Filogenia molecular en Culicini a partir de tres marcadores moleculares

FILOGENIA MOLECULAR EN CULICINI (DIPTERA: CULICIDAE): UN ANÁLISIS UTILIZANDO GenBank-to-TNT Y PARSIMONIA CON TNT.

Introducción

Culicini contiene algunos de los vectores más importantes en cuanto a la transmisión de distintos patógenos, como: Encefalitis Equina Venezolana, Encefalitis Equina de Este, filarias, entre otros. Esta tribu incluye a 789 especies clasificadas en cuatro géneros: Culex (amplia distribución), Deinocerites (Neotropical) y Galindomyia (Neotropical)

Estudios previos han indicado que Deinocerites es un grupo incluido en el género Culex (Mallampalli 1995; Liria y Navarro 2000). En este sentido, Liria y Navarro (2000) propusieron la inclusión de este taxa como un subgénero: Culex (Deinocerites). Sin embargo esta propuesta no fue acogida entre los taxónomos de Culicidae, debido a las siguientes consideraciones:

“Navarro & Liria (2000) formally reduced genus Deinocerites to subgeneric status in genus Culex, but this action has not been widely accepted because this group of species is diagnosed by many unique (autapomorphic) features in the immature and adult stages. Autapomorphic features are normally excluded from phylogenetic studies because they are uninformative in the context of cladistic analyses. This does not mean, however, that autapomorphies should be disregarded as denotations of taxonomic rank, providing that doing so does not conflict with the principle of recognizing only monophyletic groups in classifications. Autapomorphies are a measure of (often rapid) divergence and adaptive radiation, which traditional taxonomists have intuitively taken into consideration when defining genera. In this case, an alternative action would be to retain genus Deinocerites and afford equivalent rank to the monophyletic subgenera of Culex. It should be borne in mind that the majority of taxa (14) currently regarded as subgenera of Culex were originally recognized as genera.” (Harbach 2007:622-623 )

Según la afirmación anterior: Un género, debe permanecer como tal, porque posee suficientes autapomorfias (=caracteres apomórficos no compartidos). No obstante en el alegato no se indican las numerosas sinapomorfías (=caracteres apomórficos compartidos) que se encuentran en el clado donde se incluye Deinocerites, así como la posición derivada de este. Algo similar a lo señalado por los seguidores de la Sistemática Evolutiva: “mientra es mayor el grado de diferencia, entonces la jerarquía debe aumentar”.

Simultáneamente se ha indicado que el trabajo de Navarro y Liria (2000) carece de soporte debido a que solo incluyeron caracteres de las piezas bucales (maxila y mandíbula) de las larvas. Este alegato puede rebatirse debido a: 1) Se obtiene una topología similar a la de Mallampalli (1995) quien utilizó caracteres de todas las fases de vida, y 2) los caracteres de las piezas bucales han sido empleados ampliamente en otros Culicidae (Sabethini y Anophelinae).

Tanaka (2003) eleva el subgénero Lutzia de Culex a una categoría genérica a partir de un estudio morfológico y sin emplear métodos explícitos:

“Tanaka et al, 1979, expressed their view that its morphological modifications were more distinct than in the other subgenera of Culex, and it was more reasonable to consider Lutzia as a genus. In this paper, following the suggestion of Tanaka et al, 1979, I treat Lutzia as an independent genus.” (Tanaka 2003: 159)

Recientemente, St John (2007: citado por Harbach 2007) realiza su Tesis de Maestría en filogenia de Culex.

“St John (2007) explored the generic and subgeneric relationships within Culicini using morphological characters of larvae, pupae and adults. Sixty-four characters were scored for 41 exemplar species representing 26 generic-level taxa of Culicini, and three outgroup species of genera Mansonia, Orthopodomyia and Maorigoeldia. Characters from Mallampalli (1995) and Harbach & Kitching (1998) were included along with several novel characters. Characters were chosen to contain maximum phylogenetic information about subgeneric relationships within Culex. Characters that were internally polymorphic for subgenera were discarded. Maximum parsimony analysis of the data set under equal weighting yielded eight most parsimonious trees (MPTs). The strict consensus of these MPTs (Fig. 23) indicates that genus Culex is not monophyletic because genus Deinocerites is embedded within the clade that includes all subgenera of Culex (clade A in Fig. 23). Deinocerites is placed as the sister group to subgenus Belkinomyia, and genus Lutzia is placed in an ancestral relationship to genus Culex, which is polyphyletic relative to genus Deinocerites.” (Harbach 2007: 621)

Rossi y Harbach (2008) en la descripción del subgénero Phytotelmatomyia de Culex, muestran un árbol reducido con la posición de este nuevo taxa respecto a otros Culicini; no obstante al realizar un acercamiento al árbol completo, se observa a De. cancer + De. mathesoni como grupo hermano de Cx. (Belkinomyia) eldriegi, tal como fue reportado en el estudio de St John (2007). Paralelamente, en la discusión filogenética sobre Phytotelmatomyia, se hace mención al trabajo de Navarro y Liria (2000):

“Navarro and Liria (2000) proposed subgeneric status for genus Deinocerites Theobald based on morphological features of larval mouthparts, but this action has not been accepted because it is not supported by the numerous unique characters that distinguish the adults, larvae, and pupae from Culex (Harbach, 2007).“ (Rossi y Harbach 2008: 12)

