia, es necesario secuenciar más especies del género.
Los resultados obtenidos con el análisis 2 de máxima parsimonia y máxima
verosimilitud, mostraron una diferencia en la topología basal de los árboles con respecto
al análisis 1. La resolución cambió y obtuvimos dos clados hermanos como grupos
basales. Vemos que las especies asiáticas B. silva taraucana, B. vernae se encuentran estrechamente relacionadas con la especie de Norte América B. canadensis y la especie europea B. vulgaris, mientras que las restantes especies asiáticas se encuentran estrechamente relacionadas con las especies pertenecientes al subgrupo Australes
(Arhendt, 1961). Esta diferencia en la topología, se puede deber a que el gen no presenta la suficiente variación y al cambiar de grupo externo, posiblemente las ramas tienden a colapsar. Sin embargo la topología obtenida con el análisis 2, se puede soportar con la posible relación entre Asia y el Sur de Sur América propuesta por Ramírez y Cevallos-
Ferris (2000).
Establecer una comparación taxonómica entre nuestros datos y la monografía descrita por
Arhendt (1961), esta fuera del alcance de este estudio, debido al número limitado de taxones muestreados, sin embargo vemos en los resultados muchas similitudes y discrepancias. Dentro del género Berberis obtenido, cabe resaltar la presencia de un clado monofilético de las especies de Sur América. Esto concuerda con la separación taxonómica y botánico-geográfica del género en Septentrionales y Australes descrita por
Schneider (1905). La división obtenida, de éste grupo en dos clados monofiléticos, concuerda con la descripción de Arhendt (1961), donde retoma el grupo Australes de
Schneider (1905) y lo divide en Aequinoctiales (especies de Colombia, Venezuela,
23 Ecuador y Perú) y Euaustrales (especies de Argentina y Chile). En esta división,
aparece, el clado Aequinoctiales bien soportado mientras que el clado Austral aparece
con un valor muy bajo.
El clado Aequinoctiales, está conformado por tres especies. B. rigidifolia, B. cretata y B
goudotii. Las especies B. goudotii y B. rigidifolia pertenecen cada una a una sección
diferente. B. goudotii, pertenece a la sección Goudotiae y B. rigidifolia a la sección
Truxilenses (Arhendt, 1961). La especie B. cretata no fue descrita por Arhendt (1961), por lo tanto no se menciona dentro de ninguna de estas secciones, aunque los datos moleculares indican una relación muy estrecha con la especie B. rigidifolia.
Morfológicamente el clado se soporta, por presentar hojas siempre verdes, las
inflorescencias no paniculadas, racimosas, flores con diámetro de 4-12mm., estilo ausente
y fruto de color negro.
Las especies pertenecientes al subgrupo Euaustrales presentaron muy poca variación, lo
que influyo en el soporte de bootstrap (Fig. 6). Las especies B. darwinii, B. comberi y B.
ilicifolia, pertenecen a la sección Ilicifoliae y sin embargo en los árboles obtenidos vemos
que B. darwinii aparece formando un clado bien soportado con las especies B. bidentata y
B. linearifolia, pertenecientes a otras secciones. Igualmente B. ilicifolia aparece en un
clado aparte junto a la especie B. serrato dentata la cual pertenece a la sección
Buxifolliae. Las especies B. parodii y B. buxifolia, pertenecientes a la sección Buxifoliae,
se encontraron, en un clado con un soporte de 84, junto a las especies B. heterophylla y
B. cabrerae, las cuales pertenecen a la sección Actinacanthae. Desafortunadamente la
resolución que se obtuvo dentro de éste clado Austral fue baja y no tenemos definido las
relaciones en la base del grupo. Estas diferencias encontradas entre la clasificación de
24 Arhendt (1961) con nuestros datos, pueden variar con otro gen que presente una variación mayor, lo que nos impide proponer cambios taxonómicos de ella. Fuera de éste clado
Suramericano también encontramos diferencias en el clado obtenido para las especies asiáticas B. silva taraucana, B. vernae, la especie de Norte América B. canadensis y la
especie europea B. vulgaris, las cuales fueron clasificadas por Arhendt (1961) en
diferentes secciones. Contrariamente a esto, el clado compuesto por las especies B.
lyciodes y B. parkerina, si concuerda con las clasificación de Arhendt (1961), el cual las
clasificó dentro de la sección Asiticae. Al comparar los análisis realizados, la topología
interna del género Berberis, varía.
