Hướng tới một hệ thống phân loại phân tử của họ Apiaceae, phân nhóm Apioideae: Thông tin bổ sung từ chuỗi DNA ribosomal hạt nhân ITS

Springer Science and Business Media LLC - Tập 216 - Trang 167-195 - 1999
Deborah S. Katz-Downie1, Carmen M. Valiejo-Roman2, Elena I. Terentieva3, Aleksey V. Troitsky2, Michail G. Pimenov3, Byoungyoon Lee1, Stephen R. Downie1
1Department of Plant Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, USA
2Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Moscow State University, Moscow, Russia
3Botanical Garden of Moscow State University, Moscow, Russia

Tóm tắt

Mối quan hệ tiến hóa giữa 116 đại diện (80 chi) của họ Apiaceae (Umbelliferae), phân nhóm Apioideae đã được nghiên cứu thông qua việc so sánh chuỗi của hai vùng không mã hóa bên trong của DNA ribosomal hạt nhân 18S–26S. Các cây phát sinh loài được suy diễn bằng cách sử dụng phương pháp tối thiểu hóa biến dị và phương pháp liên kết hàng xóm đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa một số chi mà vị trí phát sinh loài của chúng trước đây vẫn còn gặp khó khăn. So sánh giữa các cây phát sinh loài được suy diễn và sự phân bố của một số chất hóa học thực vật (coumarins, flavonoids và phenylpropenes) và các đặc điểm hình thái (thể khí khuyết, phấn hoa và hình dạng lá mầm) cũng đã được thực hiện, cho thấy rằng nhiều đặc điểm này (như các đặc điểm hình thái và giải phẫu của quả) có tính homoplastic cao. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi các hệ thống phân loại của Apioideae dựa trên những đặc điểm này, đặc biệt là liên quan đến các chỉ định và mối quan hệ bộ lạc và tiểu bộ, là không thỏa đáng. Kết quả của các điều tra huyết thanh học gần đây của phân nhóm này hỗ trợ một số mối quan hệ được đề xuất trong nghiên cứu này bằng cách sử dụng dữ liệu phân tử.

