Greatly reduced phylogenetic structure in the cultivated potato clade (Solanum section Petota pro parte)

Abstract

Premise of the study: The species boundaries of wild and cultivated potatoes are controversial, with most of the taxonomic problems in the cultivated potato clade. We here provide the first in-depth phylogenetic study of the cultivated potato clade to explore possible causes of these problems. METHODS: We examined 131 diploid accessions, using 12 nuclear orthologs, producing an aligned data set of 14,072 DNA characters, 2171 of which are parsimony-informative. We analyzed the data to produce phylogenies and perform concordance analysis and goodness-of-fit tests. KEY RESULTS: There is good phylogenetic structure in clades traditionally referred to as clade 1+2 (North and Central American diploid potatoes exclusive of Solanum verrucosum), clade 3, and a newly discovered basal clade, but drastically reduced phylogenetic structure in clade 4, the cultivated potato clade. The results highlight a clade of species in South America not shown before, ‘neocardenasii’, sister to clade 1+2, that possesses key morphological traits typical of diploids in Mexico and Central America. Goodness-of-fit tests suggest potential hybridization between some species of the cultivated potato clade. However, we do not have enough phylogenetic signal with the data at hand to explicitly estimate such hybridization events with species networks methods. CONCLUSIONS: We document the close relationships of many of the species in the cultivated potato clade, provide insight into the cause of their taxonomic problems, and support the recent reduction of species in this clade. The discovery of the neocardenasii clade forces a reevaluation of a hypothesis that section Petota originated in Mexico and Central America.

Premisa del estudio: Los límites de las especies de patatas silvestres y cultivadas son controvertidos, y la mayoría de los problemas taxonómicos se dan en el clado de la patata cultivada. Aquí presentamos el primer estudio filogenético en profundidad del clado de la patata cultivada para explorar las posibles causas de estos problemas. MÉTODOS: Examinamos 131 accesiones diploides, utilizando 12 ortólogos nucleares, produciendo un conjunto de datos alineados de 14.072 caracteres de ADN, 2171 de los cuales son parsimoniológicamente informativos. Se analizaron los datos para producir filogenias y realizar análisis de concordancia y pruebas de bondad de ajuste. RESULTADOS CLAVE: Existe una buena estructura filogenética en los clados tradicionalmente denominados clado 1+2 (patatas diploides de Norteamérica y Centroamérica, excepto Solanum verrucosum), clado 3 y un clado basal descubierto recientemente, pero una estructura filogenética drásticamente reducida en el clado 4, el clado de las patatas cultivadas. Los resultados ponen de relieve un clado de especies de Sudamérica no mostrado antes, 'neocardenasii', hermano del clado 1+2, que posee rasgos morfológicos clave típicos de los diploides de México y Centroamérica. Las pruebas de bondad de ajuste sugieren una hibridación potencial entre algunas especies del clado de la patata cultivada. Sin embargo, no tenemos suficiente señal filogenética con los datos disponibles para estimar explícitamente tales eventos de hibridación con métodos de redes de especies. CONCLUSIONES: Documentamos las estrechas relaciones de muchas de las especies del clado de la patata cultivada, proporcionamos información sobre la causa de sus problemas taxonómicos y apoyamos la reciente reducción de especies en este clado. El descubrimiento del clado neocardenasii obliga a reevaluar la hipótesis de que la sección Petota se originó en México y América Central.