Phylogenomics of the carrot genus (Daucus, Apiaceae)

Abstract

Premise of the study: We explored the utility of multiple nuclear orthologs for the taxonomic resolution of wild and cultivated carrot, Daucus species. Methods: We studied the phylogeny of 92 accessions of 13 species and two subspecies of Daucus and 15 accessions of related genera (107 accessions total) with DNA sequences of 94 nuclear orthologs. Reiterative analyses examined data of both alleles using ambiguity codes or a single allele with the highest coverage, trimmed vs. untrimmed homopolymers; pure exonic vs. pure intronic data; the use of all 94 markers vs. a reduced subset of markers; and analysis of a concatenated data set vs. a coalescent (species tree) approach. Key results: Our maximum parsimony and maximum likelihood trees were highly resolved, with 100% bootstrap support for most of the external and many of the internal clades. They resolved multiple accessions of many different species as monophyletic with strong support, but failed to support other species. The single allele analysis gave slightly better topological resolution; trimming homopolymers failed to increase taxonomic resolution; the exonic data had a smaller proportion of parsimony-informative characters. Similar results demonstrating the same dominant topology can be obtained with many fewer markers. A Bayesian concordance analysis provided an overall similar phylogeny, but the coalescent analysis provided drastic changes in topology to all the above. Conclusions: Our research highlights some diffi cult species groups in Daucus and misidentifi cations in germplasm collections. It highlights a useful subset of markers and approaches for future studies of dominant topologies in Daucus.

Premisa del estudio: Exploramos la utilidad de los ortólogos nucleares múltiples para la resolución taxonómica de las especies silvestres y cultivadas de zanahoria, Daucus. Métodos: Estudiamos la filogenia de 92 accesiones de 13 especies y dos subespecies de Daucus y 15 accesiones de géneros relacionados (107 accesiones en total) con secuencias de ADN de 94 ortólogos nucleares. Los análisis reiterativos examinaron datos de ambos alelos utilizando códigos de ambigüedad o un único alelo con la mayor cobertura, homopolímeros recortados frente a no recortados; datos exónicos puros frente a datos intrónicos puros; el uso de los 94 marcadores frente a un subconjunto reducido de marcadores; y el análisis de un conjunto de datos concatenados frente a un enfoque coalescente (árbol de especies). Principales resultados: Nuestros árboles de máxima parsimonia y máxima verosimilitud estaban muy bien resueltos, con un apoyo bootstrap del 100% para la mayoría de los clados externos y muchos de los internos. Resolvieron múltiples accesiones de muchas especies diferentes como monofiléticas con un fuerte apoyo, pero no lograron apoyar otras especies. El análisis de alelo único dio una resolución topológica ligeramente mejor; el recorte de homopolímeros no consiguió aumentar la resolución taxonómica; los datos exónicos tenían una proporción menor de caracteres informativos para la parsimonia. Pueden obtenerse resultados similares que demuestren la misma topología dominante con muchos menos marcadores. Un análisis bayesiano de concordancia proporcionó una filogenia globalmente similar, pero el análisis coalescente proporcionó cambios drásticos en la topología de todo lo anterior. Conclusiones: Nuestra investigación pone de relieve algunos grupos de especies difi cultas en Daucus y errores de identificación en las colecciones de germoplasma. Destaca un subconjunto útil de marcadores y enfoques para futuros estudios de topologías dominantes en Daucus.