Relaciones filogenéticas de la subtribu Oncidiinae (Orchidaceae) inferidas a partir de caracteres estructurales y secuencias de ADN (ITS y matK): un enfoque combinado

Phylogenetic relationships of the subtribe Oncidiinae (Orchidaceae) inferred from structural and DNA sequences (matK, ITS): a combined approach

Estela Sandoval–Zapotitla¹*, Javier García–Cruz², Teresa Terrazas¹ y José Luis Villaseñor¹

¹ Instituto de Biología, Universidad Nacional Autónoma de México.Ciudad Universitaria, 04510 México, D.F. , México.

² Herbario Metropolitano, Departamento de Biología, División de Ciencias Biológicas y de la Salud, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa. Apartado postal 55–535, 09340 México, D.F., México.

*Correspondencia:
esz@ibiologia.unam.mx

Recibido: 18 noviembre 2008
Aceptado: 06 febrero 2010

Resumen

Para conocer el valor que los caracteres estructurales tienen para la reconstrucción filogenética de la subtribu Oncidiinae se realizó un análisis de parsimonia combinado con base en datos anatómico foliares, morfológicos y secuencias de ADN de las regiones matK e ITS. Se obtuvieron 2 árboles igualmente parsimoniosos que difieren entre sí sólo en la posición de 1 taxon. Oncidiinae se recobró como monofilética, caracterizada por la presencia de papilas adaxiales y abaxiales en la hoja. Siete sinapomorfías estructurales definen 5 clados con soporte alto, incluyendo: 1) clado Lockhartia, definido por una lámina foliar conduplicada; 2) clado Trichocentrum, definido por una hoja anfistomática y 2 o más estratos de haces vasculares; 3) clado compuesto por los géneros Fernandezia, Ornithocephalus y Telipogon, agrupados por la ausencia de estégmatos en haces vasculares y su crecimiento monopodial; 4) un gran clado compuesto por la mayoría de los clados derivados de Oncidiinae, definido por la presencia de 2 estratos en la hipodermis adaxial; 5) clado Tolumnia, definido por una hoja con lámina sólo conduplicada marginalmente. La mayoría de los clados adicionales están apoyados por combinaciones de caracteres estructurales; los clados Trichopilia y Miltonia, al igual que las ramas terminales de algunos de los clados con posición intermedia no están apoyados por caracteres estructurales. Los clados más derivados están apoyados por caracteres estructurales resueltos como reversiones.

Palabras clave: anatomía foliar, filogenia, hoja, morfología, Oncidiinae, Orchidaceae, matK, ITS.

Abstract

With the aim of exploring the significance of structural characters in phylogeny estimation of subtribe Oncidiinae, a combined parsimony analysis based on leaf foliar–anatomical, morphological and DNA sequence data of the matK and ITS regions was carried out. Two equally parsimonious trees were obtained which differ only in the position of 1 taxon. Oncidiinae was recovered as monophyletic and characterized by the presence of abaxial and adaxial leaf papillae. Seven structural synapomorphies define 5 clades with strong support, including: 1) the Lockhartia clade defined by a conduplicate leaf blade, 2) the Trichocentrum clade, defined by a blade anphistomatic and 2 or more strata of vascular bundles, 3) a clade composed of the genera Fernandezia, Ornithocephalus and Telipogon, grouped by the absence of stegmata in the vascular bundles and by their monopodic growth, 4) a large clade composed of most derived clades of Oncidiinae, defined by the presence of 2 strata on the adaxial hypodermis, 5) Tolumnia clade, defined by a marginally conduplicate leaf blade. Most of the additional clades are supported by structural character combinations; theMiltonia y Trichopilia clades, as well as the terminal branches of clades with intermediate position in the trees are not supported by structural characters. The most derived clades are supported only by structural characters resolved as reversals.

Key words: leaf anatomy, morphology, phylogeny, Oncidiinae, Orchidaceae, matK, ITS.

Introducción

La subtribu Oncidiinae (subfamilia Epidendroideae, tribu Maxillarieae), con aproximadamente 95 géneros y 1 700 especies (Williams et al., 2001a, 2001b), es uno de los grupos neotropicales más diversos y derivados evolutivamente en la familia Orchidaceae. Además está considerada como una de las subtribus más polimórficas en la familia (Dressler, 1993; Sosa et al., 2001; Williams et al., 2001a, 2001b; Chase et al., 2003), como lo sugieren su gran variación en cuanto a números cromosómicos, tamaño del genoma, morfologías floral y vegetativa, diferentes historias de vida, numerosos síndromes de polinización y la gran diversidad de nichos ecológicos en que habitan. Son plantas típicamente epífitas, aunque unas cuantas especies son terrestres o litófitas; se les encuentra desde el nivel del mar hasta los páramos de alta montaña; se distribuye desde Sinaloa y Tamaulipas en México hasta Misiones en Argentina, así como en el Caribe y el sur de Florida en los Estados Unidos de América (Chase y Palmer, 1988).

