UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO POSGRADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS Facultad de Estudios Superiores Iztacala FILOGENIA MOLECULAR Y CLASIFICACIÓN DE ARACEAE Y LEMNACEAE (MONOCOTILEDÓNEAS: ALISMATALES) T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE DOCTORA EN CIENCIAS P R E S E N T A LIDIA IRENE CABRERA MARTÍNEZ DIRECTORA DE TESIS: DRA. PATRICIA DOLORES DÁVILA ARANDA. MÉXICO, D. F. Octubre, 2008 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. II III RECONOCIMIENTOS Agradezco al Posgrado en Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) la oportunidad otorgada para cursar mis estudios de Doctorado. Dichos estudios y el desarrollo del presente manuscrito fueron posibles gracias al apoyo financiero que me otorgó (No. 133137) el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT). De la misma forma, agradezco de manera especial, por su apoyo, disposición y orientación durante el desarrollo de esta tesis a los miembros del Comité Tutoral: Dra. Patricia Dolores Dávila Aranda (Directora de Tesis), Unidad de Biología, Tecnología y Prototipos (UBIPRO), Facultad de Estudios Superiores Iztacala, UNAM; Dra. Susana Aurora Magallón Puebla, Instituto de Biología, UNAM; Dr. Rafael Lira Saade, Unidad de Biología, Tecnología y Prototipos (UBIPRO), Facultad de Estudios Superiores Iztacala, UNAM; Dr. Mark W. Chase (Tutor Invitado) Royal Botanic Gardens, Kew. IV AGRADECIMIENTOS A la Dra. Patricia Dávila por su dirección, apoyo y sugerencias en el desarrollo de este estuido. Así mismo, quiero agradecer de forma especial al Dr. Mark W. Chase, por el generoso y amplio apoyo que me otorgó durante todo el timpo que estuvé en su laboratorio, debido a que, sin su ayuda no se podría haber concretado esté trabajo. Muchas gracias Mark. A la Dra. Susana Magallón y el Dr. Rafael Lira, por formar parte de mi comité tutoral, sus preguntas y sugerencias, enriquecieron de forma sustancial esté trabajo. A los miembros del jurado, Dra. Patricia Dávila, Dra. Hilda Flores, Dra. Rosaura Grether, Dra. Susana Magallón, Dra. Tereza Terrazas, los Dr. Rafael Lira y Dr. Oswaldo Téllez, por revisar minusiosamente el manuscrito de tesis, el cual fue mejorado con sus sugerencias. A Dr. Joseff Bogner, Peter Boyce, Dr. Tom Croat Dr. Michel Fay, Dr. Félix Forest, Dr. Elias Landolt y Dra. Susanne Renner y Dra. S.-M. Tam, que me brindaron muestras de material herborizado, fresco o ADN de aráceas. Así mismo, a los jardines botánicos, Leiden Botanic Gardens, Munich Botanic Gardens, Singapure Botanic Gardens y Royal Botanic Gardens, Kew, por el material fresco o en silica gel, que me donaron. A los amigos y personal del Jodrell Laboratoy, Royal Botanic Gardens, Kew. A la M. en C. Laura Márquez Valdelamar por su apoyo y gentil hospitalidad en el Laboratorio de Biología Molecular del Instituto de Biología (UNAM). A la M. en C. Berenit Mendoza Garfias por su ayuda en la preparación y procesamiento de las muestaras trabajadas en el Microscopio electrónico de barrido del Instituto de Biología (UNAM). A todos los amigos y compañeros del Intituto de Biología y otras instituciones, por su ayuda y amistad durante todos este tiempo. Por último, a mi madre, hermanos y especialmente a mi esposo y colega, Gerardo, quien durante todo esté tiempo me brindó en todo momento su incondicional apoyo. V TABLA DE CONTENIDO LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................................... VII TABLA Y APÉNDICE ....................................................................................................................... VIII RESUMEN ................................................................................................................................................. 1 ABSTRACT ............................................................................................................................................... 2 INTRODUCCIÓN GENERAL ............................................................................................................. 3 OBJETIVOS ............................................................................................................................................. 8 ESTRUCTURA DE LOS CAPÍTULOS ................................................................................................... 8 CAPÍTULO I. PHYLOGENETIC RELATIONSHIPS OF AROIDS AND DUCKWEEDS (ARACEAE) INVERRED FROM CODING AND NONCODING PLASTID DNA ................................................................. 9 ACKNOWLEDGEMENTS ...................................................................................................................... 9 ABSTRACT .............................................................................................................................................. 9 INTRODUCTION .................................................................................................................................. 10 MATERIALS AND METHODS ............................................................................................................ 13 Taxonomic sample .............................................................................................................................. 13 DNA extraction, amplification, and sequencing ................................................................................. 13 Phylogenetic analysis .......................................................................................................................... 14 RESULTS ............................................................................................................................................... 15 Maximum parsimony analyses ........................................................................................................... 15 Bayesian analyses ............................................................................................................................... 16 DISCUSSION ......................................................................................................................................... 17 Familial, subfamilial, and tribal limits and relationships .................................................................... 17 ‘Proto-Araceae’: Gymnostachydoideae and Orontioideae .................................................................. 17 Duckweeds (Lemnoideae) .................................................................................................................. 19 Pothoideae and Monsteroideae ........................................................................................................... 20 Lasioideae ........................................................................................................................................... 21 Expanded Zamioculcadoideae, including Stylochaeton ...................................................................... 21 Aroideae, including Calla (formely Calloideae)................................................................................. 22 Evolution of the aquatic habit in Araceae ........................................................................................... 26 CONCLUDING REMARKS .................................................................................................................. 27 LITERATURE CITED ........................................................................................................................... 28 CAPÍTULO II. EVOLUCIÓN DE SEIS CARACTERES ANATÓMICOS, VEGETATIVOS Y REPRODUCTIVOS, Y ASPECTOS DE LA DIVERSIFICACIÓN DE LA FAMILIA ARACEAE ..................... 46 VI RESUMEN ............................................................................................................................................. 46 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 46 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 50 MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................................................... 50 Análisis filogenético ........................................................................................................................... 50 Optimización ....................................................................................................................................... 50 Caracteres............................................................................................................................................ 50 RESULTADOS ....................................................................................................................................... 51 Caracteres y sus estados ...................................................................................................................... 51 Tipo de colénquima ........................................................................................................................ 51 Tipo de laticíferos ........................................................................................................................... 51 Tipo de tallo .................................................................................................................................... 51 Flores bisexuales y unisexuales ...................................................................................................... 51 Distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice ................................................. 52 Tipo de espata .................................................................................................................................. 52 Reconstrucción de la evolución de los caracteres ............................................................................... 54 Tipo de colénquima ........................................................................................................................ 54 Tipo de laticíferos ........................................................................................................................... 55 Tipo de tallo .................................................................................................................................... 55 Flores bisexuales y unisexuales ...................................................................................................... 57 Distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice ................................................. 57 Tipo de espata .................................................................................................................................. 57 DISCUSIÓN ........................................................................................................................................... 65 Tipo de colénquima ............................................................................................................................ 65 Tipo de laticíferos ............................................................................................................................... 67 Tipo de tallo ........................................................................................................................................ 68 Flores bisexuales y unisexuales .......................................................................................................... 70 Distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice ..................................................... 71 Tipo de espata ..................................................................................................................................... 72 DIVERSIFICACIÓN DEL GRUPO ....................................................................................................... 77 CONSIDERACIONES GENERALES ................................................................................................... 81 LITERATURA CITADA ....................................................................................................................... 82 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES GENERALES ........................................................................ 85 VII LITERATURA CITADA ..................................................................................................................... 86 LISTA DE FIGURAS Fig. 1. Strict consensus of 1105 tress from the combined parsimony analysis ......................................... 39 Fig. 2. Bayesian summary tree from analysis of all regions combined .................................................... 40 Fig. 3. Data supplement S1, rbcL.............................................................................................................. 41 Fig. 4. Data supplement S2, matK ............................................................................................................ 42 Fig. 5. Data supplement S3, 3´portion of the trnK .................................................................................... 43 Fig. 6. Data supplement S4, trnL intron .................................................................................................... 44 Fig. 7. Data supplement S5, trnL-trnF IGS .............................................................................................. 45 Fig. 8. Tipo de colénquima en Araceae .................................................................................................... 52 Fig. 9. Tipo de laticíferos en Araceae ....................................................................................................... 52 Fig. 10. Tipo de tallo en Araceae (con respecto al suelo) ........................................................................... 53 Fig. 11. Tipo de inflorescencia en Araceae ................................................................................................. 53 Fig. 12. Tipo de espata en Araceae ............................................................................................................. 54 Fig. 13. Reconstrucción de la evolución del tipo de colénquima en Araceae ............................................. 59 Fig. 14. Reconstrucción de la evolución del tipo de laticíferos en Araceae ............................................... 60 Fig. 15. Reconstrucción de la evolución del tipo de tallo en Araceae ........................................................ 61 Fig. 16. Reconstrucción de la evolución de las flores bisexuales y unisexuales en Araceae ...................... 62 Fig. 17. Reconstrucción de la evolución de la distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice en Araceae .................................................................................................................................... 