Biogeografía
Dentro del clado obtenido para el género Berberis, las relaciones entre taxa no están muy
bien soportadas, sin embargo se pueden dilucidar ciertos patrones que pueden ayudar a
proponer un origen del género en el continente suramericano. Los datos sugieren que
posiblemente existen al menos dos clados asiáticos. Uno relacionado con las especies
Septentrionales (Arhendt, 1961) de Europa y Norte América y el otro relacionado con
todas las especies Australes (Arhendt, 1961) (Fig. 6, 8). Este patrón concuerda con los
rutas biogeográficas, propuestas por Donoghue (2001) para explicar el origen de algunos
grupos de plantas en Norte América. Esto hace pensar, que posiblemente el género
Berberis, después de originarse en Asia, se dispersó por un lado hacia el viejo continente
y posteriormente hacia Norte América por el Atlántico y por el otro lado hacia el Este de
Asia, Norte América y Sur América.
El clado Australes, aparece alejado de la especie B. canadensis y relacionado con las
restantes especies asiáticas. Los resultados de Ramírez y Cevallos (2000) en México,
25 proponen una relación foliar entre las especies encontradas y las especies del subgrupo
Euaustrales y algunas especies asiáticas,apoyando la idea de una ruta Pacifica. De ser
así, algunas especies de Asia, fueron dispersadas hacia Norte América y México por el
Este, posiblemente a través de Beringia. Este paso facilito el desplazamiento de muchos grupos taxonómicos originarios de Asia que migraron a Norte América durante periodos de calentamientos ambientales durante el Paleoceno tardío y Eoceno temprano (Guo,
1998; Wen, 1999; Janis, 1993). Similarmente debieron existir dispersiones repetidas de plantas temperadas a través de Beringia, promovidas por cambios geológicos y ambientales durante el Terciario (Donoghue et al., 2001). Este desplazamiento se dio quizás al mismo tiempo con el género Mahonia, el cual posee una distribución similar entre Asia y Norte América y aparece muy bien representado en los registros fósiles del
Terciario de Norte América y México.
Hoy en día el género Berberis, no se encuentra representado en México, y según el registro fósil debió extinguirse en algún momento del oligoceno (Ramírez y Cevallos-
Ferris, 2000). Esto indicaría que posiblemente la colonización de Sur América fue proveniente de alguna población remanente en Norte América. Aunque el soporte del clado suramericano obtenido, es débil, los árboles muestran una sola entrada de colonización al nuevo continente. Esto sugiere que posiblemente, se dio una colonización a través de Centro América por el Istmo de Panamá hace aproximadamente
2.5 millones de años. Este patrón de migración es similar, al descrito en otros grupos de
plantas (e.g., Valeriana (Bell, 2003), Viburnum (Donoghue et al., 2003),Gentianales (von
Hagen & Kadereit., 2001; von Hagen & Kadereit), Espeletia (Rauscher, 2002) y Ribes
(Senters & Soltis., 2003).
26 Esto plantea la posibilidad de descartar la entrada por Africa propuesta por Landrum
(1999) y apoyar la colonización por el Istmo de Panamá, vía “stepping stones” de van der
Hammen & Cleef (1986) y el origen Laurásico propuesto por Raven & Axelrod (1974).
Para esto, es necesario conocer la relación molecular de la otra especie norteamericana
B. fendleri con el clado suramericano y las especies de Europa África y Asia. Los
posibles registros fósiles de hojas pertenecientes a Berberis del Terciario de Nequén y
Santa Cruz, Argentina (Berry, 1938; Fergulio, 1949; Orsi, 1976 en Landrum, 1999) abren
un interrogante que podría rechazar el patrón de colonización a través de la unión de
Norte América y Sur América hace aprox. 2.5 millones de años. Para el género Berberis,
se han reportado mamíferos y aves alimentándose de algunas especies (Williams et al.,
2000, Williams et al., 1996). Esto nos sugiere, que de ser verídicos estos registros fósiles, pudo ser un evento de dispersión a larga distancia, desde Norte América o Centro
América, lo que dio origen al género en Sur América.
La diversificación en Sur América, es difícil de explicar, sobre todo por la ausencia de registros fósiles en el Norte y el limitado muestreo de este estudio. La división obtenida entre las especies del sur y las especies del norte del nuevo continente y el posible registro fósil, podrían indicar, que el género alcanzó el Norte del continente y de alguna forma migró rápidamente hacia las zonas templadas del Sur. Con la aparición de los
Andes, se originaron cambios climáticos drásticos, especialmente en el Sur del continente
(Landrum, 1999). Estos cambios, junto con los cambios geológicos que se iban generando con el levantamiento de la cordillera, pudieron posiblemente, ayudar a la diversificación del género y a la separación morfológica entre los subgrupos existentes hoy en día Aequinoctiales y Euaustrales.