La taxonomía en Oncidiinae se ha basado tradicionalmente en caracteres florales, lo que ha generado sistemas de clasificación artificiales que revelan poco sobre sus relaciones filogenéticas (Chase, 1986a; Chase y Palmer, 1988, 1992). Los caracteres vegetativos y la distribución geográfica sólo en algunas ocasiones han sido considerados en el establecimiento de los límites y relaciones genéricas (Ayensu y Williams, 1972; Chase, 1986a; Rasmussen, 1987; Chase y Palmer, 1988, 1992, 1997; Chase y Pippen, 1988; Toscano de Brito, 1998).

Recientemente, varios trabajos han demostrado la utilidad que los caracteres moleculares tienen en la sistemática y en el establecimiento de las relaciones filogenéticas en Oncidiinae (Chase y Palmer, 1988, 1992; Williams et al., 1999, 2001a, 2001b; Sosa et al., 2001). Williams et al. (2001a, 2001b) realizaron análisis filogenéticos utilizando 3 marcadores moleculares (secuencias de ADN de la regiones ITS, matK y trnL–trnF), incluyendo 77 taxa que representan los principales grupos definidos para la subtribu Oncidiinae; sus resultados sugieren que la subtribu es monofilética y reconocen 9 clados principales. Dichos trabajos proporcionaron las bases para proponer algunos cambios en la clasificación de la subtribu y demostraron que las clasificaciones anteriormente propuestas para Oncidiinae eran artificiales. La clasificación propuesta por Williams et al. (2001a, 2001b) para Oncidiinae amplía sus límites, ahora incluyendo también las subtribus Ornithocephalinae, Pachyphyllinae y Telipogoninae sensu Dressler (1993).

El valor de los caracteres morfológicos para la reconstrucción de las relaciones filogenéticas y la clasificación en plantas ha sido enfatizado en diversos grupos vegetales (Freudenstein y Rasmussen, 1999; Thompson et al., 2001; Scotland et al., 2003; Wiens, 2004; Clement y Weiblen, 2009; Tate et al., 2009); dichos caracteres han sido utilizados en la clasificación o establecimiento de relaciones filogenéticas a diferentes niveles taxonómicos en algunos grupos de Orchidaceae y su importancia se ha demostrado en varios de ellos (Pridgeon, 1987; Stern et al., 1993; Toscano de Brito, 1998; Freudenstein y Rasmussen, 1999; van den Berg et al., 2000; Pridgeon et al., 2001; Stern y Judd, 2001, 2002; Cameron, 2005; García–Cruz y Sosa, 2005; Sosa, 2007; Figueroa et al., 2008; Cervantes, 2009). Particularmente en Oncidiinae, algunos trabajos describen aspectos anatómicos de algunos de sus grupos o de sus especies (Groom, 1893; Ayensu y Williams, 1972; Williams, 1974; Pridgeon et al., 1983; Chase, 1986b; Rojas–Leal, 1993; Sandoval–Zapotitla, 1993, 1999; Sandoval–Zapotitla y Terrazas, 2001). Sandoval–Zapotitla y Terrazas (2001) analizaron desde el punto de vista sistemático la anatomía foliar de 16 especies del clado Trichocentrum sensu Williams et al. (2001a). Dicho trabajo mostró que algunos caracteres anatómico foliares apoyan a grupos reconocidos en las hipótesis de relaciones filogenéticas propuestas a partir de datos moleculares por Sosa et al. (2001) y Williams et al. (2001a, 2001b). Debido a la dificultad de establecer una clasificación sistemática estable entre los géneros de Oncidiinae y con el propósito de evaluar la utilidad de las estructuras anatómicas como herramienta en la sistemática de Oncidiinae, Stern y Carlsward (2006) realizaron un análisis cladístico con 9 caracteres anatómico foliares y morfológicos para 40 géneros de esta subtribu y demostraron que, entre otros caracteres anatómicos, la presencia de hipodermis, la presencia de haces de fibras y la de estégmatos apoyan algunos grupos de Oncidiinae; e. g., el clado Cuitlauzina–Osmoglossum está soportado por la presencia de células endodérmicas con paredes engrosadas en forma de "U".