63 Fig. 18. Reconstrucción de la evolución del tipo de espata en Araceae ..................................................... 64 Fig. 19. Frondas y estructuras reproductivas de Lemna ecuadoriensis ....................................................... 73 Fig. 20. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución del tipo de colénquima en Araceae ................................................................................................................................................... 74 Fig. 21. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución del tipo de laticíferos en Araceae ....................................................................................................................................................... 74 Fig. 22. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución del tipo de tallo en Araceae ....................................................................................................................................................... 75 Fig. 23. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución de las flores bisexuales y unisexuales y su dispoción en el espádice en Araceae ............................................................................. 75 Fig. 24. . Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución del tipo de espata en Araceae ....................................................................................................................................................... 76 VIII TABLA Y APÉNDICE Appendix 1. Voucher information and GenBank accesión numbers for taxa used .................................... 34 Table 1. Sumary of characteristics for the dataset analyzed ....................................................................... 38 1 RESUMEN La familia Araceae incluye 105 géneros y 3300 especies que presentan una notable variedad de hábitos y se distribuyen principalmente en las zonas tropicales y subtropicales del mundo. La familia es definida principalmente con base en caracteres de la inflorescencia (espádice) y la presencia de la bráctea que la rodea (espata). La clasificación de la familia es complicada debido a la gran diversidad morfológica vegetativa y a la uniformidad de las estructuras reproductivas. Por su parte, Lemnaceae cuenta con cinco géneros y 38 especies distribuidas mundialmente (excepto en las regiones polares). Debido a su extrema reducción, la taxonomía del grupo ha sido complicada pero históricamente ha sido asociado a las aráceas; sin embargo, la relación precisa entre ambos grupos no era clara. Por tanto, la monofilia y relaciones familiares, subfamiliares y tribales de aráceas y lemnáceas fueron evaluadas mediante análisis cladísticos de parsimonia e inferencia Bayesiana de secuencias de cinco regiones de ADN de plastidio codificante (genes rbcL, matK) y no codificante (parte del intrón de trnK, intrón de trnL y espaciador intergénico entre trnL y trnF) de representantes de la mayoría de géneros de aráceas y de todos los de lemnáceas. Con este trabajo, se confirma la posición de Lemna y sus aliados (anteriormente Lemnaceae) dentro de Araceae, siendo fuertemente apoyado como el grupo hermano de todas las otras aráceas, excepto Gymnostachydoideae y Orontioideae que resultaron ser el clado hermano del resto de la familia. Se apoya la monofilia de las subfamilias Orontioideae, Pothoideae, Monsteroideae y Lasioideae, sin embargo, Aroideae es parafilética si Calla es mantenida en una subfamilia aparte (Calloideae). Los resultados sugieren la expansión de la subfamilia Zamioculcadoideae (Zamioculcas, Gonatopus) con la inclusión de Stylochaeton. También se identifican problemas en la delimitación actual de las tribus Anadendreae, Heteropsideae y Monstereae (Monsteroideae), Caladieae/Zomicarpeae y Colocasieae (Aroideae). Los árboles filogenéticos fueron usados para investigar la evolución de seis caracteres estructurales (colénquima, laticíferos, tallo, espata, presencia de flores unisexuales o bisexuales y su distribución en el espádice), con el fin de evaluar su relevancia biológica. Los resultados sugieren que los cambios en estos atributos propiciaron la colonización de diferentes hábitats y una especialización de las estructuras reproductivas. 2 ABSTRACT Araceae (aroids) include 105 genera and 3300 species displaying a wide variety of habits and predominantly distributed in the tropical and subtropical regions of the world. The family is defined mainly by characters of the inflorescence (spadix) and the presence of a bract that surrounds it (spathe). The classification of this family is complex due to its great morphological diversity of vegetative structures and the homogeneity of its reproductive structures. With respect to the Lemnaceae (duckweeds), the family includes five genera and 38 species widely distributed (excepting in the Polar Regions). Due to its extreme morphological reduction, the taxonomy of the Lemnaceae has been difficult, although they have been historically associated to the Araceae. However, the precise relationship between these two groups has remained unclear. Accordingly, the familial, subfamilial, and tribal monophyly and relationships of aroids and duckweeds were assessed by parsimony and Bayesian phylogenetic analyses of five regions of coding (rbcL, matK) and noncoding plastid DNA (partial trnk intron, trnL intron, trnL-trnF spacer), by including exemplars of nearly all the aroid genera and all the duckweed ones. In this work, both analyses confirm the position of Lemna and its allies (formerly Lemnaceae) within the Araceae, as a well-supported sister group of all aroids, except for Gymnostachydoideae and Orontioideae that resulted as a sister clade of the rest of the family. Monophyly of the Orontioideae, Pothoideae, Monsteroideae, and Lasioideae subfamilies is supported. However, the Aroideae are paraphyletic if Calla is maintained in its own subfamily (Calloideae). The results suggest the expansion of the recently proposed subfamily Zamioculcadoideae (Zamioculcas, Gonatopus) to include Stylochaeton. They also highlighted problems in the current delimitation of tribes Anadendreae, Heteropsideae, and Monstereae (Monsteroideae), Caladieae/Zomicarpeae, and Colocasieae (Aroideae). The phylogenetic trees were used to investigate the evolution of six structural characters (colenchyma, laticifers, stem, spathe, presence of unisexual or bisexual flowers and their distribution on the spadix), with the aim of assessing their biological relevance. The results also suggest that the changes in these attributes enabled the colonization of different habitats and a specialization of their pollination biology. 3 INTRODUCCIÓN GENERAL Según Kubitzki (1998), las Alismatanae están compuestas por los órdenes Alismatales y Arales. Las primeras incluyen 14 familias (Alismataceae, Aponogetonaceae, Butomaceae, Cymodoceaceae, Hydrocharitaceae, Juncaginaceae, Limnocharitaceae, Najadaceae, Posidoniaceae, Potamogetonaceae, Ruppiaceae, Scheuchzeriaceae, Zannichelliaceae y Zosteraceae) y las Arales dos familias (Araceae y Lemnaceae). En particular la familia Araceae está conformada por siete subfamilias, 32 tribus, 105 géneros y 3300 especies (Mayo et al., 1997). Estos taxa están distribuidos en la mayoría de los continentes (excepto la Antártida). Se estima que cerca del 90% de los géneros y el 95 % de las especies están concentradas en las regiones tropicales del mundo (Boyce, 1995). Las aráceas presentan una notable variedad de hábitos, ya que existen plantas geófitas, hemiepífitas, epífítas, litofítas, reofítas, helófitas, acuáticas sumergidas y acuáticas libres flotadoras. Las estructuras vegetativas son igualmente variadas, pues presentan rizomas, estolones, tallos aéreos con raíces en los nudos o sin ellas, tubérculos, hojas simples a pinnadas, con diferentes formas, colores y patrones de colores, entre otras características (Grayum, 1990). Lo anterior contrasta con la relativa uniformidad y homogeneidad de las flores. Las aráceas contribuyen significativamente a la fisonomía y biomasa de algunas comunidades vegetales en los trópicos húmedos, especialmente en el bosque tropical lluvioso y el bosque de niebla (Mayo et al., 1997; Bown, 2000). En menor abundancia se desarrollan en lugares sometidos a regímenes estacionalmente marcados, como zonas templadas con marcados inviernos o sitios con prolongados períodos de sequía y calor intenso (Mayo et al., 1997; Bown, 2000). Se distribuyen desde el nivel del mar hasta los 4500 msnm (Mayo et al., 1997). Algunos de los miembros de esta familia tienen cierta importancia económica como plantas de ornato ya sea por su follaje o sus inflorescencias (e.g., los géneros Alocasia, Anthurium, Anubias, Dieffenbachia, Monstera, Philodendron y Zantedeschia) o como fuente de alimento (varios tipos de “taro,” Colocasia esculenta, Alocasia macrorrhizos y Amorphophallus paeoniifolius)(Mayo et al., 1997; Bown, 2000). La familia Araceae ha sido definida taxonómicamente con base en sus caracteres reproductivos. Sus flores son pequeñas, dispuestas en espiral y están insertas en un eje carnoso (espádice). Este está rodeado por una bráctea (espata) que es considerada parte de la inflorescencia (Mayo et al., 1997). Las características de las flores, y en especial su sexualidad, 4 han jugado un papel importante en las diferentes clasificaciones de la familia (Shoot, 1860; Engler, 1876, 1920; Mayo et al., 1997). Croat (1998) publicó la revisión más completa sobre la historia y sistemas de clasificación de las Araceae. En esta obra, el autor destacó los estudios de Shoot (1860) y Engler (1876, 1920), que son considerados como los trabajos que han tenido mayor repercusión en las subsiguientes clasificaciones de la familia. El sistema de clasificación de Shoot (1860), se basa principalmente en características morfológicas de la inflorescencia, flores y frutos (Mayo et al., 1997). El autor dividió a la familia en dos grupos, el primero lo caracterizó por la presencia de flores unisexuales, sin perigonio (diclinas) y el segundo lo definió con base en las flores bisexuales con perigonio (monoclinas)(Mayo et al., 1997). Su propuesta es considerada como la primera clasificación que agrupa a las aráceas en una unidad taxonómica, similar a la delimitación de la familia reconocida en la actualidad (Grayum, 1990; Mayo et al., 1997). Posteriormente, Engler (1876, 1920), con una visión diferente a la de Shoot, definió a las subfamilias con base en las características de flores e inflorescencias y enfatizó el uso de atributos vegetativos y anatómicos, tales como la presencia y ausencia de laticíferos y tricoesclereidas, forma de vida, organización del vástago, venación de la hoja y filotaxia (Nicolson, 1987; Mayo et al., 1997). A partir de los trabajos de Shoot y Engler se derivaron dos líneas de clasificación de la familia. Así, algunos autores como Hooker (1883) y Hutchinson (1973) siguieron el esquema de clasificación de Shoot para la familia, mientras que otros como Hotta (1970), Bogner y Nicolson (1991) se basaron en los trabajos de Engler, (Grayum, 1990; Mayo et al., 1997). Posteriormente Mayo et al. (1997) propusieron su clasificación utilizando 63 caracteres morfológicos y anatómicos, que sometieron a un análisis cladístico y más tarde incorporaron los resultados de un estudio de sitios de restricción del genoma de plastidios (French et al., 1995). De acuerdo con sus resultados, estos autores dividieron a la familia en dos grandes grupos que corresponden a dos clados: Proto-Araceae y aráceas verdaderas. Las Proto- Araceae están constituidas por las subfamilias Gymnostachydoideae (Gymnostachys) y Orontioideae (Orontium, Symplocarpus, Lysichiton) las cuales son consideradas por los autores como los grupos basales de la familia. Las Araceae verdaderas están integradas por las subfamilias Pothoideae, Monsteroideae, Lasioideae, Calloideae y Aroideae, que concentran 101 de los 105 géneros que integran a la familia. El mayor número de tribus (26 de 32) están ubicadas en la subfamilia Aroideae. Sin embargo, estos autores enfatizaron la naturaleza preliminar de sus conclusiones y la necesidad de efectuar más estudios para definir claramente 5 los límites y las relaciones de las subfamilias y tribus. Un elemento que sorprende de su estudio es el uso exclusivo de un solo grupo externo (Acorus, Acoraceae). También discutieron los límites familiares y la posición sistemática controversial de Lemna y sus aliados, considerados por algunos autores como miembros de la familia Araceae (e.g., Chase et al., 1993, 2000, 2006; Duvall et al., 1993; French et al., 1995; Stockey et al., 1997; APG, 1998, 2003), mientras que otros los ubican en una familia distinta (Lemnaceae), aunque cercanamente relacionada (Cronquist, 1981; Dahlgren et al., 1985; Mayo et al., 1997; Takhtajan, 1997; Thorne 2000). Por otra parte, la familia Lemnaceae S. F. Gray está constituida por dos subfamilias, con cinco géneros y 38 especies, que se distribuyen ampliamente en el mundo (Les et al., 2002), con excepción de las regiones desérticas y el ártico (Landolt, 1998). Las lemnáceas son hierbas libres, flotadoras y pequeñas, razón por la cual, se les ha considerado como las angiospermas más pequeñas, (Wolffiella angusta y W. globosa, 0.8 mm de longitud)( Landolt, 1998). Morfológicamente, estas plantas se caracterizan por tener una estructura vegetativa poco diferenciada, que se reduce a un talo denominado fronda. Asociados a la fronda se encuentran los órganos reproductivos que están sumamente reducidos (Landolt, 1998; Les et al., 2002). El principal tipo de reproducción de estas plantas es vegetativo, lo que les permite, en condiciones óptimas, doblar el número de frondas iniciales en tan solo 24 horas (Landolt, 1998). La floración y la producción de semillas se presentan cuando las condiciones ambientales son desfavorables (alta o muy baja concentración de nutrientes en el agua o temperaturas cercanas a los 30° C)( Landolt, 1986). Sus flores pueden ser bisexuales o unisexuales. En general, presentan una rápida reproducción, una alta capacidad de absorción de nutrientes del medio y un alto nivel protéico, por lo que son una fuente importante de alimento para diversos grupos de animales en el medio acuático. A estas plantas se les cultiva para alimentar principalmente a patos, pollos y peces. En la industria se utilizan para remover metales pesados del agua, como fertilizantes e indicadores de sustancias tóxicas del agua y en estudios experimentales (Landolt, 1998; Les et al., 2002). Los estudios sistemáticos de Lemnaceae se