27 La especie B. canadensis se encuentra dentro de un clado con la especie europea B.
vulgaris y las especies asiáticas B. silva taraucana y B. vernae, lo cual concuerda con la
ruta Atlántica propuesta por Donoghue (2001). Kvâcek y Erdei (2001) encontraron registros fósiles de Berberis en Europa, pertenecientes al Terciario, los cuales se asemejan foliarmente a las especies actuales presentes en los Himalayas y China. B.
vernae presenta esta distribución y su morfología es similar en algunos aspectos a la
especie B. kymeana, encontrada en el registro fósil (Kvâcek y Erdei, 2001). Esto provee
soporte, a la idea de una ruta Atlántica de colonización. En los análisis vemos que existe muy poca resolución dentro de este clado “Atlántico”. Mack (2003) plantea que la especie europea B. vulgaris fue introducida por el hombre en Norte América durante los
siglos XVII-XIX. Esto concuerda con esta poca variación y nos lleva a proponer una
segunda entrada reciente de colonización Norte América por el Este
Conclusiones
Los datos obtenidos sugieren que el género Berberis en Sur América provino de Norte
América. Debido a las incongruencias obtenidas con los datos muestreados y los posibles
registros fósiles encontrados en el sur de Sur América, no es posible concluir si la
colonización del género Berberis ocurrió por un evento de dispersión a través del Istmo
de Panamá o si fue un evento de dispersión a larga distancia. Estos datos apoyan la
hipótesis de van der Hammen & Cleef (1986) y proponen que el origen del clado
suramericano provino de Asia por una ruta de entrada al continente Norte Americano por
el Pacífico, posiblemente por Beringia. Aunque el muestreo se realizó tratando de obtener especies representativas de cada región biogeográfica, es claramente necesario
ampliar el muestreo, especialmente de taxa pertenecientes a los subgrupos suramericanos
28 y centroamericanos, Aequinoctiales y Euaustrales (Arhendt, 1961), la otra especie
norteamericana B. fendleri y las especies Africanas. Hay que tener en cuenta que debido
a la baja variación mostrada por el gen rbcL, las hipótesis biogeográficas planteadas en este estudio, se basan solo en la evolución molecular del gen ITS. Para poder establecer patrones biogeográficos congruentes, con un mayor soporte, es necesario secuenciar otros genes.
La exploración molecular realizada apoya los grupos botánico-geográficos
Septentrionales y Australes planteados por Schneider (1905) y Arhendt (1961), al igual que la división del grupo Australes en los subgrupos Aequinoctiales y Euaustrales.
Filogenéticamente quedan muchos interrogantes abiertos, como la monofilia del género
Berberis y la parafilia del género Mahonia, para los cuales claramente se debe ampliar el muestreo.
Referencias
Ahrendt LWA. 1961. Berberis and Mahonia: a taxonomic revision. Journal of the
Linnean Socieity (Bot) 57 (369): 1-410
Baldwin BG. 1992. Phylogenetic utility of the internal Transcribed Spacers of nuclear
ribosomal DNA in plants: An example from compositae. Molecular
Phylogenetics and Evolution 1: 3-16
Baldwin BG. 1993. Molecular phylogenetics of Calycadena (Compositae) based on ITS
sequences of nuclear ribosomal DNA: Chromosomal and morphological evolution
reexamined. American Journal of Botany 80: 222-238
29 Baum DA, Sytsma KJ, Hoch PC. 1994. A phylogenetic analysis of Epilobium
(Onagraceae) based on nuclear ribosomal DNA sequences. Systematic Botany 19:
363-388
Bell CD. 2003. Preliminary phylogeny of Valerianaceae (Dipsacales) inferred from
nuclear and chloroplast DNA sequence data. Molecular Phylogenetics and
Evolution xxx: 1-12
Bell CD, Donoghue MJ. 2003. Phylogeny and biogeography of Morinacaeae
(Dipsacales) base don nuclear and chloroplast DNA sequences. Organisms
Diversity and Evolution 3: 227-237
Camargo A. 1966. Especies nuevas del género Berberis de Colombia. Caldasia
9(44):313-350
Camargo, A. 1981. Especies nuevas del género Berberis-II. Caldasia 13 (62):203-222
Camargo, A. 1983. Especies nuevas del género Berberis-III. Caldasia 13 (65):685-691
Camargo, A. 1991. Especies nuevas del género Berberis-IV. Caldasia 16(79):419-424
Chacón J. 2003. Filogenia molecular y biogeografía histórica de oreobolus
(Cyperaceae). Universidad de los Andes
Donoghue MJ, Baldwin BG, Li J, Winkworth RC. 2003. Viburnum phylogeny based
on chloroplast trntK intron and nuclear ribosomal ITS DNA sequences.