Particularmente en Orchidaceae se han realizado análisis cladísticos donde se combinan secuencias de ADN y caracteres morfológicos (Albert, 1994; Gravendeel y De Vogel, 2002; Koehler et al., 2002; Gravendeel et al., 2004; Sosa, 2007; Figueroa et al., 2008; Cervantes, 2009), los cuales demuestran claramente que la combinación de secuencias de ADN y morfología (en ocasiones con anatomía) no sólo incrementan la resolución de los cladogramas resultantes sino también el apoyo de los clados recuperados (Gravendeel y De Vogel, 2002; Gravendeel et al., 2004; Sosa, 2007; Cervantes, 2009). Incluso se ha demostrado que algunos caracteres estructurales son diagnósticos de los clados recuperados en los análisis cladísticos combinados (secuencias de ADN y morfología) en diferentes niveles taxonómicos: subfamilia (Albert, 1994; Freudenstein y Rasmussen, 1999), tribu y subtribu (Cameron, 2005; Figueroa et al., 2008; Cervantes, 2009), subtribu, género y especie (Sosa, 2007) e infragenérico (Gravendeel y De Vogel, 2002; Gravendeel et al., 2004). Nixon y Carpenter (1996) se refieren a este efecto como "emergencia de señal filogenética".

Se ha demostrado que los análisis combinados pueden recobrar árboles más parsimoniosos con mayor resolución y soporte interno más alto que cualquiera de los conjuntos de datos individuales (Gravendeel y De Vogel, 2002; Gravendeel et al., 2004). Además, la inclusión simultánea de toda la evidencia amplifica el poder explicativo de los datos (Nixon y Carpenter, 1996) e impone una prueba rigurosa de las hipótesis de homología primaria a través de la congruencia de caracteres (de Pinna, 1991). Por lo tanto, el presente estudio tiene como objetivo realizar un análisis cladístico combinado de la subtribu Oncidiinae utilizando caracteres estructurales (anatómicos/morfológicos) y moleculares (secuencias de ADN de las regiones ITS y matK) para evaluar la utilidad de los caracteres estructurales en la filogenia de la subtribu.

Materiales y métodos

Especies estudiadas. Un total de 57 especies (Apéndice 1), representantes de 37 géneros que pertenecen a las subtribus Cyrtopodiinae, Maxillariinae, Oncidiinae y Zygopetalinae (Chase y Palmer, 1992; Dressler, 1993; Whitten et al., 2000; Williams et al., 2001a; Chase et al., 2003) fueron incluidas y utilizadas como taxa terminales; dicha muestra incluye especies representativas de los 9 clados principales de la subtribu Oncidiinae del cladograma obtenido por Williams et al. (2001a). En lo posible se utilizaron las mismas especies incluidas en el referido trabajo. Los nombres de las especies siguen las propuestas nomenclaturales más recientes (Dressler y Williams, 2003; Williams et al., 2001a; Chase et al., 2008; Chase et al., 2009). Los ejemplares que respaldan las observaciones para cada especie se presentan en el Apéndice 1.

Se consideró oportuno incluir pocas especies de cada género para representar a los clados o subclados de la subtribu Oncidiinae, debido a que algunos géneros en el estudio de Williams et al. (2001a) se recuperaron como monofiléticos (Brassia, Erycina, Ionopsis, Lockhartia, Miltonia, Rodriguezia, Rynchostele, Tolumnia y Trichocentrum); además, a partir de estudios anatómicos previos en algunas especies de Oncidiinae se encontró que ciertos caracteres anatómico foliares, al igual que otros morfológicos, suelen ser homogéneos en el nivel de género (Rojas–Leal, 1993; Sandoval–Zapotitla, 1993, 1999; Sandoval–Zapotitla y Terrazas, 2001). Con el propósito de enraizar los cladogramas obtenidos y poner a prueba la monofilia de Oncidiinae, 4 géneros y 5 especies de las subtribus Cyrtopodiinae, Maxillariinae y Zygopetalinae se usaron como grupos externos, tomando como referencia estudios filogenéticos previos (Cameron et al., 1999; Whitten et al., 2000).

Estudios anatómicos. Se utilizaron hojas maduras de plantas vivas, recolectadas en el campo o de plantas mantenidas en cultivo bajo condiciones de invernadero. De cada hoja, 3 fracciones de la región media y 1 de la región basal estuvieron fijadas en Navashin (Sandoval–Zapotitla et al., 2005) al menos por 24 horas; posteriormente se almacenaron en etanol al 70% hasta su procesamiento; 2 fracciones de la región media se sumergieron en soluciones sucesivas de hidróxido de sodio e hipoclorito de sodio al 20%, durante 20 y 40 minutos respectivamente; una se utilizó para obtener la superficie de la hoja transparentada y la otra, para obtener las epidermis adaxial y abaxial separadas de la hoja. Se realizaron preparaciones temporales en gelatina glicerinada tanto de la hoja transparentada como de las epidermis adaxial y abaxial. La tercera fracción de hoja se deshidrató en soluciones graduales de alcohol–alcohol butílico terciario (ABT)–agua, desde 30% hasta alcohol absoluto, y finalmente en ABT absoluto. Se infiltraron e incluyeron en parafina histológica a temperaturas de 58° a 60° C. Con un micrótomo (American Optical 820) se cortaron secciones transversales de 15 a 25 μm, y se tiñieron con safranina verde rápido (Sandoval–Zapotitla et al., 2005). Se hicieron preparaciones permanentes montadas en entellán. Los caracteres anatómico foliares se observaron con un fotomicroscopio Axioskope (Carl Zeiss, Göttingen, Alemania), y con una cámara de video Exwave HAD (Sony) se tomaron fotomicrografías para analizar los caracteres estructurales.