han enfrentado a la problemática del entendimiento de las reducidas estructuras morfológicas de las especies, lo que ha repercutido en la búsqueda de información adicional que pueda ayudar a resolver sus relaciones intrafamiliares (Les et al., 1997). En la literatura destacan estudios sobresalientes como el trabajo de Landolt (1986), quien preparó la monografía más completa de las Lemnaceae que existe (Les y 6 Crawford, 1999). En su trabajo Landolt abordó aspectos morfológicos vegetativos y reproductivos, anatómicos, números cromosómicos, aspectos ecológicos y geográficos, entre otros (Landolt, 1986). Sin embargo, no incluyó un análisis cladístico, razón por la cual, posteriormente Les et al. (1997), realizaron este tipo de estudio con base en 41 caracteres morfológicos y 39 tipos de flavonoides, para 37 especies de Lemnaceae. En este trabajo no se incluyó ningún grupo externo, solamente utilizaron una especie de la familia (Spirodela intermedia) para enraizar el árbol. Los autores concluyeron que sus resultados son congruentes con la clasificación de Landolt de 1986. Cinco años más tarde, Les et al. (2002), retomaron la información que generaron previamente y secuenciaron cuatro regiones del cloroplasto (genes rbcL y matK, intrones 3´y 5´ de trnK y rpL16), para las 38 especies de Lemnaceae y para Pistia stratiotes (Araceae) como grupo externo. Sus resultados indican que la subfamilia Wolffioideae es monofilética y Lemnoideae parafilética. Las relaciones filogenéticas y la delimitación taxonómica de Araceae y Lemnaceae no han podido ser resueltas satisfactoriamente con base sólamente en caracteres morfológicos (Grayum, 1990; Mayo et al., 1997). Lo anterior se debe, por una parte, a la uniformidad estructural de las flores y en algunos casos a la porción vegetativa de las plantas, y por otra parte, a que existen estados de carácter similares en distintos grupos taxonómicos. El caso de Lemnaceae es particularmente ilustrativo, ya que la reducción extrema de las plantas (y por tanto sus estructuras), hace muy difícil su identificación y la determinación de homologías morfológicas entre especies y géneros, así como su comparación con otras familias (Les et al., 1997). Esto ha dado por resultado que haya posiciones controvertidas con respecto a sus relaciones con otros taxa. Por ejemplo, el género Pistia (Araceae), que incluye una sola especie de hábito acuático flotante, que ha sido considerado por algunos autores como cercanamente relacionado a Lemna (cf. Mayo et al., 1997; Thillich, 1995; Stockey et al., 1997). Sin embargo, algunos análisis moleculares (e.g., French et al., 1995; Barabé et al., 2002) y estudios ontogenéticos recientes (Lemon y Posluszny, 2000a, 2000b) indicaron que la similitud entre Pistia y las Lemnaceae, probablemente representa una convergencia debido a su preferencia por hábitats similares. Los taxa dentro de Araceae y Lemnaceae se diferencian mediante combinaciones de caracteres morfológicos, y no por caracteres diagnósticos. Una situación similar se presenta cuando se utilizan los caracteres anatómicos, fitoquímicos y citológicos (e.g., Mayo et al., 1997; 7 Takhtajan, 1997; Barabé et al., 2002). Así, la falta de consistencia de los caracteres morfológicos, ha obstaculizado la reconstrucción de las relaciones filogenéticas en estos grupos y ha resultado en desacuerdos en cuanto a la delimitación de los taxa. Por otra parte, aunque el análisis de los sitios de restricción de French et al. (1995) incluyó representantes de ca. 80% de los géneros de Araceae y una especie de Lemna (Lemnaceae), la elección implícita de la única especie adicional incluida en el estudio (Acorus calamus, Acoraceae) como grupo externo, no puso realmente a prueba la hipótesis de monofilia de las Araceae, sino que automáticamente se dió por hecho la monofilia del grupo interno (Araceae + Lemna). El análisis cladístico de Barabé et al. (2002), a partir de secuencias de nucleótidos del intrón del gen trnL y el espaciador intergénico entre trnL y trnF de 33 géneros de Araceae (ca. de un tercio de la familia) y algunas especies de Lemna y Acorus, fue enfocado específicamente a examinar la evolución de flores bisexuales atípicas en la subfamilia Aroideae sensu Mayo et al. (1997). Posteriormente, Rothwell et al. (2004), realizaron un análisis filogenético con base en las secuencias de nucleótidos de la región del espaciador intergénico entre trnL y trnF, incluyendo 21 géneros de aráceas, cinco géneros de lemnoides y Aponogeton (Aponogetonaceae) como grupo externo. En sus resultados, las lemnoides forman un clado inmerso en una politomía que incluye la mayoría de los géneros utilizados (excepto Gymnostachys, Symplocarpus, Callopsis y Asterostigma). En síntesis, hasta ahora, la monofilia de Araceae y Lemnaceae no ha podido ser claramente establecida en los diferentes trabajos filogenéticos publicados sobre estos grupos. Los análisis filogenéticos realizados hasta ahora, han incluido una muestra muy amplia de monocotiledóneas, pero un número pequeño de representantes de Araceae y Lemnaceae (Duvall et al., 1993). Asimismo, existen otros trabajos que han estado enfocados al reconocimiento de las relaciones, ya sea dentro de Araceae o Lemnaceae (Les et al. 1997; French et al., 1995; Barabé et al., 2002; Les et al., 2002), o bien, otros han tratado de abordar la problemática entre ambas familias, con una muestra reducida de géneros de Araceae y un solo grupo externo (Rothwell et al., 2004). En estos estudios, se muestran indicios de que estas dos familias podrían forman un grupo monofilético, donde Lemnaceae estaría anidada dentro de Araceae. Con base en estos estudios el presente trabajo hipotetiza que las familias Lemnaceae y Araceae forman un grupo monofilético. Así, se propone poner a prueba la monofilia de ambas familias y la relación filogenética entre ellas mediante un análisis cladístico basado en caracteres generados a partir de secuencias de nucleótidos del ADN 8 de plastidios, de representantes de todos los géneros de Araceae y Lemnaceae, así como por la inclusión de grupos externos relevantes (miembros de Alismatales, Acorales, y representantes de otros linajes mayores de angiospermas). Para abordar este estudio se plantearon los siguientes objetivos: OBJETIVOS A) Reconstruir las relaciones filogenéticas de Araceae y Lemnaceae, a partir del análisis cladístico de secuencias de nucleótidos de varios genes o regiones del ADN de plastidios: (genes rbcL, matK, intrones trnK, trnL, espaciador intergénico trnL-trnF). B) Evaluar la clasificación familiar, subfamiliar y tribal de Araceae (sensu Mayo et al, 1997) y Lemnaceae (sensu Les et al., 2002), a partir de las relaciones inferidas. C) Evaluar los patrones de evolución de los caracteres anátomicos (tipo de colénquima, tipo de laticíferos) vegetativos (tipo de tallo) y reproductivos (tipo de flores bisexuales y unisexuales, distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice y tipo de espata) de la familia Araceae, a partir de las relaciones filogenéticas moleculares inferidas y discutir las posibles implicaciones evolutivas de cada uno de estos caracteres. D) Evaluar la influencia de estos caracteres en la diversificación de la familia Araceae. ESTRUCTURA DE LOS CAPÍTULOS Los resultados de este trabajo se presentan en dos capítulos. El primero incluye la estimación de las relaciones filogenéticas de Araceae y Lemnaceae, con base en la información de las secuencias de plastidios (genes rbcL y matK, intrónes 3´de trnk, trnL y el espaciador intergénico trnL-trnF), bajo el criterio de máxima parsimonia y análisis bayesiano. En el segundo capítulo se presenta una propuesta sobre la evolución de seis caracteres anatómicos (tipo de colénquima, tipo de laticíferos), vegetativos (tipo de tallo) y reproductivos (flores bisexyales y unisexules, distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice, y tipo de espata), que se han utilizado tradicionalmente en la clasificación de las Araceae, en el marco de la reconstrucción filogenética molecular obtenida. También se discuten algunos aspectos fundamentales sobre la diversificación de la familia. *L. I. Cabrera, G. A. Salazar, M. W. Chase, S. J. Mayo, J. Bogner y P. Dávila. 2008. Phylogenetic relationships of aroids and duckweeds (Araceae) inferred from coding and noncoding plastid DNA. American Journal of Botany 95: 1153-1165. 9 CAPÍTULO I. *PHYLOGENETIC RELATIONSHIPS OF AROIDS AND DUCKWEEDS (ARACEAE) INFERRED FROM CODING AND NONCODING PLASTID DNA 1 LIDIA I. CABRERA,2,6 GERARDO A. SALAZAR,2 MARK W. CHASE,3 SIMON J. MAYO,3 JOSEF BOGNER,4 AND PATRICIA DÁVILA 5 2Departamento de Botánica, Instituto de Biología, Universidad Nacional Autónoma de México, Apartado Postal 70- 367 04510 México, D.F., Mexico; 3Royal Botanic Gardens, Kew, Richmond, Surrey TW9 3DS, UK; 4Augsburger Str. 43a, D-86368, Gersthofen, Germany; and 5Unidad de Biología, Tecnología y Prototipos (UBIPRO), Facultad de Estudios Superiores, Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Avenida de los Barrios No. 1, Los Reyes Iztacala 54090 Tlalnepantla, Estado de México, Mexico 1Manuscript received 25 February 2008; revision accepted 11 June 2008. ACKNOWLEDGEMENTS The authors thank P. C. Boyce, M. Fay, F. Forest, E. Landolt, S. Renner, S.-M. Tam, T. Croat, and the staff of the botanical gardens of Leiden, Munich, and Singapore for providing material of various taxa; M. Hesse for discussion and literature; the staff of the Molecular Systematics Section, Jodrell Laboratory, Royal Botanic Gardens, Kew, and L. Márquez Valdelamar (Laboratorio de Biología Molecular, Instituto de Biología, Universidad Nacional Autónoma de México) for assistance with DNA sequencing; and S. Magallón and R. Lira for useful criticisms of earlier drafts of the manuscript. This study was supported in part by the Posgrado en Ciencias Biológicas, UNAM, a scholarship from the Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) awarded to L.I.C. (No. 133137) and the Royal Botanic Gardens, Kew. 6Author for correspondence (e-mail: licabreram@yahoo.com.mx) ABSTRACT Familial, subfamilial, and tribal monophyly and relationships of aroids and duckweeds were assessed by parsimony and Bayesian phylogenetic analyses of five regions of coding (rbcL, matK) and noncoding plastid DNA (partial trnK intron, trnL intron, trnL–trnF spacer) for exemplars of nearly all aroid and duckweed genera. Our analyses confirm the position of Lemna and its allies (formerly Lemnaceae) within Araceae as the well-supported sister group of all aroids except Gymnostachydoideae and Orontioideae. The last two subfamilies form the sister clade of the rest of the family. Monophyly of subfamilies Orontioideae, Pothoideae, Monsteroideae, and Lasioideae is supported, but Aroideae are paraphyletic if Calla is maintained in its own subfamily 10 (Calloideae). Our results suggest expansion of the recently proposed subfamily Zamioculcadoideae (Zamioculcas, Gonatopus) to include Stylochaeton and identify problems in the current delimitation of tribes Anadendreae, Heteropsideae, and Monstereae (Monsteroideae), Caladieae/Zomicarpeae, and Colocasieae (Aroideae). Canalization of traits of the spathe and spadix considered typical of Araceae evolved after the split of Gymnostachydoideae, Orontioideae, and Lemnoideae. An association with aquatic habitats is a plesiomorphic attribute in Araceae, occurring in the helophytic Orontioideae and free-floating Lemnoideae, but evolving independently in various derived aroid lineages including free-floating Pistia (Aroideae). Key words: Araceae; Lemnaceae; molecular phylogenetics; plastid DNA; rbcL; subfamilial and tribal classification; trnK-matK; trnL-trnF. INTRODUCTION Over the last decade, DNA sequence data have contributed greatly to improve our understanding of the phylogenetic relationships of flowering plants (reviews in Soltis and Soltis, 2004; Soltis et al., 2005), permitting for the first time independent testing of earlier classifications constructed on the basis of similarities and differences in morphological attributes (e.g., Cronquist, 1981; Takhtajan, 1997). DNA studies have also allowed the systematic placement of groups problematic because of their highly modified vegetative or reproductive organs, such as aquatic family Podostemaceae (Soltis et al., 1999 and references therein) and many parasitic plants (Nickrent et al., 1998). Furthermore, molecular phylogenetic trees provide explicit evolutionary frameworks for assessments of character evolution, biogeography, and many other biological comparative studies (e.g., Brooks and McLennan, 1991; Harvey and Pagel, 1991; Harvey et al., 1996; Givnish and Systma, 1997; Bateman, 1999; Futuyma, 2004). In this work, we use DNA sequence data to assess the phylogenetic relationships of Araceae (aroids) and Lemnaceae (duckweeds), which in spite of obvious morphological differences have long been suspected to be closely related, and to gain insights into evolution of the aquatic habit in these groups. According to Mayo et al. (1997), Araceae include 105 genera and 3300 species occurring on all continents except Antarctica. About 90% of genera and 95% of species are found in the tropics. Aroids are one of the most ecologically and structurally diverse groups of monocots. They occupy a wide variety of habitats and display a notable diversity of life forms, including geophytes, climbers, epiphytes, helophytes, and free-floating aquatics (Croat, 1988; Grayum, 11 1990; Boyce, 1995; Mayo et al., 1997; Bown, 2000; Keating, 2002). Their vegetative parts are extremely varied; for instance, stems can be creeping or climbing and form rhizomes or distinct tubers; leaves range from simple to complexly divided, and some such as those of Amorphophallus titanum are among the largest produced by a herb (Bown, 2000). The most distinctive features of Araceae are found in their inflorescences, which characteristically consist of a fleshy axis, the spadix, bearing small flowers usually arranged in spirals and subtended by a conspicuous leaf-like or petal-like bract—the spathe. Flowers may be bisexual or unisexual, and a perigone is present in some groups. Unisexual flowers usually are borne in separate female and male zones of the spadix, which often has a sterile apical appendix (Boyce, 1995; Mayo et al., 1997, 1998; Judd et al., 2002; Soltis et al., 2005). Historically, several major classifications of Araceae have been proposed (reviews in Nicolson, 1960, 1987; Croat, 1990, 1998; Grayum, 1990; Mayo et al., 1995a, 1997). The earliest modern classification encompassing Araceae was that proposed by Schott (1860), who based his groupings mainly