Từ khóa

#Apiaceae #Apioideae #phân loại #phát sinh loài #DNA hạt nhân #hóa học thực vật

Tài liệu tham khảo

Bentham, G., 1867:Umbelliferae. — InBentham, G., Hooker, J. D., (Eds): Genera Plantarum,1, pp. 859–931. — London: Reeve. Berenbaum, M. R., 1978: Toxicity of a furanocoumarin to armyworms: a case of biosynthetic escape from insect herbivores. — Science201: 532–534. —,Feeny, P., 1981: Toxicity of angular furanocoumarins to swallowtail butterflies: escalation in a coevolutionary arms race? — Science212: 927–929. Bohlmann, F., 1971: Acetylenic compounds in theUmbelliferae. — InHeywood, V. H., (Ed.): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 279–291. — New York: Academic Press. Boissier, E., 1872:Umbelliferae. — In Flora Orientalis2, 819–1090. — Genève: Georg. Carbonnier, J., Fatianoff, O., Molho, D., 1982: Phytochimie comparée des taxons rattachés à la tribu desPeucedaneae (Umbelliferae-Apioideae). — InCauwet-Marc, A.-M., Carbonnier, J., (Eds): Les Ombellifères. Actes de 2ème Symp. Int. Ombellifères, pp. 387–513. — Monogr. Syst. Bot. Missouri Bot. Gard.6. — Ann Arbor: Braun-Brumfield. Catalán, M. P., Kellogg, E. A., Olmstead, R. G., 1997: Phylogeny ofPoaceae subfamilyPooideae based on chloroplastndhF gene sequences. — Molec. Phylogenet. Evol.8: 150–166. Cauwet-Marc, A.-M., Carbonnier, J., 1982: Les Ombellifères. Actes du 2ème Symp. Int. Ombellifères. — Monogr. Syst. Bot. Missouri Bot. Gard.,6. — Ann Arbor: Braun-Brumfield. Cerceau-Larrival, M.-T., 1962: Plantules et pollens d'Ombellifères. Leur intérêt systématique et phylogénique. — Mém. Mus. Natl. Hist. Nat., Ser. B (Bot.),14: 1–166. —, 1963: Le pollen d'Ombellifères Méditerranéennes II. —Tordylinae Drude. — Pollen & Spores5: 297–323. —, 1965: Le pollen d'Ombellifères Méditerranéennes III. —Scandicineae Drude. IV. —Dauceae Drude. — Pollen & Spores 7: 35–62. —, 1967: Corrélations de caractères chez les grains de pollen d'Ombellifères. — Rev. Palaeobot. Palynol.4: 311–324. —, 1971: Morphologie pollinique et corrélations phylogénétiques chez les Ombellifères. — InHeywood, V. H., (Ed): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 109–155. — New York: Academic Press. —, 1979: Intérêt de l'ontogénie pour la classification évolutive d'une famille: série foliaire des Ombellifères. — Bull. Bot. Soc. Fr.126, Actual. Bot.3: 39–53. Crawford, D. J., 1990: Plant molecular systematics. Macromolecular approaches. — New York: Wiley. Cronquist, A., 1982: Reduction ofPseudotaenidia toTaenidia (Apiaceae). — Brittonia34: 365–367. Crowden, R. K., Harborne, J. B., Heywood, V. H., 1969: Chemosystematics of theUmbelliferae — a general survey. — Phytochemistry8: 1963–1984. Davis, P. H., 1972:Umbelliferae. — In Flora of Turkey and the East Aegean Islands,4, pp. 256–281. — Edinburgh: University Press. De Candolle, A. P., 1830:Umbelliferae. — InDe Candolle, A. P., (Ed.): Prodromus systematis naturalis regni vegetabilis4: 55–250. Downie, S. R., Katz-Downie, D. S., 1996: A molecular phylogeny ofApiaceae subfamilyApioideae: evidence from nuclear ribosomal DNA internal transcribed spacer sequences. — Amer. J. Bot.83: 234–251. —, —,Cho, K.-J., 1996: Phylogenetic analysis ofApiaceae subfamilyApioideae using nucleotide sequences from the chloroplastrpoC1 intron. — Molec. Phylogenet. Evol.6: 1–18. —,Ramanath, S., Katz-Downie, D. S., Llanas, E., 1998: Molecular systematics ofApiaceae subfamilyApioideae: phylogenetic analyses of nuclear ribosomal DNA internal transcribed spacer and plastidrpoC1 intron sequences. — Amer. J. Bot.85: 563–591. Drude, O., 1897–1898:Umbelliferae. — InEngler, A., Prantl, K., (Eds): Die natürlichen Pflanzenfamilien,3, pp. 63–250. — Leipzig: Engelmann. Felsenstein, J., 1985: Confidence limits on phylogenies: an approach using the bootstrap. — Evolution39: 783–791. —, 1993: PHYLIP (Phylogeny Inference Package) version 3.5s. Distributed by the author. — Seattle: University of Washington. Gonzalez, A. G., Galindo, A., 1982: Lactonas sesquiterpenicas en Umbeliferas. — InCauwet-Marc, A.-M., Carbonnier, J., (Eds): Les Ombellifères. Actes du 2ème Symp. Int. Ombellifères, pp. 365–377. — Monogr. Syst. Bot. Missouri Bot. Gard.6. — Ann Arbor: Braun-Brumfield. Guyot, M., 1971: Phylogenetic and systematic value of stomata of theUmbelliferae. — InHeywood, V. H., (Ed.): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 199–214. — New York: Academic Press. —,Cerceau-Larrival, M.