Phylogenetic patterns and diversification in the caesalpinioid legumes

• Published in: Botany Vol. 86; no. 7; pp. 697 - 718
• Main Authors: Bruneau, A, Mercure, M, Lewis, G.P, Herendeen, P.S
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: NRC Research Press 01.07.2008
• Subjects: Bauhinia; Caesalpinia; Caesalpinioideae; calibration; Cassia; chloroplast DNA; Cladistic analysis; divergence time estimates; evolution; Fabaceae; fossils; genes; Genetic aspects; Identification and classification; introns; Methods; Mimosoideae; molecular sequence data; molecular systematics; Papilionoideae; Peltophorum; phylogeny; Plants, Fossil; validity; United States
• ISSN: 1916-2804; 1916-2790; 1916-2804
• DOI: 10.1139/B08-058

Subfamily Caesalpinioideae is a paraphyletic grade of 171 genera that comprises the first branches of the Leguminosae and from which are derived the monophyletic subfamilies Mimosoideae and Papilionoideae. We have sequenced the chloroplast matK gene, and the trnL and 3'-trnK introns for 153 genera of caesalpinioid legumes. Parsimony and Bayesian phylogenetic analyses of these data support the monophyly of several major groups within the caesalpinioid legumes: the Cercideae, Detarieae, Detarieae s. str., Prioria, Amherstieae, Dialiinae, Cassia, Caesalpinia, Peltophorum, and Tachigali clades. Relationships among the first branching lineages of the legumes are not well supported, with Cercideae, Detarieae, and the genus Duparquetia alternatively resolved as sister group to all of the legumes. The division of certain large genera (e.g., Caesalpinia s. l., Bauhinia s. l.) into segregate genera generally is supported by our molecular data. Using 18 well-documented fossils as calibration points, fixing the stem node of the legumes at 65 Ma, and using the Penalised Likelihood method, we estimate the crown node of the Leguminosae at 64 Ma and the crown age of each of the major caesalpinioid lineages varying from 34 to 56 Ma. Fossil cross-validation suggests that none of the 18 fossil calibrations is internally inconsistent. Analyses done without fossil calibrations yield much younger divergence times. The age estimates for the Detarieae clade are more sensitive to the presence of calibration points than other caesalpinioid clades, a situation which we attribute to the slow rate of chloroplast DNA evolution in this group.Original Abstract: la sous-famille des Caesalpinioideae est un groupe paraphyletique de 171 genres qui comprend les premieres lignees des Legumineuses, desquelles sont derivees les sous-familles monophyletiques des Mimosoideae et des Papilionoideae. Nous avons sequence les regions chloroplastiques du gene matK et des introns trnL et 3'-trnK pour 153 genres des Caesalpinioideae. Des analyses phylogenetiques de parcimonie et bayesiennes appuient le monophyletisme de plusieurs groupes, dont les tribus des Cercideae et des Detarieae, ainsi que les clades Detarieae s. str., Prioria, Amherstieae, Dialiinae, Cassia, Caesalpinia, Peltophorum et Tachigali. Les relations demeurent floues entre les premieres lignees des Legumineuses, notamment concernant la position des Cercideae, des Detarieae et du genre Duparquetia, alternativement resolus comme groupe frere de toute la famille. la segregation recente de certains grands genres (ex., Caesalpinia s. l., Bauhinia s. l.) en de plus petits genres monophyletiques est generalement supportee par les donnees moleculaires. Des analyses de datations effectuees par la methode de vraisemblance penalisee, en utilisant 18 fossiles bien documentes comme points de calibrations et en fixant le noeud basal des Legumineuses a65 Ma, nous permettent d'estimer un age de 64 Ma pour la famille et de 34 a56 Ma pour chacune des principales lignees des Caesalpinioideae. Une validation croisee des fossiles suggere qu'aucun des 18 fossiles n'est incoherent avec les autres. Des analyses effectuees sans ces 18 points de calibrations produisent des ages de divergence beaucoup plus jeunes. Les ages estimes dans le clade des Detarieae sont particulierement sensibles aKLKLKLpresence ou l'absence des points de calibration, une situation que nous attribuons au faible taux d'evolution du genome chloroplastique au sein de ce groupe. Mots-cles : Leguminosae, trnL, matK/trnK, analyses phylogenetiques, calibration par fossiles, temps de divergence.