on floral morphology (e.g., he divided the family into two major groups, one with bisexual flowers and the other with unisexual flowers). On the other hand, Engler (e.g., 1876, 1920) relied on a broader spectrum of information sources, including vegetative morphology and anatomy, in addition to floral morphology, and his system explicitly incorporated an evolutionary perspective (Grayum, 1990; Mayo et al., 1997; Govaerts et al., 2002). Hooker (1883) modified Schott’s classification and incorporated many of Engler’s generic concepts, and subsequently Hutchinson (1973) elaborated on Hooker’s system. Most contemporary aroid taxonomists (Bogner, 1979; Bogner and Nicolson, 1991; Mayo et al., 1997, 1998) have been strongly influenced by the Englerian views, and some of them have discussed and modified previous systems by incorporating diverse types of information into classifications on cladistic grounds (Grayum, 1990; Mayo et al., 1997). Recently, several molecular phylogenetic studies have been published that provide independent frameworks for evaluating earlier proposals of relationship among aroids (French et al., 1995; Renner and Zhang, 2004; Renner et al., 2004; Tam et al., 2004; Gonçalves et al., 2007) or evolution of specific traits (e.g., atypical bisexual flowers; Barabé et al., 2002, 2004). For over 250 years, botanists have been perplexed by the systematic position of duckweeds, a group of five genera and about 35 species of diminutive, specialized free-floating aquatics consisting of minute fronds or thalli that bear only a few roots (Landoltia, Lemna, Spirodela) or 12 none at all (Wolffia, Wolffiella) and multiply predominantly by asexual means (Hillman, 1961; Landolt, 1986, 1998; Les and Crawford, 1999). A link to aroids has long been suspected (Engler, 1876; Beille, 1935, cited in Lawalrée, 1945; Cronquist, 1981; Takhtajan, 1997), but the extreme morphological reduction in the duckweeds made it difficult to carry out meaningful comparisons for many structural traits routinely used in ascertaining taxonomic limits and relationships among aroids (e.g., Lawalrée, 1945; Landolt, 1986, 1998; Mayo et al., 1995b, 1997; Les et al., 1997, 2002). However, recently published molecular phylogenetic studies have consistently placed the duckweeds among Araceae (French et al., 1995; Barabé et al., 2002; Rothwell et al., 2004), and most contemporary aroid taxonomists now consider the duckweeds to be members of the latter (e.g., Mayo et al., 1995b; Govaerts et al., 2002; Les et al., 2002; Keating, 2002; Renner and Zhang, 2004; Bogner and Petersen, 2007). Phylogenetic classifications such as APG (1998, 2003) also do not recognize Lemnaceae as distinct from Araceae. Nevertheless, evidence for the precise phylogenetic position of the duckweeds within Araceae has remained inconclusive. For instance, in the plastid DNA restriction site analysis of French et al. (1995), Lemna is nested in subfamily Aroideae, but the trnL-trnF DNA sequence analysis conducted by Barabé et al. (2002) placed Lemna as sister to all Araceae sampled except Lysichiton and Symplocarpus. More recently, Rothwell et al. (2004) obtained a similar result. They analyzed sequences of the trnL- trnF IGS of 22 exemplars of Araceae and six species that represented all extant genera of Lemnaceae and found that the duckweeds formed a polytomy with various groups of ―true Araceae.‖ In this study, we assess relationships of aroids and duckweeds using DNA sequence and indel data from coding and noncoding plastid DNA. The regions analyzed include the exons of rbcL and matK plus the 3 portion of the trnK intron (downstream matK) and the trnL-trnF region, which consists mostly of the trnL intron and the IGS between trnL and trnF. These plastid regions have been broadly used for phylogenetic estimation in angiosperms, including previous assessments of various aroid lineages (Barabé et al., 2002; Les et al., 2002; Rothwell et al, 2004; Tam et al., 2004; Renner and Zhang, 2004; Renner et al., 2004; Gonçalves et al., 2007). Our study is aimed at attaining a clearer picture of duckweed relationships to other clades of Araceae and evaluating monophyly and relationships for aroid subfamilies and tribes recognized in the classification of Mayo et al. (1997, 1998). We are also interested in the evolution of the 13 aquatic habit in Araceae. Throughout this paper, genera and suprageneric groups follow Mayo et al. (1997) unless otherwise specified. MATERIALS AND METHODS Taxonomic sample— Exemplars representing 97 of 105 aroid genera accepted in Mayo et al. (1997) and all five genera of duckweeds recognized by Les et al. (2002) were studied. Representatives of other families of Alismatales, including Alisma (Alismataceae), Tofieldia (Tofieldiaceae), Triglochin (Juncaginaceae), as well as of Acorales (Acorus), Chloranthaceae (Hedyosmum), Magnoliales (Magnolia), and Piperales (Piper), were used as outgroups. A list of taxa with voucher information and GenBank accessions is given in Appendix 1; the aligned data matrix was deposited in TreeBase (http://TreeBASE.org; matrix accession number M3914). DNA extraction, amplification, and sequencing— Genomic DNA was usually extracted from fresh or silica-gel-dried material, but in some instances leaf fragments from herbarium specimens were used. Genomic DNA was extracted using a modified 2× cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) procedure based on Doyle and Doyle (1987); DNA extracts were purified with QIAquick minicolumns (Qiagen, Crawley, West Sussex, UK) following the manufacturer’s protocol for cleaning PCR products or precipitated with 100% ethanol at –20°C and purified on a cesium chloride/ethidium bromide density gradient (1.55 g/mL). Amplification of DNA was performed using commercial kits, including PCR Master Mix (Advanced Biotechnologies, Epsom, Surrey, UK) and Taq PCR Core Kit (Qiagen), according to the manufacturers’ protocols. To each PCR reaction tube were added 1% of each primer (100 ng/L) and 2–4% of a 0.4% aqueous solution of bovine serum albumin (BSA) to neutralize phenolic compounds and other potential inhibitors (Kreader, 1996). The rbcL exon was amplified with primers 1F and 1460R (Asmussen and Chase, 2001) or, in the case of degraded DNA from herbarium specimens, using as well internal primers 636F and 724R (Muasya et al., 1998). The PCR program was: 2 min initial denaturation at 94°C; 28–30 cycles of 1 min at 94°C, 30 s at 48°C, and 1 min at 72°C; 7 min final extension at 72°C. When amplification did not yield enough DNA for sequencing, 0.3–0.5 µL of PCR product was used directly as template for a second PCR with the same parameters as before but performing only 14 cycles. The trnK-matK region, including the matK gene and the 3 portion of the trnK intron, was usually amplified as a single segment with primers 19F (Molvray et al., 2000) and trnK2R (Steele and Vilgalys, 1994), and the following PCR parameters: 2 min 30 s at 94°C; 28–32 cycles of 1 min at 94°C, 45 s at 52°C, and an initial 2.5-min extension at 72°C, increasing the time by 8 s on each consecutive cycle with a 7 min final extension at 72°C. 14 However, degraded DNA had to be amplified in smaller fragments using additional primers, including 390F (Sun et al., 2001), 731F (Molvray et al., 2000), 1309F (Civeyrel and Rowe, 2001), and 1326R (Sun et al., 2001). The trnL-trnF region, consisting of the intron in trnL and the trnL-trnF IGS, was amplified either as a single piece with primers c and f or as two fragments with primer combinations c–d and e–f (all from Taberlet et al., 1991). The PCR program was: 2 min at 94°C; 28–35 cycles of 30 s at 94°C; 30 s at 52°C; 2 min at 72°C; final extension of 7 min at 72°C. In some instances, this region could not be reliably amplified using primer c, and in such cases we used instead primer c2 of Bellstedt et al. (2001). Some samples required reamplification, which was conducted as in the first round of PCR but only for 16 cycles, using 0.5 L of the product of the first PCR directly as template. PCR products were purified with QIAquick (Qiagen) or CONCERT (Life Technologies, Paisley, UK) minicolumns following the manufacturers’ protocols. The cleaned products were used in cycle-sequencing reactions with the Big Dye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction kit version 3 or 3.1 (Applied Biosystems, ABI, Warrington, Cheshire, UK). Cycle sequencing was carried out in 5.25 L reactions including 2 L Big Dye, 0.25 L primer at the same concentration as for PCR, and 3 L PCR product. Products of cycle-sequencing were purified by ethanol precipitation or with Centri-Sep Sephadex columns (Princeton Separations, Adelphia, New Jersey, USA). Both DNA strands were sequenced in an ABI 377 automated sequencer or a 3100 Genetic Analyzer. The chromatograms were edited and assembled with Sequencher versions 3.1–4.1 (GeneCodes Corp., Ann Arbor, Michigan, USA). Sequences of both coding regions (rbcL and matK) were aligned visually trying to maximize similarity (Simmons, 2004). The trnK intron and the trnL-trnF region were initially aligned with Clustal W (Thompson et al., 1994) and subsequently adjusted visually following the recommendations of Kelchner (2000). A 233-bp segment of the trnL intron could not be aligned unambiguously and was excluded from the analyses; the excluded portion amounts to about 4.3% of the data cells of the combined data set. Phylogenetic analyses— Previous phylogenetic analyses of aroids (Gonçalves et al., 2007) and duckweeds (Les et al., 2002) based on plastid DNA sequences, including those studied here, have shown that both resolution and overall bootstrap support for clades improve when multiple DNA regions are analyzed in combination. Analyses of the separate and combined plastid data sets performed using the program PAUP* version 4.0b10 for Macintosh (Swofford, 2002) and consisted of heuristic searches with 1000 replicates of random sequence addition with the MulTrees option (keeping multiple trees) activated and tree-bisection-reconnection (TBR) branch swapping, saving up to 20 trees per replicate to reduce the time spent in swapping large islands of trees (Maddison, 1991). All characters were unordered and equally weighted. Individual gap positions were treated as missing data, but all nonautapomorphic indels were coded using the simple method of Simmons and Ochoterena (2000) and appended to the sequence matrices as presence/absence characters. Internal support for clades was evaluated by nonparametric bootstrapping (Felsenstein, 15 1985), performing 500 bootstrap replicates, each with five heuristic replicates and TBR branch swapping, saving up to 20 shortest trees per replicate. We also conducted a model-based analysis of the combined data set, excluding the indels, using Bayesian Markov chain Monte Carlo (MCMC) inference (Yang and Rannala, 1997) as implemented in the computer program MrBayes version 3.1.2 (Ronquist et al., 2005). A six-parameter model of molecular evolution with gamma distribution (Yang, 1993) and a proportion of invariant characters (Reeves, 1992) fit best each of the three separate data sets (rbcL, trnK-matK, and trnL-trnF) in the program Modeltest 3.7 (Posada and Crandall, 1998) using both the likelihood ratio test (Goldman, 1993) and the Akaike information criterion (Akaike, 1974). Accordingly, the GTR + I + G model was set in MrBayes. Two independent analyses, each running four Markov chains and starting with a random tree, were run simultaneously for 3200000 generations, sampling trees every hundredth generation. The temperature of the heated Markov chains was set to 0.2. Values for the rate matrix and proportion of each nucleotide were estimated from the data as part of the analyses. Stationarity of log likelihoods was reached around generation 100000, and the first 800000 generations (25% of the trees) of each analysis were discarded as the burn-in (Ronquist et al., 2005). Majority-rule consensus trees of the pooled 48000 remaining trees (24000 from each run) were calculated using PAUP*, and inferences about relationships and posterior probabilities (PP) were based on these trees. RESULTS Maximum parsimony analyses— Data and statistics for each region analyzed separately (Appendices S1–S5; see Supplemental Data with the online version of this article) and the combined data set are summarized in Table 1. The combined matrix of all five regions consisted of 5188 characters, 1683 (32.4%) of which were parsimony informative. The heuristic search found 1105 shortest trees with a length of 7144 steps, an ensemble consistency index (CI, including parsimony uninformative characters; Kluge and Farris, 1969) = 0.50, and an ensemble retention index (RI; Farris, 1989) = 0.71. Figure 1 shows the strict consensus of the 1105 most parsimonious trees (MPTs), which is more resolved than any of the consensus trees from the three separate analyses (not shown). Likewise, overall clade support is higher than for any of the separate analyses, with 81 clades receiving BPs greater than 50, and 70.4% of them attaining a BP greater than 85. Acorus is sister (BP 100) to Alismatales (BP 100), the latter consisting of a clade with Tofieldia moderately supported (BP 82) as sister to Triglochin-Alisma (BP 100). Araceae are strongly supported (BP 100) and within them diverge successively the following: Gymnostachydoideae/Orontioideae (BP 91), Lemnoideae (BP 100), Pothoideae/Monsteroideae (BP 100), Lasioideae (BP 100), and 16 paraphyletic Aroideae including Calla (Calloideae) (BP 72). Pothoideae (BP 100) comprise Potheae, including Pothos, Pothoidium, and Pedicellarum (BP 100), and monogeneric Anthurieae. Monsteroideae (BP 100) include a trichotomy with strongly supported Spathiphylleae (BP 100) and two further clades in which monotypic tribes Heteropsideae (Heteropsis) and Anadendreae (Anadendrum) are intermingled with genera of Monstereae. Internal relationships in Lasioideae (BP 100) obtained little support; Urospatha is sister to the rest, with Dracontium, Dracontioides, and Anaphyllopsis forming a trichotomy (BP 84) sister to a polytomy consisting of Lasimorpha through Lasia (BP 57). The group consisting of Stylochaeton sister to Zamioculcas/Gonatopus (BP 92) is sister to the rest of Aroideae (including Calla of Calloideae) (BP 84). The next clade to diverge within Aroideae includes Calla (Calloideae) as sister (BP < 50) to Cryptocoryneae/Schismatoglottideae (BP 100). Farther up the tree, Anubias and Callopsis diverge successively, followed by a clade in which Culcasieae are sister to Homolameneae/Philodendreae are sister (BP < 50), and all these are