Systematic Botany en publicación
Donoghue MJ, Bell CD, Li J. 2001. Phylogenetic Patterns in northern hemisphere plant
geography. International Journal of Plant science 162: S41-S52
Doyle JJ, Doyle JL. 1987. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh
leaf tissue. Phytochemical Bulletin 19: 11--15.
30 Guo Q. 1998. Vascular plant diversity in eastern Asia and North America: historical
and ecological explanations. Botanical Journal of the Linnean Society 128: 123-
136
Hagen KB von , Kadereit JW. 2001. The phylogeny of Gentianella (Gentianaceae)
and its colonization of the southern hemisphere revealed by nuclear and
chloroplast DNA sequence variation. Organisms Diversity and Evolution 1: 61-79
Hagen KB von , Kadereit JW. 2002. Phylogeny and flower evolution of the Swertiinae
(Gentianaceae-Gentianae): Homoplasy and the principle of variable proportions.
Systematic Botany 27: 548-572
Hennig W. 1966. Phylogenetics Systematics. University of Illinois Press, Urbana.
Huelsenbeck JP. 2000. Mr Bayes: A program for the Bayesian inference of phylogeny.
Distributed by the author, Univ. Rochester, Rochester, New York
Janis CM. 1993. Terciary mammal evolution in the context of changing climates,
vegetation, and tectonic events. Annual Reviews of ecology and Systematics 24:
467-500
Kim Y-D, Jansen RK. 1994. Comparisons of phylogenetic hypothesis among different
data sets in dwarf dandelions ( Krigia): Additional information from internal
transcribed spacer sequences of nuclear ribosomal DNA. Plant Systematics and
Evolution 190: 157-185
Kim Y-D, Jansen RK. 1996. Phylogenetics implications of rbcL and ITS sequence
Variation in the Berberidacae. Systematic Botany 21: 381-396
Kim Y-D, Jansen RK. 1998. Chloroplast DNA restriction site variation and phylogeny
of the Berberidacae. American journal of Botany 85(12): 1766-1778
31 Kvâcek Z, Erdei B. 2001. Putative protaceous elements of the Lomatites-type
reinterpreted as new Berberis of the European Tertiary. Plant Systematics and
Evolution 226: 1-12
Landrum LR. 1999. Revision of Berberis (Berberidaceae) in Chile and adjacent
Southern Argentina. Annals of the Missouri Botanical Garden 86 : 793-834
Loconte H, Estes JR. 1989. Phylogenetic systematics of the Berberidacae and
Ranunculales (Magnoliidae). Systematic Botany 14(4): 565-579
Luteyn JL. 1999. Páramos: a checklist of plant diversity, geographical distribution,
and botanical literature. New York Botanical Gardens Press, Bronx, New York,
USA.
Melendez MM. 2000. Prodromo del género Berberis en Colombia. Universidad de los
Andes, facultad de ciencias biológicas, Bogotá, D.C.
Ramírez JL, Cevallos-Ferris SRS. 2000. Leaves of Berberidaceae (Berberis and
Mahonia) from Oligocene sediments, near Tepexi de Rodríguez, Puebla. Review
of Paleobotany and Palynology 110: 247-257
Rauscher JT. 2002. Molecular phylogenetics of the Espeletia complex (Asteraceae):
Evidence from nrDNA ITS sequences on the closest relatives of an Andean
adaptive radiation. American Journal of Botany 89(7): 1074-1084.
Raven PH, Axelrod DI. 1981. Angiosperm biogeography and past continental
movements. Annals of the Missouri Botanical Garden 61: 539-673
Schneider CK. 1905. Die Gattung Berberis (Euberberis). Vorbereiten für eine
Monographie. Bulletin Herbarium Boisser Ser. 2, 5 (1): 33-48; (2) 133-148; (4):
813-831
32 Senters AE, Soltis DE. 2003. Phylogenetic relationships in Ribes (Grossulariaceae)
inferred from ITS sequence data. Taxon 52: 51-66
Soltis DE, Soltis PS. 1998. Choosing an approach and an appropriate gene for
phylogenetic analysis. In Soltis DE, Soltis PS, Doyle JJ, eds. Molecular
systematics of Plants II: 1-42. Kluwer Academic Publisher. Boston,
Massachusetts. USA
Suh Y, Thien LB, Revee HE, Zimmer EA. 1993. Molecular evolution and phylogenetic
implications of internal transcribed spacer sequences of ribosomal DNA in
Winteraceae. American Journal of Botany 80: 1042-1055.