Caracteres estructurales. Se analizaron y codificaron 37 caracteres, los cuales se listan en el Apéndice 2; de éstos 29 son anatómico foliares y 8 son atributos de la morfología vegetativa. Con el propósito de minimizar los estados de carácter inaplicables para los taxa que carecieron de estructuras particulares, su ausencia fue incluida como estado de un carácter multiestado (Maddison, 1993). La selección de los caracteres anatómicos se realizó tomando en cuenta trabajos anatómicos previos realizados para algunas especies de la subtribu Oncidiinae (Ayensu y Williams, 1972; Williams, 1974; Rojas–Leal, 1993; Sandoval–Zapotitla, 1993, 1999; Sandoval–Zapotitla y Terrazas, 2001; Stern y Carlsward, 2006). A partir de la vista superficial se analizaron 6 caracteres de la epidermis (1 – 6; números de acuerdo con el Apéndice 2:) y 2 de las secciones transversales de la hoja (7, 8). Se distinguieron 20 caracteres más de secciones transversales de la región media (9 – 28) y 1 carácter (29) de la región basal de la hoja. La selección de los 8 caracteres morfológico–vegetativos (30–37) se basó en la observación de plantas vivas de los invernaderos del Jardín Botánico Francisco Javier Clavijero en Xalapa, Veracruz; del Herbario AMO en la ciudad de México; del Jardín Botánico Lankester de la Universidad de Costa Rica, así como de colecciones particulares, y se complementaron con información obtenida de la literatura. Únicamente fueron incluidos aquellos caracteres que mostraron variación entre los taxa y aprobaron los criterios de similitud y no conjunción (de Pinna, 1991).

Caracteres moleculares. Se utilizaron secuencias de ADN de la región de plastidios matK con 1397 caracteres y de la región nuclear ITS con 831 caracteres. Todas las secuencias se obtuvieron de la base de datos pública GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/), excepto para Oncidium alexandrae (Bateman) M.W.Chase et N.H.Williams y O. epidendroides (Kunth) Beer (matK), Tolumnia pulchella (Hook.) Raf. y T. triquetra (Sw.) Nir (matK, ITS), las cuales fueron proporcionadas por N. H. Williams. Los números de acceso se presentan en el Apéndice 1. Análisis cladístico. Las secuencias de ADN se ensamblaron y editaron con el programa BioEdit ver. 7.0.5.3 y se alinearon visualmente. Los juegos de datos se combinaron y analizaron simultáneamente. El análisis de parsimonia se realizó con el programa Nona (Goloboff, 1999) implementado en WinClada ver. 1.00.08 (Nixon, 2002). Todos los cambios de los caracteres fueron tratados como no ordenados y con el mismo peso (Fitch, 1971). Se realizó una búsqueda heurística conservando únicamente los árboles más parsimoniosos. El árbol inicial fue generado por "stepwise addition" con 10 000 réplicas aleatorias, conservando un árbol por réplica. Posteriormente se realizó el intercambio de ramas con la opción TBR+TBR en efecto, salvando no más de 10 000 árboles por réplica. Los árboles más parsimoniosos (APs) obtenidos se guardaron y se procedió a obtener el árbol de consenso estricto. El apoyo de los clados se evaluó con la técnica de remuestreo de jackknife (Farris et al., 1996), como está implementado en Nona. Los valores de jackknife fueron evaluados mediante el análisis de 1 000 réplicas de jackknife, removiendo el 30% de caracteres, 10 adiciones de taxa al azar e intercambio de ramas TBR+TBR, y se guardaron los 10 árboles más parsimoniosos por réplica (Maddison, 1991). Todos los caracteres se optimizaron con la opción "transformación acelerada" (ACCTRAN) que favorece las hipótesis de homología primaria como verdaderas en ausencia de evidencia que las contradiga (de Pinna, 1991), usando el mismo programa.

Resultados

De los 2 265 caracteres, únicamente 611 fueron parsimoniosamente informativos. El análisis cladístico recuperó 2 árboles más parsimoniosos (AP), con longitud de 3 016 pasos, índice de consistencia de 0.47 e índice de retención de 0.58; con respecto a los caracteres estructurales, de los 37 incluidos en el análisis, 35 fueron parsimoniosamente informativos; de ésos, 29 tienen un índice de retención mayor o igual a 0.60. Los AP difieren en la posición de Oncidium pictoides M.W.Chase et N.H.Williams; en el primer AP, O. pictoides es el taxon hermano del linaje formado por O. leucochilum Bateman ex Lindl., O. sphacelatum Lindl., O. ghiesbreghtianum A.Rich. et Galeotti y O. reichenheimii (Linden et Rchb.f.) Garay et Stacy (Fig. 1). En el segundo AP, O. pictoides es el taxon hermano del clado formado por O. leucochilum y O. sphacelatum.