sister to another clade in which Aglaonemateae/Nephthytideae (BP 96) are collective sisters of a weakly supported group (BP < 50) consisting of Zantedeschia and a polytomy comprising Dieffenbachieae/Spathicarpeae (BP 100). Culcasieae through Spathicarpeae is sister to a clade in which Montrichardia is sister (BP < 50) to Thomsonieae (BP 89) plus Caladieae (including Zomicarpeae) and the core aroid clade (BP 100) within which the group comprising Ambrosineae through Arophyteae (BP 97) is sister to a colocasioid grade (BP 100) that includes Pistieae and Arisaemateae/Areae. Bayesian analysis— The summary Bayesian tree is shown in Fig. 2. In most respects, the relationships recovered by the Bayesian analysis mirror those depicted in the strict consensus of the combined parsimony analysis (Fig. 1). The major differences between them are in the positions of Stylochaeton/Zamioculcadeae and Calla. Whereas in the parsimony tree Stylochaeton/Zamioculcadeae are moderately supported as sister to Aroideae (including Calla; BP 72), in the Bayesian results Stylochaeton/Zamioculcadeae are sister to a weakly supported clade (PP 0.55) formed by Lasioideae and Aroideae. As in the parsimony results, the Bayesian analysis has Calla nested among members of Aroideae sensu Mayo et al. (1997). However, in the parsimony analysis, Calla is recovered as sister to Cryptocoryneae/Schismatoglottideae, 17 whereas in the Bayesian analysis, Calla is sister to the core Aroideae including Pseudodracontium through Arum (PP 0.76; Fig. 2). Cryptocoryneae/Schismatoglottideae in turn are sister to the Calla/core Aroideae clade with strong support (PP 0.95). Other differences with respect to the parsimony analysis include the positions of Montrichardia and Zantedeschia, but these alternatives obtained only weak support. DISCUSSION Familial, subfamilial, and tribal limits and relationships— Mayo et al. (1997) recognized seven subfamilies in Araceae, namely Gymnostachydoideae, Orontioideae, Pothoideae, Monsteroideae, Lasioideae, Aroideae, and Calloideae. Our results support the recognition of the first five subfamilies, but Calla palustris, the sole member of Calloideae, is nested in Aroideae (Figs. 1, 2; see later), whereas the association of Stylochaeton and its sister group, Zamioculcadeae, to other Aroideae is only weakly supported by parsimony and was not recovered by the Bayesian analysis. On the other hand, this study provides evidence supporting inclusion of the duckweeds in Araceae, showing that they are sister to the true Araceae of Mayo et al. (1997). In the following paragraphs, we discuss each of the major clades recovered by our analyses and argue for recognition of eight subfamilies within Araceae. Our proposal differs from the system of Mayo et al. (1997) in that the duckweeds are included in Araceae as subfamily Lemnoideae, Calla is included in Aroideae, and subfamily Zamioculcadoideae are accepted, but their original circumscription (Bogner and Hesse, 2005) is broadened to include also Stylochaeton. We also consider issues related to monophyly and delimitation of the tribes recognized by Mayo et al. (1997). “Proto-Araceae”: Gymnostachydoideae and Orontioideae— A close relationship between Gymnostachys, the sole member of subfamily Gymnostachydoideae, and Orontioideae was unsuspected until the 1990s. Instead, Gymnostachys was often associated with Acorus, either within Araceae (e.g., Schott, 1860; Engler, 1905, 1920; Hotta, 1970) or as a distinct family (Engler, 1876). Early molecular studies based on plastid DNA restriction site variation and sequence data yielded conflicting hypotheses concerning Gymnostachys. On the one hand, Duvall et al.’s (1993a, b) analyses of rbcL sequences placed Gymnostachys as sister to the other aroids (with Lemna nested among them) and identified 18 Acorus as the sister of the rest of the monocots, whereas the plastid DNA restriction site analysis of Davis (1995) grouped Gymnostachys with Acorus as sister to the rest of the monocot clade, with the two other aroids studied by them (Arisaema and Symplocarpus) either being sister to one another and then to the alismatids or forming a polytomy with the alismatids. Grayum (1987) and Rudall and Furness (1997) provided ample morphological evidence supporting the removal of Acorus from Araceae, and their observations have been corroborated by several molecular analyses (e.g., Duvall et al., 1993a, b; Chase et al., 1993, 1995a, b, 2000, 2006; this study). In recent classifications, Gymnostachys has been included in Araceae either as a member of subfamily Pothoideae (Grayum, 1990) or as a subfamily on its own (Bogner and Nicolson, 1991; Mayo et al., 1997, 1998). Our study strongly supports Gymnostachys being sister to Orontioideae, in agreement with the plastid DNA restriction site analysis of French et al. (1995), the morphology-based analysis of Mayo et al. (1997), and a cladistic analysis of DNA sequences of plastid trnL-trnF by Tam et al. (2004). On morphological grounds, Gymnostachys differs greatly from Orontioideae, and from all other Araceae, in having linear, somewhat plicate leaves with serrate margins, undivided into blade and petiole, as well as an inconspicuous spathe and a monopodial synflorescence consisting of several floral sympodia borne on an upright scape (Mayo et al., 1997; Buzgo, 2001). However, Buzgo (2001) noted several structural and developmental similarities between Gymnostachys and both Symplocarpus and Lysichiton (Orontioideae), including perigone tetramery, unidirectional development of the inner whorls of tepals and stamens, and orthotropous, pendant ovules. Therefore, reproductive morphology mirrors our molecular data in pointing to a close relationship between Gymnostachys and Orontioideae. Tam et al. (2004) suggested combining Gymnostachys and the orontioids in a single subfamily, but in the view of most of us (except MWC), the unique habit and inflorescence morphology of Gymnostachys justifies its maintenance as a distinct subfamily (Bogner and Nicolson, 1991; Mayo et al., 1997, 1998; Buzgo, 2001). Placements of Orontium, Symplocarpus, and Lysichiton have varied among the various aroid classifications. For instance, Engler (1876) placed all these genera in Symplocarpeae (= Orontieae) within subfamily Pothoideae but later (1920) transferred Symplocarpeae to subfamily Calloideae. Hutchinson (1973), largely based on previous proposals by Schott (1860) and Hooker (1883), accommodated Orontium and Lysichiton in tribe Orontieae but included Symplocarpus in tribe Dracontieae. Grayum (1990) considered all these genera as members of 19 Lasioideae, placing Symplocarpus and Lysichiton in tribe Symplocarpeae but Orontium in tribe Orontieae. Bogner and Nicolson (1991) resurrected Engler’s (1876) concept of Orontieae to include Lysichiton, Orontium, and Symplocarpus but assigned them to subfamily Lasioideae. Recently, Mayo et al. (1997) raised Orontieae sensu Bogner and Nicolson (1991) to subfamilial rank (as Orontioideae). This group is strongly supported in our analyses (Figs. 1, 2). All three genera consist of helophytes (Orontium often immersed), but there are no unambiguous morphological features that diagnose them as a group. Mayo et al. (1997, 1998) listed a set of characters as distinctive of this group: a nonlinear, expanded leaf blade, anatropous or hemianatropous ovules, and sparse or absent endosperm. However, an expanded leaf blade occurs throughout the aroids except in the highly modified Gymnostachydoideae and Lemnoideae and is also present in many alismatids. Buzgo (2001) found that the ovule in Lysichiton is orthotropous, whereas that of Orontium is hemianatropous, and in addition he cited differences in gynoecium development. Nevertheless, and in spite of the lack of clear structural diagnostic features, Orontioideae are consistently recovered as monophyletic by plastid DNA sequences, in agreement with their current subfamilial status. Duckweeds (Lemnoideae)— The duckweeds have long been believed to be closely related to Araceae, but their precise relationships have remained unclear (e.g., Mayo et al. 1997 and references therein). Recently published molecular phylogenetic studies have placed Lemna and its allies in Araceae, although the phylogenetic position of the former varied among these studies or was unresolved. As noted earlier, French et al.’s (1995) plastid DNA restriction site analysis of Araceae placed Lemna among representatives of Aroideae, but in the trnL-trnF analysis of Barabé et al. (2002) Lemna is sister to the ―true Araceae‖ of Mayo et al. (1997). However, in the analysis of the trnL-trnF IGS by Rothwell et al. (2004), the duckweeds formed a polytomy with various groups of ―true Araceae.‖ Our data place the duckweeds as the strongly supported sister group of the ―true Araceae,‖ in agreement with the findings of Barabé et al. (2002) and with palynological evidence (Hesse, 2006). Therefore, the inclusion of Lemna and its allies in Araceae, as suggested by several workers (e.g., Engler, 1876; Mayo et al., 1995b; Govaerts et al., 2002; Keating, 2002; Hesse, 2006; Bogner and Petersen, 2007), is fully justified from a phylogenetic standpoint. Maintaining 20 Lemnaceae as a distinct family results in paraphyly of Araceae. Araceae sensu Mayo et al. (1997) could be split to maintain Lemnaceae, creating a new family for the ―proto-aroids‖ or a new family each for Gymnostachys and the orontioids. In this way, Araceae would contain only the ―true Araceae‖ of Mayo et al. (1997). However, we see no advantage in dismembering this natural group, with the ensuing loss of phylogenetic information and inflation of nomenclature. Pothoideae and Monsteroideae— Both these subfamilies are strongly supported as monophyletic by our data, as is their sister- group relationship (Figs. 1, 2). Within Pothoideae, monogeneric tribe Anthurieae (Anthurium) is sister to Potheae. All three genera of Potheae (Pothos, Pedicellarum, and Pothoidium) possess main axes with monopodial growth (a feature only otherwise found among the aroids in the monsteroid genus Heteropsis) and flowering shoots always with axillary inflorescences. Potheae are restricted to Southeast Asia, Madagascar, and eastern Australia, whereas Anthurium, with sympodial growth, is restricted to the Neotropics (Mayo et al., 1997). In all these genera, the secondary and tertiary veins are reticulate, and the spathe does not enclose the spadix. Although Pothoideae have long been recognized as a subfamily (e.g., Engler, 1876, 1920; Grayum, 1990), some authors have included Anthurium in Lasioideae (Bogner and Nicolson, 1991). Within Monsteroideae, tribe Monstereae are paraphyletic with monogeneric tribe Heteropsideae nested in a strongly supported clade consisting of Stenospermation, Heteropsis, Alloschemone, and Rhodospatha (all these belonging in Monstereae sensu Mayo et al., 1997). This result is in agreement with the analysis of Tam et al. (2004) based on sequences of trnL- trnF. Anadendrum (Anadendreae) is placed in another strongly supported clade in which it forms a trichotomy with Rhaphidophora and (Scindapsus-(Monstera-(Epipremnum-Amydrium))). Tribal monophyly would be achieved by expanding Heteropsideae to also include Stenospermation, Alloschemone, and Rhodospatha, as suggested by Tam et al. (2004). All these genera have a basic chromosome number x = 14 and are exclusively neotropical. On the other hand, Monstereae might be redefined to include Anadendrum, Rhaphidophora, Scindapsus, Monstera, Epipremnum, and Amydrium, all with a basic chromosome number of x = 15 and an Old World tropical distribution, except for neotropical Monstera. These two monsteroid clades form a trichotomy with Spathiphylleae, which consist of Spathiphyllum and Holochlamys. The last two genera share with Monstereae, as defined before, a basic chromosome number x = 15 21 (Mayo et al., 1997; Bogner and Petersen, 2007), which may be an indication of a closer relation of Spathiphylleae with Monsterae than with Heteropsideae. Lasioideae— Bogner and Nicolson (1991) proposed tribe Lasieae to include 10 genera, and Mayo et al. (1997) recognized this group at subfamilial rank. We analyzed nine of the 10 genera accepted by Mayo et al. (1997), and these form a strongly supported group (BP 100, PP 1). Members of this group share some distinctive features such as no starch in the pollen grains, well-developed basal ribs of primary leaf veins, dracontioid leaf-margin development, basipetal flowering sequence, anthers dehiscing by oblique pore-like slits, and a basic chromosome number of x = 13. Relationships within this group are only weakly supported, except for a clade formed by the neotropical genera Dracontium, Dracontioides, and Anaphyllopsis (BP 84, PP 1.00). Another clade consists of the Old World tropical genera (Lasimorpha, Podolasia, Pycnospatha, Cyrtosperma, and Lasia), but this obtained only weak support (BP 57). On the other hand, Urospatha is placed by parsimony as sister to a clade encompassing the two aforementioned monophyletic groups, but in the Bayesian analysis it is sister to the Dracontium clade (Fig. 2). Expanded Zamioculcadoideae, including Stylochaeton— Recently, Bogner and Hesse (2005) proposed a new subfamily, Zamioculcadoideae, to include the distinctive genera Zamioculcas and Gonatopus. These have been placed in recent classifications either in Pothoideae (Grayum, 1990), Lasioideae (Bogner and Nicolson, 1991), or Aroideae (Mayo et al., 1997, 1998). The new subfamily was diagnosed by the possession of a unique type of pinnatisect or trisect leaves, absence of laticifers and biforines, perigone with four free tepals, zona-aperturate pollen grains with a double tectum, and the capacity to propagate from fallen leaflets (Hesse et al., 2001; Bogner and Hesse, 2005). Bogner and Hesse (2005) also discussed the systematic position of Stylochaeton, the only other aroid genus with unisexual flowers that also has perigoniate flowers, but because it lacks the distinctive leaf and pollen features of Zamioculcas and Gonatopus, those authors concluded that it does not fit into their concept of Zamioculcadoideae. Grayum (1990) considered Stylochaeton an isolated and primitive genus without any clear link to Zamioculcadeae (including Zamioculcas and Gonatopus), placing it in subfamily Lasioideae. On the other hand, in the morphological 22 cladogram of Araceae in Mayo et al. (1997), Zamioculcadeae and monotypic Stylochaetonae branch off successively at the basal nodes of Aroideae. In our study, Stylochaeton is strongly supported (BP 92, PP 1.00) as sister to Zamioculcas-Gonatopus. Recognizing