Swoford D. 2002. PAUP*: Phylogentic analysis using parsimony, Version 4.0b10.
Computer Program distributed by Sinauer Associates, Sundreland, MA.
Van der Hammen T, Cleef AM. 1986. Development of the high Páramo flora and
vegetation. Pp: 153-201. En Vulleumeier F, Monasterio M, High altitude tropical
biogeography. Oxford University Press, Oxford
Wen J. 1999. Evolution of Eastern Asian and Eastern North America disjunction
distributions in flowering plants. Annual Reviews of ecology and Systematics 30:
421-455
Wiley EO. 1988. Parsimony Analysis and Vicariance biogeography. Systematic
Zoology 37(3): 271-290
Williams PA, Karl BJ, Bannister P, Lee WG. 2000. Small mammals as potential seed
dispersers in New Zealand. Austral Ecology 25 (5): 523-532
33 Williams PA, Karl BJ. 1996. Fleshy fruits of indigenous and adventive plants in the
diet of birds in forest remnants, Nelson, New Zealand. New Zealand Journal of
Ecology 20 (2): 127-145
Xiang Q–Y, Soltis DE, Morgan DR, Soltis PS. 1993. Phylogenetic relationships of
Cornus s.l. and putative relatives inferred from rbcL sequence data. Annals of the
Missouri Botanical Garden 80: 723-734
34 Tablas
Tabla 1. Clasificación taxonómica y distribución de las secciones del grupo botánico- geográfico Australes del género Berberis, según la clasificación de Arhendt (1961).
Grupo Subgrupo Región Sección Distribución Australes Euaustrales Trigonae Chile, argentina, Ilicifolia Uruguay Montanae Buxifolia
Laurinae Brasil, Paraguay, Intremedio Uruguay y Ecuador
Latifolia Ecuador, Colombia, Aequinoctiales Región Gouditiae Venezuela, Costa Rica y Tropical del Confertae Nicaragua Norte Paniculatae Quinduenses Truxilenses
Agapantenses Virgatae Chile (Norte) Bolivia y Confartae Perú Paniculatae Región Quinduenses Tropical del Truxilenses Sur Tabla 2. Clasificación y división taxonómica del género Berberis propuesta por Arhendt (1961).
GRUPO SUB.GRUPO SECCION SUB.SECCION No. spp. BIOREGION Septentrionales Septentrionales Wallichianae Insignes 4 Sikkim, Bhutan, Assam, S.E. Tibet, N. Burma Hoockerianae 4 Garhwal, Sikkim, Bhutan, S. E. Tibet Replicatae 8 Bhutan, Assam, Burma. S. E. Tibet, W. Yunnan, S. W. Szechuan, Formosa Verruculosae 3 W. Szechuan, Hupeh Manipuranae 9 Assam, Burma, Yunnan, Manipur, Kwangsi, Formosa Triacanthophorae 7 W. Szechuan, W. Hupeh, Burma, Yunnan Sanguineae 5 W. Yunnan, W. and S. E. Szechuan Subleves 3 Assam, W. Yunnan, Manipur, Kweichou Acuminatae 13 S. E. Tibet, Yunnan, S. W. and S. E. Szechuan, Hupeh, Kweichou Barandanae 4 Philippine Island, Java, Sumatra, Formosa Euwallichimanae 11 Nepal, Bhutan, Yunnan, Hupeh Leves 8 Bhutan, Szechuan, Yunnan, Formosa Soulinae 9 S. E. Tibet, Yunnan, S. E. Szechuan, N. Hupeh, Shensi, Chekiang, Anhewei Prouinosae 3 Yunnan, Kweichou Asiaticae Asiaticae 10 Bengal, Assam, Bhutan, nepal, Kumaon, Garhwal, Jaunsar, Punjab-Himalaya, Kashmir, Hazara, Wazaristan, Afghanistan, Baluchistan, Central India Tinctoriae Potaninianae 3 Kansu, Shensi, N. W. Szechuan Eutincorinae 7 Ceylon, South India, Afghanistan, Nepal, Garhwal, Kumaon GRUPO SUB.GRUPO SECCION SUB.SECCION No. spp. BIOREGION Chitriae 12 East Africa, Punjab-Himalaya, Garhwal, Kumaon, Nepal, Sikkim, Bhutan, W. Yunnan Umbellatae 5 Punjab, Nepal, Sikkim, Bhutan Lindlexanae 