Los resultados indican que la subtribu Oncidiinae es un grupo monofilético, apoyado por 2 caracteres estructurales homoplásicos: presencia de papilas adaxiales y abaxiales (caracteres 1 y 2 respectivamente). Este grupo natural está bien apoyado por un valor de jackknife de 93% (Fig. 1). Fueron identificados 9 clados principales en Oncidiinae.

El clado A contiene todas las especies de Trichocentrum incluidas en este estudio (Fig. 1); este género se resuelve como monofilético y está apoyado por 5 caracteres estructurales, de los cuales las hojas anfistomáticas y 2 o más estratos de haces vasculares que presenta (caracteres 5 y 19 respectivamente; Fig. 2A) son sinapomórficos, y los otros 3 caracteres (16, 20 y 36) son homoplásicos; tiene un apoyo de jackknife del 100%.

El clado B incluye los géneros Psychopsis y Trichopilia (Fig. 1); aunque no está apoyado por ningún carácter estructural, presenta un valor alto de jackknife (97%).

El clado C contiene las 2 especies de Lockhartia incluidas en este estudio (Fig. 1); este género se resuelve como monofilético y está apoyado por la presencia de una hoja con lámina conduplicada (carácter 37; Fig. 2 B), que es una sinapomorfia, y un estrato de haces de fibras abaxiales (carácter 23), que es homoplásico; presenta un apoyo de jackknife del 100%.

El clado D incluye los géneros Fernandezia, Ornithocephalus y Telipogon (Fig. 1) y está apoyado por la ausencia de estégmatos en los haces vasculares (Fig. 2 C) y por presentar un crecimiento monopodial (caracteres 24 y 30 respectivamente), ambos sinapomórficos, y por 5 caracteres estructurales (3, 22–23, 25 y 36), que son homoplásicos; tiene un valor de jackknife del 100%.

El clado F incluye los géneros Otoglossum, Cyrtochilum, Cyrtochiloides y Miltoniopsis (Fig. 1) y está apoyado por la ausencia de estégmatos en los haces de fibras abaxiales y por la presencia de cristales prismáticos (caracteres 25 y 26 respectivamente; Fig. 2 E); tiene un valor de jackknife del 97%.

El clado G incluye los géneros Miltonia, Cischweinfia, Systeloglossum, Aspasia, Ada, Mesospinidium y Brassia (Fig. 1); no está apoyado por ningún carácter estructural, pero presenta un valor alto de jackknife (95%); en este clado, el género Brassia se recupera como monofilético y aunque no está apoyado por ningún carácter estructural, presenta un valor alto de jackknife del 99%.

El clado H incluye los géneros Capanemia, Oncidium, Zelenkoa, Rodriguezia, Macroclinium, Notylia, Comparettia e Ionopsis (Fig. 1) y está apoyado por la presencia de un estrato celular de la hipodermis adaxial (carácter 12; Fig. 3 A); presenta un valor de jackknife del 98%. Además, las 2 especies del género Ionopsis forman un grupo natural apoyado por un valor alto de jackknife (96%).

El clado I está formado por los géneros Tolumnia, Rhynchostele y Erycina (Fig. 1) y está apoyado por 7 caracteres estructurales (9–12, 15, 23 y 28; Fig. 3 B), que en nivel general son homoplásicos pero en uno menos inclusivo son sinapomórficos, y por un valor de jackknife del 94%. Cada uno de los 3 géneros que forman este clado se recuperan como grupos monofiléticos, con un valor de jackknife del 100%, 99% y 100%, respectivamente, y están apoyados por caracteres estructurales. Tolumnia está apoyado por 6 caracteres estructurales (12, 14, 16, 32, 35 y 37; Fig. 3 C), de los cuales el carácter lámina conduplicada (37; Fig. 3 D) sólo marginalmente es una sinapormofia; Rhynchostele está apoyado por 5 caracteres estructurales (9–12 y 15), que en un nivel menos inclusivo de la filogenia podrían ser sinapomorfias, y Erycina está apoyado por 3 caracteres estructurales (6, 7 y 9; Fig. 3 E) que, como en el caso de Rhynchostele, podrían ser considerados sinapomorfias. Desde el punto de vista de los caracteres estructurales, los clados H e I presentan el mayor número de cambios de estos caracteres (Fig. 1), por lo que podrían considerarse como los clados más derivados dentro de la subtribu Oncidiinae.