Zamioculcadoideae but leaving out Stylochaeton breaks up this relationship and results in paraphyly of Aroideae, unless a further subfamily is created for Stylochaeton. We find this last option unappealing and argue here for the expansion of Zamioculcadoideae to include also Stylochaeton. Thus redelimited, Zamioculcadoideae consist of geophytic plants restricted to sub- Saharan Africa, lacking laticifers and having perigoniate, unisexual flowers. Aroideae, including Calla (formerly Calloideae)— Calla palustris, the only member of subfamily Calloideae sensu Bogner and Nicolson (1991; Mayo et al., 1997, 1998), has been referred to as a highly autapomorphic taxon of obscure affinities (Mayo et al., 1997). Indeed, Calla is puzzling because of its peculiar combination of features, including bisexual flowers with some staminate flowers at the apex of the spadix (a condition reminiscent of Orontium, Orontioideae) and absence of a perigone—which seems to link it to Aroideae but is also typical of many Monsteroideae. In the cladogram of Mayo et al. (1997), Calla is the earliest member of the ―true Araceae‖ to diverge, being sister to all the other Araceae except the protoaroids, but the plastid DNA restriction site analysis of French et al. (1995) placed Calla as sister to a clade matching subfamily Aroideae sensu Mayo et al. (1997). Our combined parsimony analysis (Fig. 1) places Calla within the clade that is sister to the rest of subfamily Aroideae (excluding Stylochaeton, Zamioculcas, and Gonatopus, here placed in an expanded subfamily Zamioculcadoideae; discussed before), with bootstrap support <50; its sister clade is strongly supported and composed of Cryptocoryneae/Schismatoglottideae. Our Bayesian analysis (Fig. 2) also places Calla within Aroideae but in a strongly supported clade (PP 0.95) containing Cryptocoryneae and Schismatoglottideae as collective sisters to a weakly supported (PP 0.76) group in which Calla is in turn sister to a clade containing various tribes of derived Aroideae (Pseudodracontium through Arum in Fig. 2; PP 1.00). It is worth noting that in both analyses, Calla, a helophyte, is located near tribes Cryptocoryneae and Schismatoglottideae, which consist predominantly of helophytic and rheophytic species. Given its embedded position within Aroideae, Calla must be included in that subfamily, and tribal status (as Calleae Schott) seems advisable in view of its peculiar morphology. 23 Aroideae as understood here (i.e., including Calla but excluding Stylochaeton, Zamioculcas, and Gonatopus) obtained strong support (BP 84, PP 1.00) and morphologically is distinguished by several features, such as the aperigoniate, unisexual flowers (except Calla) and laticifers (except Pistia). Both aperigoniate flowers and laticifers represent putative synapomophies of Aroideae, but unisexual flowers are symplesiomorphic (they are also present in Zamiculcadoideae). The clade including Schismatoglottideae-Cryptocoryneae (and Calla, in the combined parsimony analysis) is sister to the rest. Monogeneric Anubiadeae (Anubias) and Callopsideae (Callopsis) diverge successively, and the last is weakly supported as sister to the rest of Aroideae (BP < 50, PP 1.00). In the Bayesian analysis, Montrichardia (Montrichardieae) formed a polytomy with two strongly supported clades of Aroideae, but in the parsimony strict consensus it was recovered as sister to one of them with a BP < 50. The remaining Aroideae form a weakly supported major clade that in turn contains two groups. The first of them includes, on the one hand, members of Culcasieae, Philodendreae, Homalomeneae, Aglaonemateae, and Nephthytideae, and on the other Zantedeschieae, Dieffenbachieae, and Spathicarpeae. Philodendreae (Philodendron) and Homalomeneae (Homalomena) form a strongly supported sister to Culcasieae (Culcasia and Cercestis). The last relationship is weakly supported by the bootstrap (BP < 50) but obtained a high posterior probability (PP 0.97). These three groups—Philodendreae, Homalomeneae, and Culcasieae— consist mainly of climbing hemiepiphytes that possess resin canals in roots, stems, and leaves and sclerotic hypodermis in the roots. Given their close relationship and great morphological similarity, these three tribes might be merged in a more inclusive concept of Philodendreae. Tribe Aglaonemateae, consisting of Aglaonema and Aglaodorum, are sister to Nephthytideae (Nephthytis, Anchomanes, and Pseudohydrosme). Both of these strongly supported tribes share adjacent male and female flower zones, free stamens, and collenchyma arranged in threads peripheral to the vascular strands of leaf blades and petioles (with the exception of Nephthytis, in which collenchyma can form interrupted bands; Keating, 2002). Aglaonemateae and Nephthytideae jointly are sisters to a clade in which Zantedeschia is weakly supported as sister to a strongly supported group containing all members of Dieffenbachieae and Spathicarpeae. Our analyses failed to provide evidence for the monophyly of Dieffenbachieae and Spathicarpeae as classified by Mayo et al. (1997). Both the parsimony and the Bayesian analyses recovered two clades of genera of Spathicarpeae, namely Synandrospadix, Spathicarpa, and 24 Taccarum (BP 64, PP 1.00) and Mangonia, Asterostigma, Spathantheum, and Gorgonidium (BP < 50, PP 0.83). In the parsimony consensus tree these two clades form a polytomy with Bognera, Gearum, and Dieffenbachia, which does not exclude the possibility of monophyly. However, in the Bayesian tree Dieffenbachieae are paraphyletic, with Bognera occupying an isolated position and Dieffenbachia embedded in Spathicarpeae as sister of the Mangonia clade (PP 0.95). Thus, all these closely related genera might best be merged in a single tribe pending further study, with Spathicarpeae having nomenclatural priority. These results are in agreement with a recently published phylogenetic analysis of the genera of Spathicarpeae and Dieffenbachieae by Gonçalves et al. (2007) based on plastid DNA sequences and morphology and a broader taxonomic sample, in which they expand Spathicarpeae to include also Bognera and Dieffenbachia. The group is nearly exclusively South American, with only Dieffenbachia spreading through Central America north to southeastern Mexico. The last major clade of Aroideae recovered by our analyses is strongly supported (BP 100, PP 1.00) and consists of two groups. In the first group, tribe Thomsonieae (Amorphophallus and Pseudodracontium) are strongly supported as sister of Caladieae, in which paraphyletic Zomicarpeae are nested. Of the genera included in Zomicarpeae by Mayo et al. (1997), Ulearum and Filarum are sisters to each other, whereas Zomicarpella is strongly supported as sister to Scaphispatha (BP 100, PP 1.00) within a weakly supported clade of Caladieae that also includes Chlorospatha and Xanthosoma. Mayo et al. (1997) grouped tribes Caladieae and Zomicarpeae in their ―Caladium alliance,‖ and the mingling of their constituent genera in the molecular trees supports the inclusion of all of them in a more broadly defined Caladieae, as in Keating (2002). Thus redefined, Caladieae are supported by two putative morphological synapomorphies, i.e., anastomosing laticifers and at least a partial adnation of the female part of the spadix to the spathe (Mayo et al., 1997; Keating, 2002). Such adnation is more evident in the genera previously assigned to Zomicarpeae but only because of the smaller number of female flowers they produce. Except for Southeast Asian geophytes of the genus Hapaline, the tribe is restricted to the neotropics. In our analyses, Hapaline is the weakly supported sister of Jasarum, a distinctive genus consisting of a single species that is a submerged aquatic in oligotrophic upland streams (Mayo et al., 1997). The second group (BP 100, PP 1.00) encompasses a clade with monotypic tribes Ambrosinae (Ambrosina) and Arisareae (Arisarum) as collective sisters of another clade formed by 25 Peltandreae and Arophyteae. Both Ambrosina and Arisarum have reticulate higher order venation, basal placentation, and copious endosperm. The two genera of Peltandreae, Peltandra and Typhonodorum, do not group with each other in the strict consensus of the parsimony analysis, but they form a clade in the Bayesian tree (PP 0.81). Both genera consist of helophytes inhabiting fresh and brackish water, but they have a bizarre disjunction, with Peltandra restricted to eastern North America and Typhonodorum found in the Comores, Madagascar, Mauritius, and some islands off the coast of Tanzania (Mayo et al., 1997). The Madagascan endemic tribe Arophyteae obtained moderate and strong support in the parsimony and Bayesian analyses, respectively. The clade formed by Ambrosinae, Arisareae, and Peltandreae is sister to the ―Pistia clade‖ as defined by of Renner and Zhang (2004), which consists of genera placed by Mayo et al. (1997) in tribes Pistieae, Colocasieae, Arisaemateae, and Areae. Our results do not support monophyly of Colocasieae, in which a clade formed by Arisaemateae (Arisaema, Pinellia) and Areae (Typhonium, Eminium, Helicodiceros, Biarum, Dracunculus, and Arum) is nested. Alocasia is weakly supported as sister to the Arisaemateae/Areae clade in the parsimony analysis (BP 57) but strongly so in the Bayesian analysis (PP 1.00). The recently published study of the ―Pistia clade‖ by Renner and Zhang (2004), based on noncoding plastid and mitochondrial DNA, recovered Colocasieae as paraphyletic to Arisaemateae and Areae, but in their tree the species of Colocasia sampled (C. gigantea) grouped with two species of Alocasia as collective sisters of the Arisaemateae-Areae clade. In our Bayesian tree, Protarum (Colocasieae sensu Mayo et al., 1997) is sister to a weakly supported clade (PP 0.66) consisting of Pistia (Pistieae) as sister of the remaining Colocasieae plus Arisaemateae and Areae, but in the parsimony strict consensus tree Protarum and Pistia are sister taxa with BP < 50 (Figs. 1, 2). In the study of Renner and Zhang (2004: Fig. 3), Protarum and Pistia form a polytomy with a clade that includes other Colocasieae, Areae, and Arisemateae. These results suggest the need to revise the current tribal limits of Colocasieae. Distinctive Protarum should be removed from Colocasieae to monotypic Protareae, as proposed by Engler (1920), but resolution of relationships among Colocasia, Alocasia, and the other Colocasieae requires further study, including more thorough sampling. Arisaemateae, consisting of Pinellia and Arisaema, obtained only BP < 50 and PP 0.57, and there are no obvious morphological features permitting diagnosis. On the other hand, Typhonium, Eminium, Helicodiceros, Biarum, Dracunculus, and Arum all belong in the strongly 26 supported (BP 99, PP 1.00) tribe Areae of Mayo et al. (1997). This tribe is predominantly Mediterranean and Asian (with Typhonium reaching Australia) and includes plants from temperate, seasonally dry, cold environments. Evolution of the aquatic habit in Araceae— With the exception of the highly autapomorphic Gymnostachys, all of the small clades diverging at the basalmost nodes consist of aquatic plants: Orontioideae are helophytes, and Lemnoideae include only free-floating aquatics. Several additional, independent invasions of the aquatic habitat have occurred in subfamilies Lasioideae (nearly all genera) and Aroideae (mainly Calla, Cryptocoryneae, Schismatoglottideae, Peltandreae, Anubias, Montrichardia, Jasarum, and Pistia). All these are secondarily aquatic in a morphologically canalized aroid clade and have the characteristic aroid features. However, both orontioids and duckweeds are much simpler and diverged from the main aroid line before morphology became canalized in the manner now considered to be the hallmark of the family. Thus, the early evolution of the aroid lineage, estimated to have occurred more than 120 million years ago as indicated by early Cretaceous pollen assigned to tribe Spathyphylleae (Friis et al., 2004), appears to have involved ―experimentation‖ with a wide range of habits and inflorescence architectures, which were later canalized in the main aroid clade into the typical highly stereotyped syndrome of spathe and spadix. This group then underwent a major radiation in the tropics, more recently evolving again into tropical aquatic habitats (e.g., Pistia, Cryptocoryne) and temperate environments (Areae). Both protoaroids and duckweeds, lacking the canalized development typical of the family, have not undergone a comparable radiation of taxa. This same pattern—a few, relatively species-poor, morphologically atypical lineages diverging prior to a major morphological canalization—is found in most other large plant families as well, including orchids, grasses, sedges, legumes, and composites (cf. Chase, 2004). Many of these atypical lineages have also been proposed as separate families, as in the case of the duckweeds. Several earlier workers have pointed to the morphological and ecological similarities between the duckweeds and Pistia as evidence of a close relationship (reviewed in Landolt, 1986, 1998; Mayo et al., 1995b, 1997; Stockey et al., 1997; Lemon and Posluszny, 2000b; Les et al., 2002), but both DNA sequence data (Barabé et al., 2002; Rothwell et al., 2004; this paper) and structural studies (Mayo et al., 1997 and references therein; Hesse, 2006) have shown that 27 these two groups are only distantly related. The duckweeds are an early offshoot of the aroid lineage and are represented in the fossil record since the late Cretaceous by the genus Limnobiophyllum (Kvaček, 1995; Stockey et al., 1997), whereas the oldest fossils attributable to Pistia date back only to late Oligocene/early Miocene (Renner and Zhang, 2004; Wilde et al., 2005). Their similarities are best interpreted as independent evolutionary acquisitions resulting from adaptation to the aquatic environment (Landolt, 1986, 1998; Rothwell et al., 2004; cf. Grace, 1993). However, the notable likeness of Pistia in habit and development to the duckweeds (Lemon and Posluszny, 2000a, b) makes Pistia a useful living model of the sort of modifications that may have led to the extreme reduction and specialization of the duckweeds. CONCLUDING REMARKS This is the first molecular phylogenetic study that includes a nearly complete generic sample of aroids and all extant genera of duckweeds, as well as representatives of other alismatids and nonmonocot outgroups, to assess monophyly and relationships of the major lineages of Araceae. The position of the duckweeds (subfamily Lemnoideae) as sister of all other Araceae except the ―proto-aroids‖ is strongly supported. The delimitation of most subfamilies, tribes, and informal alliances proposed by Mayo et al. (1997) is consistent with the phylogenetic trees, with the notable exception of Aroideae, which is paraphyletic unless Calla, placed in its own subfamily (Calloideae), is included. The recently proposed subfamily Zamioculcadoideae is supported by our data but should also include Stylochaeton because retaining it in Aroideae, as proposed by Bogner and Hesse (2005), renders the latter nonmonophyletic. The following eight subfamilies might then be recognized in Araceae (in ascending order of their branching in the phylogenetic trees): Gymnostachydoideae, Orontioideae, Lemnoideae, Pothoideae, Monsteroideae, Lasioideae, Zamioculcadoideae, and Aroideae. Our phylogenetic hypotheses are derived from DNA sequence data from a single compartment of the plant genome (plastid DNA), and it would be desirable to compare them with results from other sources of evidence, including, for instance, nuclear markers and structural characters. We hope that the ideas presented here stimulate further research focused on producing a better understanding of the evolution of this highly diverse group of monocots. 