5 Kashmir, Nepal, S. E. Tibet Angulosae Euangolosae 10 Kumaon, Nepal, Sikkim, Bhutan, Tibet, Burma Diaphanae 8 Kansu, Shensi, Honan, W. Szechuan, Sikkim, Formosa Dyctyophyllae 7 Yunnan, Szechuan Sibirieae 4 Siberia, Northern Mongolia, S. E. Tibet, North-east, and Central Bhutan Jaeschkeanae 13 Kashmir, Punjab, Kumaon, Nepal, Sikkim, Bhutan, S. E. Tibet Subangulosae 10 Afghanistan, Sinkiang, Kashmir, Punjab, Himalaya, Nepal, Sikkim, Bhutan, S. E. Tibet, W. Yunnan Angulosae Consimiles 4 Sikkim, Bhutan, Shensi, N. W. Szechuan Franchetianae Minutiflorae 2 S. E. Tibet, W. Yunnan, Szechuan Eufranchetianae 8 S. E. Tibet, W. Yunnan, Szechuan Yunnanenses 10 S. E. Tibet, W. Yunnan, Szechuan Sieboldiae 5 Japan, Quelpart Island, Mongolia, Shensi, Kansu Tschonoskyanae Tschonoskyanae 7 Japan, Kiangsi, W. Szechuan Canadenses Canadenses 2 USA: Virginia, Missouri, New Mexico, Colorado Sinenses Sinenses 5 Caucasus, Yunnan, Szechuan, Chihli Integerrrimae Integerrrimae 10 Kansu, Shensi, Yunnan, Mongolia, Persia, Kurdistan, Armenia, Sinkiang, Turkestan, Szechuan
37 GRUPO SUB.GRUPO SECCION SUB.SECCION No. spp. BIOREGION Dasystachyae Dasystachyae 9 Kashmir, Kumaon, Kansu, Shensi, Honan, Hupeh, Chekiang, Anhwei Vulgares Vulgares 15 North, Central, and South East Europe, Lazistan, Armenia, N. W. Persia, Kashmir, Garhwal, Punjab-Himalaya, Yunnan, W, Hupeh, Shansi, Mongolia, Manchuria, Amurland, Korea, Japan Brachyopodae Brachyopodae 10 Kansu, Shensi, Hupeh, Shansi Polyanthae Eupolyanthae 7 Kansu, Hupeh, W. Szechuan, S. E. Tibet, Yunnan Metapolyanthae 5 Szechuan, Yunnan Subpolyanthae 4 Hazara, Kashmir, Garhwal, Punjab, Nepal, Bhutan, Tehri. Jaunsar Pseudopolyanthae 7 Kansu, Yunnan, Burma, Kweichou, Szechuan, S. E. Tibet Sherrifianae Crateginae 11 Madeira, Spain, Morroco, Algeria, Sardinia, Corsica, Sciciliy, S. Italy, Caucasus, Turkey, Armenia, Syria Heteropodae 11 Crete, Cyprus, Greece, Turkestan, Sinkiang, Afghanistan, Baluchistan, Wazaristan, Kashmir, Punjab Sherrifianae Ulicinae 2 N. E. Kashmir, W. Tibet. Sinkiang Australes Euaustrales Actinacanthae Euactinacanthae 15 Chlie, Argentine Congestiflorae 6 Chile Mycrophyllae Mycrophyllae 2 Argentine, Falkland Island Corymbosae Corymbosae 4 Juan Fernández Islands, Chile Buxifoliae Eubuxifoliae 11 Argentine Empetrifoliae 2 Chile Montanae Montanae 9 Chlie, Argentine Ilicifoliae Darwinianae 4 Chlie, Argentine
38 GRUPO SUB.GRUPO SECCION SUB.SECCION No. spp. BIOREGION Euilicifoliae 7 Chlie, Argentine, Uruguay, Brazil Chilensis 5 Chile Trigonae Trigonae 2 Chlie, Argentine Laurinae Eulaurinae 7 N. Chlie, Uruguay, S. Brazil, S. Peru Flexuosae 14 Ecuador, Bolivia, Central Chlie, N. Argentine, Uruguay, S. Brazil Aequinoctiales Latifoliae Latifoliales 2 Peru, Costa Rica Virgatae Euvirgatae 7 Peru Rectinerviae 5 Ecuador, Bolivia, Peru Confertae Confertae 12 Bolivia Agapatenses Agapatenses 2 Bolivia, Peru Quindiuenses Quindiuenses 5 Ecuador, Bolivia, Colombia Goudotiae Goudotiae 7 Ecuador, Bolivia, Colombia, Venezuela Truxillenses Eutruxillenses 8 Nicaragua, Venezuela, Peru Pichinchenses 11 Colombia, Ecuador Keislerianae 6 Bolivia, Peru Paniculatae Paniculatae 22 Ecuador, Bolivia, Colombia, Peru Incertae Sedis Incertae Sedis 1 Euaustrales Incertae Sedis Incertae Sedis 2