Discusión

Integración de los caracteres moleculares y estructurales. La delimitación genérica en Oncidiinae no ha sido clara a lo largo de su historia, debido a que se han reconocido géneros polifiléticos (Chase, 1986a; Chase y Palmer, 1988, 1989, 1992) y han sido varios los esfuerzos por delimitar tanto los géneros como sus relaciones entre ellos dentro de la subtribu (Chase y Palmer, 1988, 1989, 1997; Williams et al., 2001a, 2001b). Sin embargo, todos estos estudios han incluido datos de secuencias de ADN y dejado a un lado otras series de datos como los estructurales, debido a la suposición general de que los datos morfológicos presentan altos niveles de homoplasia y bajos niveles de resolución y soporte (Scotland et al., 2003). En un análisis cladístico, el incremento en el número de caracteres generalmente incrementa su resolución (Furtado de Sousa et al., 2007).

Caracteres estructurales. El análisis aquí presentado dio como resultado una completa resolución entre las especies de Oncidiinae, con sus miembros agrupados en 9 clados bien sustentados (Fig. 1), la mayoría por caracteres estructurales. Muchos de estos caracteres son homoplásicos dentro de la subtribu como un todo, pero algunos de ellos son sinapomorfias (caracteres no conflictivos) dentro de los clados recuperados. Los caracteres estructurales incluidos en este estudio muestran una gran diversificación a lo largo de la evolución de la subtribu, incluso existen varias especializaciones estructurales que caracterizan o diagnostican algunos clados.

En varios estudios se ha mencionado que la presencia de más de 2 estratos de haces vasculares, de hojas anfistomáticas y de células con engrosamientos secundarios en el mesofilo son caracteres distintivos para el género Trichocentrum (Williams, 1974; Sandoval–Zapotitla, 1999; Sandoval–Zapotitla y Terrazas, 2001; Stern y Carlsward, 2006); sin embargo, ninguno de estos trabajos postuló una hipótesis filogenética explícita.

El presente estudio corrobora lo anterior mediante un análisis cladístico, mostrando que esos caracteres son sinapomorfias para el género en un nivel menos inclusivo. De igual manera, las células con engrosamientos secundarios también son un carácter diagnóstico para las subtribus Cryptarrheninae y Zygopetalinae (sensu Dressler, 1993).

El perfil de la hoja ha sido un carácter importante en la delimitación de grupos dentro de las Orchidaceae; Chase (1986a) lo propuso como un carácter diagnóstico para distinguir grupos dentro de Oncidiinae. Cameron (2005) encontró que las especies epífitas que forman el clado Oberonia dentro de la tribu Malaxideae presenta hojas unifaciales, mientras que las especies terrestres que forman otro grupo monofilético tienen hojas plegadas. Stern et al. (2004) mencionan que el perfil de la hoja, junto con otros caracteres anatómicos, permite distinguir 3 grandes grupos dentro de la subtribu Ornithocephalinae (sensu Dressler, 1993). Carlsward et al. (1997) demostraron que la relación de grupo hermano entre las secciones Aporum y Rhizobium de Dendrobium (Dendrobiinae) está apoyada por la presencia de hojas unifaciales. En este estudio el género Lockhartia (clado C) se caracteriza por presentar una hoja madura con lámina conduplicada, entre otros caracteres.

La presencia/ausencia de haces de fibras adaxiales es otro carácter que ha mostrado utilidad taxonómica dentro de la familia para la caracterización de grupos; por ejemplo, en la subtribu Oncidiinae es un carácter común (Solereder y Meyer, 1930; Ayensu y Williams, 1972; Williams, 1974; Rojas–Leal, 1993; Sandoval–Zapotitla, 1993; Toscano de Brito, 1998; Sandoval–Zapotitla, 1999; Sandoval–Zapotitla y Terrazas, 2001; Stern y Carlsward, 2006); dentro de las Dendrobiinae, su presencia es un carácter que apoya la monofilia de la sección Aporum y dentro de Oncidiinae, la del clado I (Tolumnia, Rhynchostele y Erycina), mientras que su ausencia caracteriza la sección Rhizobium (Carlsward et al., 1997) y a las subtribus Cryptarrheninae (Stern et al., 2004), Ornithocephalinae y Telipogoninae (sensu Dressler, 1993; Toscano de Brito, 1998; Stern et al., 2004). El número de estratos de haces de fibras es otro carácter taxonómico útil para distinguir grupos de especies (Williams, 1974; Toscano de Brito, 1998; Sandoval–Zapotitla, 1999; Sandoval–Zapotitla y Terrazas, 2001; Stern y Carlsward, 2006); tal es el caso del género Lockhartia (clado C) que se caracteriza por un estrato de haces de fibras abaxiales.