28 LITERATURE CITED AKAIKE, H. 1974. A new look at the statistical model identification. IEEE Transactions on Automatic Control 19: 716–723. APG [ANGIOSPERM PHYLOGENY GROUP]. 1998. An ordinal classification for the families of flowering plants. Annals of the Missouri Botanical Garden 85: 531–553. 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Appendix 1. Voucher information and GenBank accession numbers for taxa used in this study. Herbarium acronyms or botanical gardens: Bot. Gard. Osaka City Univ. = Botanical Garden Osaka City University, Osaka, Japan; CHRB = Rutgers University-Cook College, New Brunswick, New Jersey, USA; CONN = University of Connecticut, Storrs, Connecticut, USA; K = Royal Botanic Gardens, Kew,UK; L = Herbarium Nederland, Leiden University branch, Leiden, Netherlands; M = Botanische Staatssammlung München, Munich, Germany; MEXU = Herbario Nacional de México, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, Distrito Federal, Mexico; MO = Missouri Botanical Garden, Saint Louis, Missouri, USA; MT = Université de Montréal, Montréal, Québec, Canada; NCU = University of North Carolina, Chapel Hill, North Carolina, USA; SING = Singapore Botanic Gardens, Singapore, Singapore; UPS = Uppsala University, Uppsala, Sweden; — = not available. FAMILY. Species, Voucher (Herbarium), GenBank accessions (+ = sequenced as two separate fragments): rbcL, matK-trnK, trnL-F. ACORACEAE. Acorus calamus L., French 232 (CHRB), M91625, —, —; A. calamus, L. Tamura & Yamshita 6008 (Bot. Gard. Osaka City Univ.), —, AB040154, —; A. calamus L., Joly 226 (MT), —, —, AY054741. ALISMATACEAE. Alisma canaliculatum A.Braun & C.D.Bouché, Tamura & Fuse 10018 (Bot. Gard. Osaka City Univ.), —, AB040179, —; A. plantago-aquatica L., Les s.n. (CONN), L08759, —, —; A. plantago aquatica L, Chase 11275 (K), —, —, AM932372 + AM933368, 35 ARACEAE. Aglaodorum griffithii (Schott) Schott, Bogner 1767 (M), AM905758, AM920580, AM932318 + AM933314. Aglaonema modestum Schott ex Engl., Chase 10671 (K), AM905757, AM920579, —; A. modestum Schott ex Engl., Barabé & Chantha 86 (MT), —, —, AY054700. Alloschemone occidentalis (Poepp.) Engl. & K.Krause, Chase 9996 (K), AM905744, AM920566, AM932310 + AM933306. Alocasia odora (Roxb.) K.Koch., Chase 10674 (K), AM905802, AM920624, —; A. odora (Roxb.) K.Koch., Barabé & Chantha 93 (MT), —, —, AY054705. Ambrosina basii L., Chase 12339 (K), AM905798, AM920620, AM932348 + AM933344. Amorphophallus hottae Bogner & Hett., Lam s.n. (L), AM905785, AM920607, —; A. paeoniifolius (Dennst.) Nicolson, Barabé & Chantha 98 (MT), —, —, AY054703. Amydrium humile Schott, Chase 9974 (K), AM905745, AM920567, —; A. zippelianum (Schott) Nicolson, Barabé & Chantha 99 (MT), —, —, AY054735. Anadendrum sp., Chase 9985 (K), AM905740, AM920547, AM932308 + AM933304. Anaphyllopsis americana (Engl.) A.Hay, Chase 11914 (K), AM905753, AM920575, —; A. americana (Engl.) A.Hay, Barabé 83 (MT), —, —, AY054726. Anchomanes difformis (Blume) Engl., Chase 10687 (K), AM905761, AM920583, —; A. difformis (Blume) Engl., Barabé 155 (MT), —, —, AY054711. Anthurium acaule (Jacq.) Shott, Chase10884 (K), AM905735, AM920557, —; A. jenmanii Engl., Barabé & Chantha 92 (MT), —, —, AY054730. Anubias barteri Schott, Chase 10997 (K), AM905756, AM920578, —; A. barteri Schott, Barabé & Chantha 90 (MT), —, —, AY054710. Aridarum nicholsonii Bogner, Bogner 2835 (M), AM905784, AM920606, AM932337 + AM933334. Ariopsis peltata J.Grah., Chase 11913 (K), AM905804, AM920626, AM932352 + AM933348. Arisaema franchetianum Engl., Chase 10478 (K), AM905806, AM920628, AM932354 + AM933350. Arisarum vulgare O.Targ-Tozz, Chase 10992 (K), AM905797, AM920619, AM932347 + AM933343. Arophyton buchetii Bogner, Bogner 207 (M), AM905820, AM920642, AM932367 + AF521870. Arum hygrophilum Boiss., Chase 10990 (K), AM905809, AM920631, AM932296 + AM933353. Asterostigma pavonii Schott, Sizemore 95-062B (L), AM905768, AM920590, AM932325 + AM933321. Biarum tenuifolium (L.) Schott, Chase 282 (K), AM905810, AM920632, AM932357 + AM933354. Bognera recondita (Madison) Mayo & Nicolson, Bogner 1995 (M), AM905765, AM920587, AM932322 + AM933318. Bucephalandra motleyana Schott, Tomey s.n. (M), AM905822, AM920644, AM932369 + AM933365. Caladium bicolor (Aiton) Vent., Barabé & Chantha 96 (MT), —, —, AY054708; C. lindenii (André) Madison, Chase 10670 (K), AM905788, AM920610, —. Calla palustris L., Chase 11802 (K), AM905819, AM920641, AM932366 + AM933363. Callopsis volkensii Engl., Chase 10668 (K), AM905773, AM920595, AM932330 + AM933325. Carlephyton glaucophyllum Bogner, Mangelsdorff 124 (M), AM905821, AM920643, AM932368 + AM933364. Cercestis mirabilis (N.E.Br.) Bogner, Chase 11772 (K), AM905817, AM920639, AM932364 + AM933361. Chlorospatha sp., Chase 11912 (K), AM905791, AM920613, AM932341 + AM933339. Colletogyne perrieri Buchet, Pronk s.n. (M), AM905823, AM920645, AM932370 + AM933366. Colocasia esculenta (L.) Schott, Chase 10669 (K), AM905800, AM920622, AM932349 + AM933345. Cryptocoryne lingua Becc. ex Engl., Chase 10998 (K), AM905779, AM920601, — + AM933329. Culcasia liberica N.E.Br., Chase 11777 (K), AM905816, AM920638, AM932363 + AM933360. Cyrtosperma macrotum Engl. Chase 11771 (K), AM905750, AM920572, AM932313 + AM933309. 36 Dieffenbachia aglaonemifolia Engl., Chase 10678 (K), AM905764, AM920586, —; D. pittieri Engl. & K.Krause, Barabé & Chantha 88 (MT), —, —, AY054714. Dracontium polyphyllum L., Chase 10688 (K), AM905747, AM920569, —; D. polyphyllum L., Barabé 50 (MT), —, —, AY054727. Dracontioides desciscens Engl., Chase 11916 (K), AM905754, AM920576, AM932316 + AM933312. Dracunulus vulgaris Schott, Chase 11760 (K), AM905812, AM920634, AM932359 + AM933356. Epipremnum falcifolium Engl., Barabé & Turcotte 100 (MT), —, —, AY054732; E. pinnatum (L.) Engl., Chase 9977 (K), AM905746, AM920568, —. Eminium spiculatum (Blume) Kuntze, Chase 11806 (K), AM905813, AM920635, AM932360 + AM933357. Filarum manserichense Nicolson, Sizemore 1996-001 (L), AM905795, AM920617, AM932345 + AM933342. Gearum brasiliense N.E.Br., Chase 10693 (K), AM905763, AM920585, AM932321 + AM933317. Gonatopus angustus N.E.Br., Chase 10675 (K), AM905777, AM920599, AM932333 + AM933328. Gorgonidium sp., Cultivated (L), AM905767, AM920589, AM932324 + AM933320. Gymnostachys anceps R.Brown, Chase 9473 (K), AM905727, AM920548, AM932297 + AM933293. Hapaline benthamiana Schott, Chase 10676 (K), AM905787, AM920609, AM932339 + AM933336. Helicodiceros muscivorus (L. f.) Engl., Chase 11759 (K), AM905811, AM920633, AM932358 + AM933355. Heteropsis oblongifolia Kunth, Ramírez 11848 (L), AM905737, AM920560, —; Heteropsis sp., Barabé, Forest & Gibernau 147 (MT), —, —, AY054739. Homalomena magna A. Hay, Chase 10691 (K), AM905774, AM920596, —; Homalomena sp., Barabé 151 (MT), —, —, AY054724. Holochlamys beccarii (Engl.) Engl., Chase 10677 (K), AM905736, AM920558, AM932306 + AM933302. Jasarum steyermarkii G.S.Buting, Berry 5531 (MO), AM905792, AM920614, AM932342 + AM933339. Lagenandra ovata Thwaites, Chase 10991 (K), AM905780, AM920602, — + AM933330. Landoltia punctata (G. Mey) Les & D.J.Crawford, Landolt 7248 (—), AY034223, AY034185 + AY034301, —; L. punctata (G. Mey) Les & D.J.Crawford, Chase 14451 (K), —, —, AM932301 + AM933297. Lasia spinosa (L.) Thwaites, Chase 11779 (K), AM905749, AM920571, AM932312 + AM933308. Lasimorpha senegalensis Shott, Bogner s.n. (M), AM905755, AM920577, AM932317 + AM933313. Lemna minor L., Chase 11761 (K), AM905730, AM920552, AM932299 + AM933295. Lysichiton americanus Hultén & H.St.John, Chase 11748 (K), AM905728, AM920549, —; L. camtschatcense (L.) Schoott, Barabé 153 (MT), —, —, AY054740. Mangonia tweediana Schott, Bogner 2376 (L), AM905766, AM920588, AM932323 + AM933319. Monstera adansonii Schott, Chase 9980 (K), AM905743, AM920565, —; M. adansonii Schott, Barabé & Chantha 94 (MT), —, —, AY054734. Montrichardia arborescens (L.), Schott, Cultivated (SING), AM905818, AM920640, AM932365 + AM933362. Nephthytis afzellii Schott, Chase10689 (K), AM905759, AM920581, —; N. afzellii Schott, Barabé & Chantha 95 (MT), —, —, AY054702. 37 Orontium aquaticum L., Qui 97112 (NCU), AM905729, AM920550, AM932298 + AM933294. Pedicellarum paiei M.Hotta, Bogner 2196 (M), AM905733, AM920555, AM932304 + AM933300. Peltandra virginica (L.) Raf., Chase 11770 (K), AM905815, AM920637, AM932362 + AM933359. Philodendron deltoideum Poepp. & Endl., Chase 10891 (K), AM905775, AM920597, AM932331 + AM933326. Phymatarum borneense M.Hotta, Chase 10979 (K), AM905783, AM920605, AM932336 + AM933333. Pinellia pedatisecta Schott, Chase 11752 (K), AM905807, AM920629, AM932355 + AM933351. Piptospatha ridleyi N.E.Br., Chase 10680 (K), AM905781, AM920603, AM932334 + AM933331. Pistia stratiotes L., Chase 10996 (K), AM905799, AM920621, —; P. stratiotes L., Barabé 153 (MT), —, —, AY054706. Podolasia stipitata N.E.Br., Chase 11915 (K), AM905752, AM920574, AM932315 + AM933311. Pothoidium lobbianum Schott, Bogner 1272 (M), AM905734, AM920556, AM932305 + AM933301. Pothos scandens D.Don, Chase 9989 (K), AM905732, AM920554, —; P. scandens D.Don, Barabé & Lavoie 157, —, —, AY054731. Protarum sechellarum Engl., Bogner s.n. (M), AM905805, AM920627, AM932353 + AM933349. Pseudodracontium lacourii (Linden & Andre) N.E.Br., Chase 10681 (K), AM905786, AM920608, AM932338 + AM933335. Pseudohydrosme gabunensis Engl., Wieringa 3308 (L), AM905760, AM920582, AM932319 + AM933315. Pycnospatha arietina Thorel ex Gagnep., Sizemore s n. (L), AM905751, AM920573, AM932314 + AM933310. Raphidophora africana N.E.Br., Barabé & Turcotte 110 (MT), —, —, AY054736; R. crassifolia Aldewer., Chase 7398 (K), AM905741, AM920563, —. Remusatia vivipara (Roxb.) Schott, Chase 11775 (K), AM905803, AM920625, AM932351 + AM933347. Rhodospatha oblongata Poepp. & Endl., Croat 53888 (MO), AM905739, AM920562, AM932307 + AM933303. Scaphispatha gracilis Brongn. ex Shott, Gonçalves 172 (MO), AM905793, AM920615, AM932343 + AM933340. Schismatoglottis trifasiata Engl., Chase 10692 (K), AM905782, AM920604, AM932335 + AM933332. Scindapsus heredaceus Schott, Chase 9986 (K), AM905742, AM920564, AM932309 + AM933305. Spathantheum intermediaum Bogner, Chase 11776 (K), AM905769, AM920591, AM932326 + AM933322. Spathicarpa hastifolia Hook, Chase 10995 (K), AM905772, AM920594, AM932329 + AM933324. Spathiphyllum wallisii Hort, Chase 210 (NCU), AJ235807, AM920559, —; S. wallisii Hort, Barabé & Turcotte 105 (MT), —, —, AY054738. Spirodela polirhiza (L.) Schleid., Chase 11096 (K), AM905731, AM920553, AM932300 + AM933296. Stenospermation popayanense Schott, Barabé & Lavoie 159 (MT), —, —, AY054737; S. ulei K.Krause, Chase 9987 (K), AM905738, AM920561, —. Steudnera colocasiifolia K.Koch, Chase 10682 (K), AM905801, AM920623, AM932350 + AM933346. Stylochaeton bogneri Mayo, Chase 10685 (K), AM905776, AM920598, AM932332 + AM933327. Symplocarpus foetidus (L.) Nuttall, French 219 (CHRB), L10247, —, —; S. foetidus (L.) Nuttall, Chase 11749 (K), —, AM920551, —; S. foetidus (L.) Nuttall, Barabé 154 (MT), —, —, AY054741. Synandrospadix vermitoxicus (Griseb.) Engl., Chase 11774 (K), AM905771, AM920593, AM932328 + AM933292. Syngonium auritum (L.) Schott, Chase 10994 (K), AM905789, AM920611, AM932340 + AM933337. Taccarum weddelianum Brongn. ex Schott, Hennipman 8315 (L), AM905770, AM920592, AM932327 + AM933323. Thyphonium blumei Nicolson & Sivad., Chase 10694 (K), AM905808, AM920630, —; T. giganteum 38 Engl., Chase 11803 (K), —, —, AM932356 + AM933352. Thyphonodorum lindleyanum Schott, Chase 11780 (K), AM905814, AM920636, AM932361 + AM933358. Ulearum sagittatum Engl., Chase 10695 (K), AM905794, AM920616, AM932344 + AM933341. Urospatha saggitifolia (Rudge) Schott, Chase 11773 (K), AM905748, AM920570, AM932311 + AM933307. Wolffia columbiana H.Karts, Landolt 7467 (—), AY034255, AY034217 + AY034333, —; W. columbiana H.Karts, Chase 14447 (K), —, —, AM932303 + AM933299. Wolffiella oblonga Hegelm., Landolt 8984 (—), AY034242, AY034204 + AY034320, —; W. oblonga Hegelm., Chase 14359 (K), —, —, AM932302 + AM933298. Xanthosoma helleborifolium (Jacq.) Schott, Chase 10683 (K), AM905790, AM920612, —; Xanthosoma sp., Barabé & Turcotte 107 (MT), —, —, AY054709. Zamioculcas zamiifolia (Lodd.) Engl., Chase 10686 (K), AM905778, AM920600, —; Z. zamiifolia (Lodd.) Engl., Barabé & Chantha 84 (MT), —, —, AY054725. Zanthedeschia albomaculata (Hook. f.) Bail, Chase 11758 (K), AM905762, AM920584, AM932320 + AM933316. Zomicarpella amazonica Bogner, Bogner 1985 (M), AM905796, AM920618, AM932346 + —. CHLORANTHACEAE. Hedyosmum mexicanum C.Cordem., Salazar s.n. (MEXU), AM905824, AM920646, AM932371 + AM933367. JUNCAGINACEAE. Triglochin maritima L, .Less s.n. (CONN), U80714, —, —; T. maritima L, Chase 8279 (K), —, AM920647, AM932373 + AM933369. MAGNOLIACEAE. Magnolia macrophylla Michx., BG 790346 (MO), —, —, AF040680; M. pseudokobus Abe & Akasawa, Tamura 10015 (Bot. Gard. Osaka City Univ.), —, AB040152, —; M. umbrella L., — (—), AF206791, —, —. PIPERACEAE. Piper mullesua Buch.