Finalmente, Harbach (2011) muestra la clasificación más reciente en Culex, resaltando los principales aspectos que deben cubrirse en los próximos estudios taxonómicos y filogenéticos:

“The current classification is based almost entirely on external adult characters, especially features of the male genitalia. Larval and pupal characters have been largely neglected, but are likely to be of value in arriving at a natural classification (Belkin, 1962). DNA sequence data are proving indispensable for resolving the phylogenetic relationships of numerous groups of organisms, but so far sequences are publicly available for only 75 named species representing 11 subgenera of Culex, including 39 from subgenus Culex and 16 from subgenus Melanoconion,..” (Harbach 2011: 6)

Por ello el presente estudio pretende utilizar la información disponible en GenBank con el fin obtener una hipótesis filogenética para Culicini, donde se discuta la posición de los géneros Deinocerites y Lutzia. Para ello se utilizarán los algoritmos que permiten compilar y alinear secuencias, así como los métodos de nuevas búsquedas de soluciones óptimas.

Materiales y métodos

A partir de GenBank se obtuvieron secuencias que incluyen especies de Culex, Deinocerites, Lutzia, y como grupos externos Aedes y Eretmapodides. Se utilizaron los siguientes marcadores moleculares:

White (Besansky y Fahey 1997; Reidenbach et al. 2009): Aedes (678 secuencias), Eretmapodites (1 secuencia), Culex (2 secuencias) y Deinocerites (1 secuencia).

COI (Cook et al. 2010; Demari-Silva et al. 2011) : Aedes (108 secuencias), Eretmapodites (3 secuencias), Culex (487 secuencias [y 37 secuencias para especies de Brasil]) y Lutzia (14 secuencias).

Actin (Staley et al. 2010): Culex (106 secuencias) y Deinocerites (1 secuencia).

A partir de estos datos, se utilizó el programa Gb-2-TnT (Goloboff y Catalano, 2012) para extraer aquellas secuencias únicas por especies, filtrando duplicados y conteniendo los genes y productos especificados.

Seguidamente se prepararon dos matrices con Gb-2-TnT:

(1) Bloque uno “White gene” (Con cuatro especies), Bloque dos “Citochrome Oxidase C Subunit I” (46 especies), y Bloque tres “Actin gene” (10 especies).

(2) Bloque uno “White gene” (Con cuatro especies), Bloque dos “Citochrome Oxidase C Subunit I” (59 especies [que incluyen a las especies de Brasil]), y Bloque tres “Actin gene” (10 especies).

Luego las secuencias se alinearon con el programa Muscle (Edgar 2004), obteniendo las siguientes matrices: 1) con 6202 caracteres y 45 taxa, y 2) 6141 caracteres y 56 taxa.

Tambien se incluyeron datos morfológicos (quetotaxia larval y piezas bucales) para algunas de las especies, a partir de los trabajos de Navarro y Liria (2000) y Foote (1954). Estos caracteres fueron incluidos a la matriz 2, para conformar un set de datos combinados:

(3) Bloque uno "Quetotaxia larval"  con 17 caracteres, Bloque dos "Piezas bucales" con  30 caracteres, Bloque tres "White gene” con 1215 caracteres, Bloque cuatro “Citochrome Oxidase C Subunit I” con 1542 caracteres, y Bloque  cinco “Actin gene” con 3384 caracteres.

Todas las matrices fueron analizadas con TNT (Goloboff et al., 2003; 2008), utilizando rondas de TreeFusing, Ratchet, Sectorial Search. TreeDrifting. Simultáneamente los datos fueron analizados mediante pesos implícitos con concavidad K=8.

Resultados

En líneas generales, los analisis realizados a las matrices moleculares (Figura 1, para la Matriz "1") y (Figura 2, Matriz "2"), como la combinacion de datos morfológicos (Figura 3, Matriz "3"), muestran la inclusión de  Lutzia y Deinocerites en el género Culex. Los resultados de la Matriz "2" muestran monofilia de algunos subgéneros de Culex: Lophoceraomyia, Culiciomyia, Phenacomyia, Carrollia, Neoculex, y Barraudius. Otros taxa se presentan como parafiléticos: Culex y Melanoconion.  

A

B 

Figura 1. A) Cladograma más parsimonioso obtenido luego de utilizar pesos implícitos (K=8) a la matriz  "1"  (6202 caracteres y 45 taxa) con base en tres marcadorexs moleculares (actin, white gene COI). Las flechas indican la posición de los géneros Deinocerites y Lutzia. B) Cladograma con ramas a color muestran la taxonomia de los taxa.


A

B

Figura 2. A) Cladograma de consenso estricto a partir de seis árboles más parsimoniosos obtenidos luego de utilizar pesos implicitos (K=8) a la matriz  "2" (6141 caracteres y 56 taxa) con base en tres marcadores moleculares (actin, white gene, COI). Las flechas indican la posición de los géneros Deinocerites y Lutzia. B) Cladograma con ramas a color muestran la taxonomia de los taxa.

 

Figura 3. Cladograma de consenso estricto a partir de cinco árboles más parsimoniosos obtenidos luego de utilizar pesos implicitos (K=8) a la matriz  "3" (6188 caracteres y 56 taxa) con base en tres marcadores moleculares (actin, white gene, COI) y dos morfológicos (quetotaxia larval y piezas bucales). Las flechas indican la posición de los géneros Deinocerites y Lutzia. 

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