39 Tabla 6. Resultados obtenidos en los análisis de máxima Parsimonia para el gen ITS. El análisis 1 corresponde, al análisis realizado con las especies de Ranzania y
Caullpophylum como grupos externos. El análisis 2 corresponde al análisis obtenido con las especies de Mahonia como grupo externo
Análisis 2 Análisis 1 624 No. posiciones incluidas en la matriz 762 577 545 No. de sitio invariables (92.46%) (71.52%) 47 68 No. sitios variables (7.54%) (8.92%) 20 149 No. sitios parsimoniosamente-informativos (3.2%) (19.55%) 20 No. taxa incluidos 30 3 No. de árboles (Fitch) 390 52 No. de pasos (Fitch) 272 0.9231 CI 0.926 0.9355 RI 0.928 Promedio no. de cambios por sitios 1.106 4 variables (no. pasos/sitio variables)
Tabla 5. Resultados obtenidos en los análisis de máxima Parsimonia para las regiones I y
II del gen plastidial rbcL.
rbcL I rbcL II 685 No. posiciones incluidas en la matriz 745 657 717 No. de sitio invariables
28 28 No. sitios variables
4 11 No. sitios parsimoniosamente-informativos
20 No. taxa incluidos 20 894 No. de árboles (Fitch) 9923 24 No. de pasos (Fitch) 34 0.84 CI 0.84 0.286 RI 0.286 Promedio no. de cambios por sitios
variables (no. pasos/sitio variables)
41 Tabla 3. Especies de los géneros Berberis, Mahonia, y Ranzania muestreadas, representativas de las principales regiones biogeográficas. La división entre Australes y
Septentrionales está basada en Ahrendt (1961).
ESPECIE VOUCHER LOCALIDAD
AUSTRALES Berberis cretata CG-064 Colombia Berberis goudotii FZ-013 Colombia Berberis rigidifolia FZ-001 Colombia Berberis buxifolia 1975-1158 Chile Berberis darwinii 1973-20675 Chile Berberis empetrifolia 1980-765 Chile Berberis linearifolia 1969-1769 Chile, Argentina Berberis valdiviana 1961-4704 Chile
SEPTENTRIONALES Berberis canadensis 1928-14401 USA Berberis dictophila 1955-1585 China Berberis julianae 1988-6059 China Berberis lycioides 00.69.18836 N. Himalaya Berberis parkeriane 1900-15503 Oeste de Pakistan Berberis vernae 1926-21204 China central Berberis vulgaris 1969-17465 Europa
GRUPO EXTERNO Mahonia aquifolium Bed.186.01 USA Mahonia lomarifolia 1993-1310 China Ranzania japonica Japon Tabla 4. Especies de Berberis, Caulophyllum y Mahonia, cuyas secuencias fueron obtenidas de GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov).
ESPECIE LOCALIDAD GEN ACCESION No. Berberis bidentata Sur de Sur América ITS AF403383 Berberis linearifolia Sur de Sur América ITS AF403382
Berberis cabrerae Sur de Sur América ITS AF403381
Berberis comberi Sur de Sur América ITS AF403380
Berberis grevilleana Sur de Sur América ITS AF403379
Berberis empetrifolia Sur de Sur América ITS AF403378
Berberis microphyla Sur de Sur América ITS AF403377
Berberis heterophila Sur de Sur América ITS AF403374
Berberis parodii Sur de Sur América ITS AF403372
Berberis ilicifolia Sur de Sur América ITS AF403371
Berberis serrato-dentata Sur de Sur América ITS AF403370
Caulophyllum robustrum Asia ITS L7756-L7757
Caulophyllum thalictroides Asia ITS L77158-L77159
Mahonia trifoliolata Norte América ITS
Ranzania japonica Asia rbcL
Figuras
Figura 1. Subdividición del Páramo en tres cinturones, denominados respectivamente subpáramo, páramo y superpáramo y sus respectivas zonas altas y bajas (van de Hammen y Cleef, 1986).