Otro carácter estructural importante en la delimitación de grupos, no sólo dentro de la familia Orchidaceae, es la presencia de tricomas en la epidermis. La ausencia de tricomas es característico de las subtribus Ornithocephalinae y Telipogoninae (sensu Dressler, 1993; Toscano de Brito, 1998; Stern et al., 2004) y de Oncidiinae (Williams, 1974; Toscano de Brito, 1998; Stern y Carlsward, 2006); sin embargo, nuestros resultados muestran que a excepción del clado D, su presencia es un carácter plesiomórfico y común en las Oncidiinae. Los tricomas similares a los observados en Oncidiinae parecen ser un carácter distintivo para Dreslerella (Pleurothallidinae; Pridgeon y Williams, 1979) y son característicos de la subtribu Bletiinae (Khasim y Mohana Rao, 1990) y de algunas secciones de Dendrobium (Dendrobiinae; Yukawa et al., 1990); en las Cypripedioideae apoyan el clado que presenta hojas conduplicadas (Albert, 1994). En otras familias apoya la relación de grupo hermano entre Sloetia y Bleekrodea (Moraceae) (Clement y Weiblen, 2009).

La literatura indica que la presencia de estégmatos en los haces vasculares es frecuente en la familia Orchidaceae; sin embargo, su ausencia es característica de algunos grupos, pues se ha registrado que apoya la monofilia de Cranichideae (Stern et al., 1993) y de Vanilleae (Freudenstein y Rasmussen, 1999), además de que es propia de la subtribu Ornithocephalinae (sensu Dressler, 1993; excepto Phymatidium tillandsoides Barb. Rodr. [Stern et al., 2004], de Pachyphyllum [Stern y Carlsward, 2006]) y del clado D recuperado en este trabajo.

El número de estratos celulares, su continuidad y la condición de la pared de las células de la hipodermis adaxial se mencionaron como caracteres con utilidad taxonómica para el reconocimiento de ciertos grupos de especies en Oncidiinae (Williams, 1974), como es el caso de los miembros del clado Cuitlauzina, que presentan dichos caracteres (Ayensu y Williams, 1972; Sandoval–Zapotitla, 1993). La presencia de una hipodermis adaxial con 1 estrato es característica en Rhynchostele, en el clado E (Oncidium), en el clado H (Capanemia, Cyrtochilum, Zelenkoa, Rodiguezia, Macroclinium, Notylia, Comparettia e Ionopsis) y en algunas especies de Dresslerella (Pleurothallidinae; Pridgeon y Williams, 1979); además, en Rhynchostele el grosor de la pared celular permite reconocer algunas de sus especies (Rojas–Leal, 1993). La presencia de una hipodermis adaxial con células de paredes delgadas ubicadas en 1 a 2 estratos y sin células con engrosamientos secundarios es característica de los miembros de la subtribu Bletiinae (Khasim y Mohana Rao, 1990) y permite reconocer las especies de Dresslerella (Pleurothallidinae; Pridgeon y Williams, 1979). La presencia de hipodermis adaxial también se ha registrado en miembros de las subtribus Zygopetalinae, Maxillariinae y Oncidiinae (Maxillarieae; Solereder y Meyer, 1930; Williams, 1974; Rojas–Leal, 1993; Sandoval–Zapotitla, 1993, 1999; Sandoval–Zapotitla y Terrazas, 2001; Stern y Carlsward, 2006).

La ausencia de hipodermis también define algunos grupos, como es el caso de Tolumnia y Erycina, el clado A (Trichocentrum) como ya lo habían registrado Stern y Carlsward (2006) y en algunos miembros de la subtribu Ornithocephalinae y Telipogoninae por Toscano de Brito (1998) y Stern et al. (2004).

El presente análisis permitió destacar el valor taxonómico que algunos caracteres estructurales podrían tener en la taxonomía de las Oncidiinae, unos en el nivel de género y otros en el de clados más incluyentes. Excepto por las glándulas epidérmicas y los haces de fibras adaxiales, el resto de los caracteres estructurales apoyan la formación de grupos naturales a un nivel en particular. Los caracteres estructurales tienen un efecto importante en el soporte de los clados de Oncidiinae, a pesar de que se ha planteado que los caracteres morfológicos (incluyendo a los anatómicos) presentan altos niveles de homoplasia, bajos niveles de resolución y bajos niveles de soporte (Scotland et al., 2003); en este estudio, cerca del 90% de los caracteres anatómico foliares y 38% de los caracteres morfológicos tienen un índice de retención mayor a 0.6, lo que indica que hay un elevado nivel de homología (sinapomorfías) en estos caracteres.

Para una familia tan grande como Orchidaceae, a la fecha aún son pocos los análisis cladísticos utilizando únicamente caracteres morfológicos o anatómicos (Stern et al., 1993; Freudenstein y Rasmussen, 1999; Stern y Judd, 2001, 2002; Stern et al., 2004; García–Cruz y Sosa, 2005; Stern y Carlsward, 2006) o en combinación con caracteres moleculares como secuencias de ADN (Albert, 1994; Chase y Palmer, 1992; Gravendeel y de Vogel, 2002; Koehler et al., 2002; Gravendeel et al., 2004; Sosa, 2007; Figueroa et al., 2008; Cervantes, 2009).

