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).
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
A
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.
Bibliografía
Belkin, J. N. 1962. The
Mosquitoes of South PaciÞc (Diptera: Culicidae). University of
California, Berkeley, CA
Besansky, N.J. Fahey,
G.T. 1997. Utility of the white gene in estimating phylogenetic
relationships among mosquitoes (Diptera: Aedini). Mol. Biol.
Evol. 14(4), 442-454.
Cook,S., Lien,N.G., McAlister,E. and Harbach,R.E. 2010. Bothaella manhi, a new species of tribe Aedini (Diptera: Aedini) from the Cuc Phuong National Park of Vietnam based on morphology and DNA sequence
Zootaxa 2661: 33-46.
Cook,S., Lien,N.G., McAlister,E. and Harbach,R.E. 2010. Bothaella manhi, a new species of tribe Aedini (Diptera: Aedini) from the Cuc Phuong National Park of Vietnam based on morphology and DNA sequence
Zootaxa 2661: 33-46.
Demari-Silva, B.,
Vesgueiro, F., Sallum, M.A., Marrelli, M. 2011. Taxonomic and
Phylogenetic Relationships between Species of the Genus Culex
(Diptera: Culicidae) from Brazil Inferred from the Cytochrome c
Oxidase I Mitochondrial Gene. J. Med. Entomol. 48(2): 272-279.
Edgar, R.C., 2004.
MUSCLE: a multiple sequence alignment method with reduced time and
space complexity. BMC Bioinformatics 5, 1–19.
Goloboff, P.A., Farris,
J.S., Nixon, K. 2003. Tree analysis using new technology Version 1.1.
Available from http://www.zmuc.dk/public/phylogeny/TNT.
Goloboff, P., Farris,
J., Nixon, K., 2008. TNT: a free program for phylogenetic analysis.
Cladistics 24, 774–786.
Goloboff, P.A.,
Catalano, S.A., Mirande, J.M., Szumik, C.A., Arias, J.S., Kallersjo,
M., Farris, J.S., 2009. Phylogenetic analysis of 73 060 taxa
corroborates major eukaryotic groups. Cladistics 25, 211–230.
Goloboff, P.A., Catalano,
S.A. 2012. GB-to-TNT: facilitating creation of matrices from GenBank
and diagnosis of results in
TNT. Cladistics. 1-12.
Harbach, R. E.. 2007. The
Culicidae (Diptera): a review of taxonomy, classification and
phylogeny. Zootaxa 1668: 591-638.
Harbach, R. E. 2011.
Review: Classification within the cosmopolitan genus Culex
(Diptera: Culicidae): The foundation for molecular systematics
and phylogenetic research. Acta Tropica
Mallampalli, V.L.,
1995. Phylogenetic relationships among taxa in the genus
Culex, and the phylogenetic relationships of vectors of
New World alphaviruses in the subgenus Melanoconion
(Diptera: Culicidae). PhD thesis, University of Maryland,
College Park.
Navarro, J.-C., and J.
Liria. 2000. Phylogenetic relationships between eighteen Neotropical
Culicini species. J. Am. Mosq. Control Assoc. 16: 75-85.
Reidenbach K.R., Cook S.,
Bertone, M.A, Harbach, R.E., Wiegmann R., Besansky N.J. 2009.
Phylogenetic analysis and temporal diversification of mosquitoes
(Diptera: Culicidae) based on nuclear genes and morphology. BMC
Evolutionary Biology.
Rossi, G.C., Harbach,
R.E., 2008. Phytotelmatomyia, a new Neotropical subgenus of
Culex (Diptera: Culicidae). Zootaxa 1879, 1–17.
Savage, H.M. 2005.
Classification of mosquitoes in tribe Aedini (Diptera: Culicidae):
paraphylophobia, and classification versus cladistic analysis. J.
Med. Entomol. 42(6): 923-927.
Staley,M., Dorman,K.S.,
Bartholomay, L.C., Fernandez-Salas,I., Farfan-Ale, J.A., Lorono-Pino,
M.A., Garcia-Rejon, J.E., Ibarra-Juarez, L. Blitvich, B.J. 2010.
Universal primers for the amplification and sequence analysis of
actin-1 from diverse mosquito species. J. Am. Mosq. Control Assoc. 26
(2), 214-218.
St John, O. (2007)
Phylogeny of the genus Culex (Diptera: Culicidae). MRes thesis,
Imperial College, London.
Tanaka,K. 2003. Studies
on the pupal mosquitoes of Japan genus Lutzia, with
establishment of two