44 Septentrionales
Aequinoctiales
Australes Laurinae Euaustrales
Figura 2. Mapa de distribución del género Berberis a nivel mundial propuesto por
Arhendt (1961). Se distinguen los dos grupos geográficos Septentrionales y Australes
Figura 3. Distribución de las especies de Berberis en Sur América y Centro América.
Los números corresponden al número de especies por lugar geográfico ( Ahrendt, 1961;
Landrum, 1999; Camargo 1966-1991).
46 NA SA SA N A SA SA
ab
Figura 4. Diagrama de las dos hipótesis sobre el origen del género Berberis en
Suramerica. a) Hipótesis propuesta por Raven & Axelrod (1974); van der Hammen &
Cleef (1986). Predice un origen por Norte América. b) Hipótesis propuesta por Landrum
(1999). Predice un origen suroccidental. SA = Sur América; N = Norte América; A =
Asia.
47 B. grevilleana B. microphylla B. cabrerae B. heterophylla B. parodii B. buxifolia B. empetrifolia B. darwinii B. bidentata B. linearifolia B. comberi B. ilicifolia B. serrato dentata
B. rigidifolia
B. cretata B. goudotii B. dictiophylla
B. lycioides B. parkeriana
B. julianae
B. vernae B. canadensis B. vulgaris (E01.4) B. silva-taraucana
M. lomarifolia M. aquifolium M. trifoliolata Caulophylum thalictroides Caulophylum robustrum R. japonica
Figura 5. Arbol parsimonioso de 390 árboles igualmente parsimoniosos obtenidos en el análisis 1 de máxima Parsimonia para el gen ITS.
48 B. grevilleana B. microphylla B. cabrerae
84 B. heterophylla B. parodii B. buxifolia 51 B. empetrifolia
63 B. darwinii Euaustrales 88 B. bidentata B. linearifolia 58 Australes B. comberi 61 B. ilicifolia B. serrato dentata
62 B. rigidifolia 97 B. cretata Aequinoctiales B. goudotii 50 “Septentrionales” 67 B. lycioides B. parkeriana B. julianae Asia B. dictiophylla 59 B. vernae Asia, Europa 98 B. canadensis B. vulgaris 100 & N. América B. silva taraucana
63 M. lomarifolia M. aquifolium M. trifoliolata
100 Caulophylum thalictr Caulophylum robust R. japonica
Figura 6. Arbol consenso del análisis 1 de máxima Parsimonia. Las especies de los géneros Ranzania y Caulophyllum se utilizaron como grupo externo. Los valores de las
ramas corresponden al soporte bootstrap.
49 M. aquifolium
M. lomarifolia
B. silva taraucana
93 B. vernae Asia, Europa
B. canadensis+B. & N. América vulgaris 7
“Septentrionales” B. julianae 98 B. dictiophylla Asia B. lycioides 83 B. 69 parkeriana
B. cretata+B. rigidifolia 98 Aequinoctiales B. goudotii
B. linearifolia 85 84 B. darwinii+B. bidentata
B. comberi Australes 74 B. ilicifolia+B. serrato dentata Euaustrales
B. empetrifolia+B. microphylla
B. grevilleana
B. buxifolia+B.cabrerae+B. heterophylla+B. parodii
Figura 7. Arbol consenso obtenido del análisis 2 de máxima parsimonia para el gen ITS. Los valores encima de las ramas corresponden al soporte de bootstrap
50
Figura 8. Filograma obtenido para el análisis 3 de máxima Parsimonia. Cada línea representa un cambio nucleotídico. Los números en las ramas representan el número del carácter. El símbolo * muestra las homoplasias. M. aquifolium
M. lomarifolia
B. silva taraucana
97 B. vernae
B. canadensis
B. julianae 98 B. dictiophylla
B. lycioides 69
B. parkeriana 57
B. cretata 90
B. goudotii
B. linearifolia 84 78 B. darwinii
B. comberi
75 B. ilicifolia
B. grevilleana
B. buxifolia
Figura 9. Arbol de 1207.67864 pasos obtenido con el análisis de máxima verosimilituud.
Los valores corresponden al soporte bootstrap.