Este trabajo incluye un análisis combinado, incorporando la mayoría de los caracteres anatómicos que ya habían sido reconocidos como importantes para distinguir grupos de especies en Oncidiinae (Ayensu y Williams, 1972; Williams, 1974, Rojas–Leal, 1993; Sandoval–Zapotitla, 1993, 1999; Sandoval–Zapotitla y Terrazas, 2001; Stern y Carlsward, 2006) sin un enfoque filogenético explícito. El presente trabajo es el primero que de manera explícita pone a prueba y demuestra la importancia que los caracteres anatómicos tienen en la filogenia de Oncidiinae.

Generalmente, los caracteres vegetativos se consideran más conservadores que los florales (Williams, 1974). No obstante, los resultados sugieren que ésa no es la generalidad dentro de Oncidiinae; mientras que los clados B, C, F y G presentan pocos o ningún cambio en los caracteres estructurales, los clados A, D, E, H e I han acumulado una gran cantidad de cambios a lo largo de su historia evolutiva. La poca divergencia evolutiva en los primeros indica una posición menos derivada; por el contrario, la gran divergencia evolutiva en los segundos sugiere lo contrario. Estas diferencias quizá se deban a que las presiones de selección actúan a diferente nivel e intensidad en cada uno de los grupos, dando como resultado diferentes respuestas. Algunos autores plantean que la radiación de Oncidiinae en una primera etapa, estuvo basada en especializaciones en el hábitat y su historia de vida (Chase, 1986a; Chase y Palmer, 1997). Los resultados permiten postular que seguramente esta radiación también se vio reflejada en numerosos cambios en sus caracteres estructurales que indudablemente tienen valor adaptativo (Chase y Palmer, 1992, 1997).

Con la combinación de los datos estructurales y moleculares, se pone en evidencia que los caracteres estructurales son informativos en la filogenia de Oncidiinae e importantes en la diversificación de algunos de sus grupos. Varios de los clados en Oncidiinae pudieron haber desarrollado importantes especializaciones estructurales, como la presencia de hipodermis adaxial en un estrato discontinuo y de paredes engrosadas, que posiblemente le confieren soporte interno y resistencia mecánica a las hojas expuestas a la incidencia de fuertes vientos (clado E); la presencia de células buliformes para el despliegue de las hojas durante las primeras etapas de su desarrollo (clados F y G), y un mesofilo diferenciado en parénquima en empalizada y esponjoso, para hacer más eficiente la captación de luz (Tolumnia), entre otros.

Los resultados de este trabajo apoyan la propuesta de reunir el mayor número posible de fuentes de evidencia y realizar análisis combinados para que el poder explicativo de los datos utilizados llegue a su máximo (Nixon y Carpenter, 1996). Los resultados del presente estudio destacan la importancia que tiene la inclusión de caracteres estructurales en un análisis combinado de secuencias de ADN ya que además de recuperar relaciones en el nivel de los clados principales, permite incrementar la resolución de las relaciones entre sus miembros, evaluar el valor de los caracteres estructurales para diagnosticar clados y analizar la evolución de la morfología en un contexto filogenético explícito.

Agradecimientos

La presente investigación es parte de los estudios de posgrado del primer autor, quien agradece al Posgrado en Ciencias Biológicas, UNAM, por su aceptación y apoyo, y al CONACYT por la beca otorgada (Núm.199595). Los autores agradecen a Eduardo Pérez, Gerardo A. Salazar, Ignacio Aguirre, Miguel A. Soto Arenas, Oscar Francke, Sandro Cusi y Teodoro Platas, por proporcionar muestras de hojas de sus colecciones particulares. A Philip J. Brewster y Martín Mata, del Jardín Botánico Francisco Javier Clavijero de Xalapa, Veracruz, México; a Eric Hágsater, Luis Sánchez y Rolando Jiménez, del Herbario AMO, México, y a Jorge Warner, Robert L. Dressler, Franco Pupulin, Diego Bogarín y Alejandro Rojas, del Jardín Botánico Lankester, Costa Rica, por aportar material biológico y respaldo en la determinación de los taxa utilizados para la presente investigación. A Laura Márquez del Laboratorio de Biología Molecular del Instituto de Biología, UNAM, quien apoyó en el manejo de las secuencias nucleares, e igualmente a Alejandro Vallejo y Julio Cesar Montero, del Instituto de Biología, UNAM, por su apoyo en la edición de las imágenes, y a Concepción Guzmán y Patricia Zendejas del Jardín Botánico del Instituto de Biología, UNAM, quienes brindaron apoyo técnico para el procesamiento histológico de las muestras.

Apéndice 3

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