-T., Carbonnier-Jarreau, M.-C., Derouet, L., Relot, J., 1980: Corrélations entre types stomatiques et types polliniques dans la tribu des Caucalidées (Ombellifères). — Bull. Mus. Hist. Nat., Paris2(4): 341–385. Harborne, J. B., 1967: Comparative biochemistry of the flavonoids. — London: Academic Press. —, 1971: Flavonoid and phenylpropanoid patterns in theUmbelliferae. — InHeywood, V. H., (Ed.): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 292–314. — New York: Academic Press. —,Williams, C. A., 1972: Flavonoid patterns in the fruits of theUmbelliferae. — Phytochemistry11: 1741–1750. —,King, L., 1976: Flavonoid sulphates in theUmbelliferae. — Biochem. Syst. Ecol.4: 111–115. —,Heywood, V. H., Williams, C. A., 1969: Distribution of myristicin in seeds of theUmbelliferae. — Phytochemistry8: 1729–1732. Heath-Pagliuso, S., Matlin, S. A., Fang, N., Thompson, R. H., Rappaport, L., 1992: Stimulation of furanocoumarin accumulation in celery and celeriac tissues byFusarium oxysporum F. Sp. APII. — Phytochemistry31: 2683–2688. Hedge, I. C., Lamond, J. M., Rechinger, K. H., Alava, R., Chamberlain, D. F., Engstrand, L., Herrnstadt, I., Heyn, C. C., Leute, G. H., Mandenova, I., Peev, D., Pimenov, M. G., Snogerup, S., Tamamschian, S. G., 1987:Umbelliferae. — InRechinger, K. H., (Ed.): Flora Iranica,162, pp. 1–555. — Graz: Akademische Druck- und Verlagsanstalt. Hegnauer, R., 1971: Chemical patterns and relationships ofUmbelliferae. — InHeywood, V. H., (Ed.): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 267–277. — New York: Academic Press. —, 1982: Phytochemie and Klassifikation der Umbelliferen, eine Neubewertung im Lichte der seit 1972 bekannt gewordenen phytochemischen Tatsachen. — InCauwet-Marc, A.-M., Carbonnier, J., (Eds): Les Ombellifères. Actes du 2ème Symp. Int. Ombellifères, pp. 335–363. — Monogr. Syst. Bot. Missouri Bot. Gard.,6. — Ann Arbor: Braun-Brumfield. Heywood, V. H., 1971a: The biology and chemistry of theUmbelliferae. — New York: Academic Press. —, 1971b: Systematic survey of Old WorldUmbelliferae. — InHeywood, V. H., (Ed.): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 31–41. — New York: Academic Press. —, 1982: General introduction to the taxonomy of theUmbelliferae. — InCauwet-Marc, A.-M., Carbonnier, J., (Eds): Les Ombellifères. Actes du 2ème Symp. Int. Ombellifères, pp. 107–112. — Monogr. Syst. Bot. Missouri Bot. Gard.6. — Ann Arbor: Braun-Brumfield. Higgins, D. G., Bleasby, A. J., Fuchs, R., 1992: CLUSTAL V. Improved software for multiple sequence alignment. — CABIOS8: 189–191. Holmgren, P. K., Holmgren, N. H., Barnett, L. C., 1990: Index herbariorum. — New York: New York Botanical Garden. Holub, M., Budesinsky, M., 1986: Sesquiterpene lactones of theUmbelliferae. — Phytochemistry25: 2015–2026. —,Toman, J., Herout, V., 1987: The phylogenetic relationships of theAsteraceae andApiaceae based on phytochemical characters. — Biochem. Syst. Ecol.15: 321–326. Kimura, M., 1980: A simple method for estimating evolutionary rates of base substitution through comparative studies of nucleotide sequences. — J. Molec. Evol.16: 111–120. Koch, W. D. J., 1824: Generum tribuumque plantarum Umbelliferarum nova dispositio. — Nova Acta Acad. Caes. Leop. — Carol. German. Nat. Cur.12: 55–156. Kondo, K., Terabayashi, S., Okada, M., Yuan, C., He, S., 1996: Phylogenetic relationships of medicinally importantCnidium officinale and JapaneseApiaceae based onrbcL sequences. — J. Pl. Res.109: 21–27. Koso-Poljanksy, B. M., 1916: Sciadophytorum systematis lineamenta. — Bull. Soc. Imp. Nat. Moscow29: 93–222. Lavrova, T. V., Pimenov, M. G., Tikhomirov, V. N., 1983: Description and analysis of theUmbelliferae fruit structure in the tribeLigusticeae. — Bull. Soc. Nat. Moscow., div. biol.88: 107–122. —, —,Deviatkova, G. N., 1987: The usage of cluster analysis in the elucidation of the taxonomic relations of species of subtribeFoeniculinae (Umbelliferae) of the flora of the USSR. — Bot. Zhurn. (Leningrad)72: 25–38. Maddison, W. P., Maddison, D. R., 1992: MacClade, version 3.0: analysis of phylogeny and character evolution. — Sunderland: Sinauer. Murray, R. D. H., 1991: Naturally occurring plant coumarins. — Progr. Chem. Org. Nat. Prod.58: 83–316. —,Méndez, J., Brown, S. A., 1982: The natural coumarins. Occurrence, chemistry and biochemisty. — New York: Wiley. Nielsen, B. E., 1971: Coumarin patterns in theUmbelliferae. — InHeywood, V. H., (Ed.): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 325–336. — New York: Academic Press. Ostroumova, T. A., 1987: The types of stomata in representatives of theApiaceae family. — Bot. Zhurn. (Leningrad)72: 1479–1488. —, 1990: Stomatal types in theUmbelliferae in relation to taxonomy. TribesCoriandreae andScandiceae. — Feddes Repert.101: 409–417. Pickering, J. L., Fairbrothers, D. E., 1970: A serological comparison ofUmbelliferae subfamilies. — Amer. J. Bot.57: 988–992. —, —, 1971: The use of serological data in a comparison of tribes in theApioideae. — InHeywood, V. H., (Ed.): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 315–324. — New York: Academic Press. Pimenov, M. G., Leonov, M. V., 1993: The genera of theUmbelliferae. — Kew: Royal Botanic Gardens. Plouvier, V., 1982: Ombellifères et familles voisines: leurs analogies et leurs distinctions biochimiques. — InCauwet-Marc, A.-M., Carbonnier, J., (Eds): Les Ombellifères. Actes du 2ème Symp. Int. Ombellifères, pp. 535–548. — Monogr. Syst. Bot. Missouri Bot. Gard.6. — Ann Arbor: Braun-Brumfield. Plunkett, G. M., Soltis, D. E., Soltis, P. S., 1996a: Higher level relationships ofApiales (Apiaceae andAraliaceae) based on phylogenetic analysis ofrbcL sequences. — Amer. J. Bot.83: 499–515. —, —, —, 1996b: Evolutionary patterns inApiaceae: inferences based onmatK sequence data. — Syst. Bot.21: 477–495. —, —, —, 1997: Clarification of the relationship betweenApiaceae andAraliaceae based onmatK andrbcL sequence data. — Amer. J. Bot.84: 565–580. Rompel, J., 1895: Krystalle von Calcium oxalat in der Fruchtwandt der Umbelliferen und ihre Verwerthung für die Systematik. — Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien104: 417–476. Saleh, N. A. M., El-Negoumy, S. I., El-Hadidi, M. N., Hosni, H. A., 1983: Comparative study of the flavonoids of some local members of theUmbelliferae. — Phytochemistry22: 1417–1420. Shishkin, B. K., 1951:Umbelliferae. — InShisken, B. K., (Ed.): Flora of the U. S. S. R.,17. — Leningrad: Akademiya Nauk. Shneyer, V. S., Borschtschenko, G. P., Pimenov, M. G., Leonov, M. V., 1991: A serological investigation of intergeneric relationships in the subfamilyApioideae (Apiaceae). — Bot. Zhurn. (Leningrad)76: 245–257. —, —, —, —, 1992: The tribeSmyrnieae (Umbelliferae) in the light of serotaxonomical analysis. — Pl. Syst. Evol.182: 135–148. —, —,Pimenov, M. G., 1995: Immunochemical appraisal of relationships within tribePeucedaneae (Apiaceae). — Pl. Syst. Evol.198: 1–16. Soltis, P. S., Kuzoff, R. K., 1993: ITS sequence variation within and among populations ofLomatium grayi andL. laevigatum (Umbelliferae). — Molec. Phylogenet. Evol.2: 166–170. Steck, W., Brown, S. A., 1970: Biosynthesis of angular furanocoumarins. — Canad. J. Biochem.48: 872–880. Swofford, D. L., 1993: PAUP: phylogenetic analysis using parsimony, version 3.1. — Champaign: Illinois Natural History Survey. Tamamschjan, S. G., 1947: Carpological characterization of the genusAustrodaucus Drude and some CaucasianCaucalinae andDaucinae. — Soviet Botany4: 198–212. Theobald, W. L., 1971: Comparative anatomical and developmental studies in theUmbelliferae. — InHeywood, V. H., (Ed.): The biology and chemistry of theUmbelliferae, pp. 177–197. — New York: Academic Press. Valiejo-Roman, C. M., Pimenov, M. G., Terentieva, E. I., Downie, S. R., Katz-Downie, D. S., Troitsky, A. V., 1998: Molecular systematics of theUmbelliferae: using nuclear rDNA internal transcribed spacer sequences to resolve issues of evolutionary relationships. — Bot. Zhurn. (Leningrad)83: 1–22. Vasil'eva, M. G., Pimenov, M. G., 1991: Karyotaxonomical analysis in the genusAngelica (Umbelliferae). — Pl. Syst. Evol.177: 117–138. Vinogradova, V. M., 1995: New data on the genusGrammosciadium and the systematic position ofFuernrohria setifolia (Apiaceae). — Bot. Zhurn. (Leningrad)80: 91–99. Walters, S. M., 1961: The shaping of angiosperm taxonomy. — New Phytol.60: 74–84.