-Ham., — (—),—,—, AY032651; P. nigrum L., Tamura & Fuse s.n. (Bot. Gard. Osaka City Univ.), —, AB040153, —; P. betle L., Qiu 91048 (NCU), L12660, —, —. TOFIELDIACEAE. Tofieldia pusilla Pers., Lundqvist 12935 (UPS), AJ286562, —, —; T. pusilla Pers., Chase 1851 (K), —, AM920648, AM932374 + AM933370 TABLE 1. Summary of characteristics for the data sets analyzed in this study (separate analyses not discussed in the text are available as Appendices S1–S5; see Supplemental Data with the online version of this article). Data set No. of aligned characters No. (%) of variable /informative characters No. of shortest trees Tree length CI/RI rbcL 1391 467 (33.6)/328 (23.6) 360 1465 0.42/0.69 matK 1706 1021 (59.9)/717 (42.3) 11c 460 3009 0.51/0.71 3 portion of the trnK intron 296 173 (58.5)/115 (38.9) 8260 431 0.60/0.79 trnL intron 1006 371 (36.9)/219 (21.8) 17c760 869 0.61/0.73 trnL-trnF IGS 745 431 (57.9)/298 (40.0) 4180 1155 0.55/0.77 All data sets combined 5188 2480 (47.8)/1683 (32.4) 1105 7144 0.50/0.71 39 Fig. 1. Strict consensus of 1105 trees from the combined parsimony analysis (length = 7144 steps, CI = 0.50, RI = 0.71). Bootstrap percentages >50 are indicated above the branches. Bars indicate the subfamilies and tribes recognized by Mayo et al. (1997). + = non-monophyletic tribes in the classification of Mayo et al. (1997). Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Typhonium Arisaema Pinellia Alocasia Colocasia Steudnera Remusatia Ariopsis Pistia Protarum Carlephyton Colletogyne Arophyton Typhonodorum Peltandra Arisarum Ambrosina Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Caladium Syngonium Hapaline Jasarum Amorphophallus Pseudodracontium Montrichardia Gorgonidium . Spathantheum Asterostigma Mangonia Taccarum Spathicarpa Synandrospadix Gearum Dieffenbachia Bognera Zantedeschia Pseudohydrosme Anchomanes Nephthytis Aglaonema Aglaodorum Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Callopsis Anubias Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Piptospatha Bucephalandra Cryptocoryne Lagenandra Calla Gonatopus Zamioculcas Stylochaeton Lasia Cyrtosperma Pycnospatha Podolasia Lasimorpha Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Urospatha Amydrium Epipremnum Monstera Scindapsus Anadendrum Rhaphidophora Rhodospatha Alloschemone Heteropsis Stenospermation Holochlamys Spathiphyllum Pedicellarum Pothoidium Pothos Anthurium Wolffiella Wolffia Landoltia Lemna Spirodela Lysichiton Symplocarpus Orontium Gymnostachys Alisma Triglochin Tofieldia Acorus Piper Hedyosmum Magnolia 72 79 68 100 99 57 100 96 84 100 99 82 60 90 100 97 100 100 100 63 100 85 91 85 60 100 100 89 100 100 98 58 64100 9962 97 100 100 9798 99 96 100 100 84 72 92 100 86 57 84100 95 54 62 65 97 78 85 97 100 100 100 100 82 100 100 100 76 100 100 100 100 100 91 100 100 100 82 69 Outgroups Gy mnostachy doideae Orontioideae Lemnoideae Pothoideae Monsteroideae Lasioideae Aroideae Calloideae Aroideae Schismatoglottideae Stylochaetoneae Zamioculcadeae Cryptocoryneae Philodendreae Homalomeneae Aglaonemateae Zantedeschieae Dieffenbachieae Spathicarpeae Montrichardieae Anthurieae Potheae Spathiphylleae Monstereae+ Heteropsideae Monstereae+ Anadendreae Monstereae+ Anubiadeae Callopsideae Culcasieae Nephthytideae Thomsonieae Caladieae Zomicarpeae+ Caladieae Ambrosineae Arisareae Peltandreae Areae Arisaemateae Colocasieae+ Pistieae Arophyteae Colocasieae+ 40 Fig. 2. Bayesian summary tree from analysis of all regions combined. Numbers above branches are posterior probabilities. Bars indicate subfamilies recognized by Mayo et al. (1997) Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Typhonium Arisaema Pinellia Alocasia Steudnera Remusatia Colocasia Ariopsis Pistia Protarum Carlephyton Colletogyne Arophyton Typhonodorum Peltandra Arisarum Ambrosina Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Caladium Syngonium Hapaline Jasarum Amorphophallus Pseudodracontium Calla Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Bucephalandra Piptospatha Cryptocoryne Lagenandra Gorgonidium Spathantheum Asterostigma Mangonia Dieffenbachia Taccarum Spathicarpa Synandrospadix Gearum Bognera Zantedeschia Pseudohydrosme Anchomanes Nephthytis Aglaonema Aglaodorum Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Montrichardia Anubias Callopsis Anaphyllopsis Dracontioides Dracontium Urospatha Pycnospatha Lasimorpha Lasia Cyrtosperma Podolasia Gonatopus Zamioculcas Stylochaeton Amydrium Epipremnum Monstera Scindapsus Anadendrum Rhaphidophora Holochlamys Spathiphyllum Rhodospatha Alloschemone Heteropsis Stenospermation Pedicellarum Pothoidium Pothos Anthurium Wolffiella Wolffia Landoltia Lemna Spirodela Lysichiton Symplocarpus Orontium Gymnostachys Alisma Triglochin Tofieldia Acorus Hedyosmum Magnolia Piper 0.98 100 1.00 1.00 1.00 0.93 1.00 0.55 1.00 0.90 0.53 0.95 0.76 1.00 1.00 1.00 0.66 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.91 1.00 0.97 0.57 1.00 1.00 0.78 1.00 1.00 1.00 1.00 0.81 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.71 1.00 1.00 1.00 1.00 0.81 100 1.00 1.00 1.00 0.56 1.00 1.00 0.57 1.00 0.78 0.93 0.95 0.83 1.00 1.00 1.00 0.96 1.00 1.00 1.00 1.00 0.97 1.00 1.00 1.00 0.64 1.00 0.75 0.53 1.00 1.00 1.00 1.00 0.87 1.00 0.97 1.00 1.00 0.97 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.911.00 1.00 1.00 1.00 0.78 1.00 Outgroups Gy mnostachy doideae Orontioideae Lemnoideae Pothoideae Monsteroideae Lasioideae Aroideae Calloideae Aroideae Aroideae 41 Fig. 3. CABRERA, LIDIA I., GERARDO A. SALAZAR, MARK W. CHASE, SIMON J. MAYO, JOSEF BOGNER, AND PATRICIA DÁVILA. 2008. Phylogenetic relationships of aroids and duckweeds (Araceae) inferred from coding and noncoding plastid DNA. American Journal of Botany 95(9): 1053-1165. Data supplement S1 ̶ Page 1. Strict consensus of 360 trees from the parsimony analysis of rbcL (length = 1495 steps, CI = 0.42, RI = 0.69). Bootstrap percentages >50 are indicated above the branches. Bars indicate the subfamilies recognized by Mayo et al. (1997). Colocasia Steudnera Remusatia Ariopsis Pinellia Typhonium Arum Biarum Helicodiceros Dracunculus Eminium Pistia Arisaema Alocasia Protarum Arisarum Ambrosina Carlephyton Colletogyne Typhonodorum Peltandra Arophyton Caladium Syngonium Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Jasarum Hapaline Amorphophallus Pseudodracontium Urospatha Dracontioides Dracontium Podolasia Lasia Lasimorpha Cyrtosperma Pycnospatha Anaphyllopsis Callopsis Zantedeschia Schismatoglottis Phymatarum Piptospatha Aridarum Bucephalandra Cryptocoryne Lagenandra Gearum Dieffenbachia Mangonia Gorgonidium Asterostigma Spathantheum Taccarum Synandrospadix Spathicarpa Bognera Pseudohydrosme Anchomanes Nephthytis Anubias Heteropsis Rhodospatha Alloschemone Stenospermation Holochlamys Spathiphyllum Anadendrum Rhaphidophora Scindapsus Amydrium Epipremnum Monstera Wolffiella Wolffia Lemna Landoltia Spirodela Culcasia Cercestis Anthurium Montrichardia Pothos Pedicellarum Pothoidium Gonatopus Zamioculcas Stylochaeton Aglaonema Aglaodorum Homalomena Philodendron Calla Lysichiton Symplocarpus Orontium Gymnostachys Alisma Triglochin Tofieldia Magnolia Piper Hedyosmum Acorus 56 63 93 66 85 94 81 79 54 99 100 64 98 68 68 51 89 79 99 85 55 100 100 98 86 100 73 100 92 100 100 10073 100 68 95 99 77 82 100 100 91 77 8153 84 Outgroups Gy mnostachy doideae Orontioideae Lemnoideae Pothoideae Monsteroideae Lasioideae Calloideae Aroideae Aroideae Aroideae Aroideae Pothoideae Aroideae 42 Fig. 4. CABRERA, LIDIA I., GERARDO A. SALAZAR, MARK W. CHASE, SIMON J. MAYO, JOSEF BOGNER, AND PATRICIA DÁVILA. 2008. Phylogenetic relationships of aroids and duckweeds (Araceae) inferred from coding and noncoding plastid DNA. American Journal of Botany 95(9): 1053-1165. Data supplement S2 ̶ Page 1. Strict consensus of 11 460 trees from the parsimony analysis of matK (length = 3009 steps, CI = 0.51, RI = 0.71). Bootstrap percentages >50 are indicated above the branches. Bars indicate the subfamilies recognized by Mayo et al. (1997). Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Typhonium Arisaema Pinellia Colocasia Steudnera Remusatia Ariopsis Alocasia Pistia Protarum Carlephyton Colletogyne Arophyton Typhonodorum Peltandra Arisarum Ambrosina Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Caladium Syngonium Hapaline Jasarum Amorphophallus Pseudodracontium Gorgonidium Spathantheum Asterostigma Taccarum Synandrospadix Spathicarpa Gearum Dieffenbachia Bognera Mangonia Zantedeschia Pseudohydrosme Anchomanes Nephthytis Aglaodorum Aglaonema Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Schismatoglottis Phymatarum Piptospatha Aridarum Bucephalandra Cryptocoryne Lagenandra Calla Anubias Callopsis Montrichardia Gonatopus Zamioculcas Stylochaeton Lasia Cyrtosperma Pycnospatha Podolasia Lasimorpha Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Urospatha Amydrium Epipremnum Monstera Scindapsus Rhaphidophora Anadendrum Rhodospatha Alloschemone Heteropsis Stenospermation Holochlamys Spathiphyllum Pedicellarum Pothoidium Pothos Anthurium Wolffiella Wolffia Landoltia Lemna Spirodela Lysichiton Symplocarpus Orontium Gymnostachys Alisma Triglochin Tofieldia Acorus Hedyosmum Magnolia Piper 53 52 99 98 51 81 100 77 61 100 10072 73 55 99 66 78 100 100 100 93 94 67 69 100 100 83 100 9280 57 66 99 6073 90 58 99 100 84 100 100 100 99 88 53 100 61 55 100 66 98 100 100 10086 100 100 99100 65 98 100 100 93 100100 54 100 93 97 77 100 100 60 Outgroups Gy mnostachy doideae Orontioideae Lemnoideae Pothoideae Monsteroideae Lasioideae Calloideae Aroideae Aroideae 43 Fig. 5. CABRERA, LIDIA I., GERARDO A. SALAZAR, MARK W. CHASE, SIMON J. MAYO, JOSEF BOGNER, AND PATRICIA DÁVILA. 2008. Phylogenetic relationships of aroids and duckweeds (Araceae) inferred from coding and noncoding plastid DNA. American Journal of Botany 95(9): 1053-1165. Data supplement S3 ̶ Page 1. Strict consensus of 8260 trees from the parsimony analysis of the 3’ portion of the trnK intron (length = 431 steps, CI = 0.60, RI = 0.79). Bootstrap percentages >50 are indicated above the branches. Bars indicate the subfamilies recognized by Mayo et al. (1997). Magnolia, Piper, Acorus, Alisma, and Triglochin excluded because of unavailability of sequences for this region. Arum Biarum Helicodiceros Dracunculus Eminium Typhonium Pistia Colocasia Steudnera Alocasia Remusatia Ariopsis Protarum Arisaema Pinellia Amorphophallus Pseudodracontium Ulearum Filarum Hapaline Caladium Syngonium Xanthosoma Chlorospatha Jasarum Scaphispatha Zomicarpella Arisarum Ambrosina Typhonodorum Peltandra Arophyton Carlephyton Colletogyne Amydrium Epipremnum Anadendrum Rhaphidophora Scindapsus Monstera Holochlamys Spathiphyllum Rhodospatha Alloschemone Heteropsis Stenospermation Lasia Cyrtosperma Pycnospatha Podolasia Lasimorpha Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Urospatha Dieffenbachia Taccarum Gorgonidium . Spathantheum Gearum Bognera Mangonia Asterostigma Synandrospadix Spathicarpa Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Cryptocoryne Lagenandra Piptospatha Bucephalandra Wolffiella Wolffia Lemna Landoltia Spirodela Pedicellarum Pothoidium Pothos Anthurium Gonatopus Zamioculcas Anubias Nephthytis Pseudohydrosme Anchomanes Zantedeschia Callopsis Homalomena Philodendron Stylochaeton Culcasia Cercestis Montrichardia Calla Aglaonema Aglaodorum Lysichiton Symplocarpus Orontium Tofieldia Gymnostachys Hedyosmum 84 64 58 71 93 51 62 76 6066 58 85 81 65 57 96 62 9976 99 82 100 68 76 67 52 93 10088 55 66 Gy mnostachy doideae Orontioideae Lemnoideae Pothoideae Monsteroideae Lasioideae Calloideae Aroideae Outgroup Outgroup Aroideae Aroideae Aroideae 44 Fig. 6 CABRERA, LIDIA I., GERARDO A. SALAZAR, MARK W. CHASE, SIMON J. MAYO, JOSEF BOGNER, AND PATRICIA DÁVILA. 2008. Phylogenetic relationships of aroids and duckweeds (Araceae) inferred from coding and noncoding plastid DNA. American Journal of Botany 95(9): 1053-1165. Data supplement S4 ̶ Page 1. Strict consensus of 17 760 trees from the parsimony analysis of the trnL intron (length = 869 steps, CI = 0.61, RI = 0.73). Bootstrap percentages >50 are indicated above the branches. Bars indicate the subfamilies recognized by Mayo et al. (1997). Magnolia, Lagenandra, and Cryptocoryne excluded because of unavailability of sequences for this region. Typhonium Arum Biarum Helicodiceros Dracunculus Eminium Arophyton Carlephyton Colletogyne Typhonodorum Caladium Scaphispatha Zomicarpella Amorphophallus Pseudodracontium Syngonium Xanthosoma Arisarum Ambrosina Hapaline Chlorospatha Jasarum Ulearum Pistia Colocasia Steudnera Alocasia Remusatia Ariopsis Protarum Arisaema Pinellia Peltandra Schismatoglottis Phymatarum Piptospatha Aridarum Bucephalandra Holochlamys Spathiphyllum Anadendrum . Rhaphidophora Scindapsus Epipremnum Monstera Amydrium Heteropsis Stenospermation Rhodospatha Alloschemone Pothos Pedicellarum Pothoidium Anthurium Gorgonidium . Spathantheum Asterostigma Gearum Dieffenbachia Bognera Mangonia Taccarum Synandrospadix Spathicarpa Anchomanes Cercestis Culcasia Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Urospatha Lasia Cyrtosperma Pycnospatha Podolasia Lasimorpha Wolffiella Wolffia Lemna Landoltia Spirodela Homalomena Philodendron Montrichardia Aglaonema Aglaodorum Nephthytis Pseudohydrosme Gonatopus Zamioculcas Anubias Zantedeschia Callopsis Stylochaeton Calla Lysichiton Symplocarpus Orontium Gymnostachys Tofieldia Alisma Filarum Acorus Hedyosmum Piper Triglochin Outgroups Gy mnostachy doideae Orontioideae Lemnoideae Pothoideae Monsteroideae Lasioideae Calloideae Aroideae Outgroups Aroideae Aroideae Aroideae 53 62 70 88 75 78 82 66 93 66 87 65 91 98 6586 88 85 98 97 99 100 61 97 6482 79 53 93 73 100 81 73 9994 72 45 Fig. 7. CABRERA, LIDIA I., GERARDO A. SALAZAR, MARK W. CHASE, SIMON J. MAYO, JOSEF BOGNER, AND PATRICIA DÁVILA. 2008. Phylogenetic relationships of aroids and duckweeds (Araceae) inferred from coding and noncoding plastid DNA. American Journal of Botany 95(9): 1053-1165. Data supplement S5 ̶ Page 1. Strict consensus of 4180 trees from the parsimony analysis of trnL-trnF IGS (length = 1155 steps, CI = 0.55, RI = 0.77). Bootstrap percentages >50 are indicated above the branches. Bars indicate the subfamilies recognized by Mayo et al. (1997). Zomicarpella excluded because of unavailability of sequences for this region. Pseudodracontium Pseudohydrosme Schismatoglottis Stenospermation Arum Biarum Helicodiceros Dracunculus Eminium Typhonium Colocasia Steudnera Alocasia Remusatia Ariopsis Protarum Arisaema Pinellia Pistia Arisarum Ambrosina Carlephyton Colletogyne Typhonodorum Peltandra Ulearum Filarum Chlorospatha Arophyton Caladium Scaphispatha Syngonium Xanthosoma Hapaline Jasarum Amorphophallus Gorgonidium Spathantheum Asterostigma Taccarum Spathicarpa Gearum Dieffenbachia Bognera Mangonia Synandrospadix Aglaonema Aglaodorum Anchomanes Cercestis Homalomena Philodendron Cryptocoryne Lagenandra Anubias Nephthytis Zantedeschia Callopsis Piptospatha Phymatarum Aridarum Culcasia Montrichardia Calla Bucephalandra Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Urospatha Lasia Cyrtosperma Pycnospatha Podolasia Lasimorpha Gonatopus Zamioculcas Stylochaeton Scindapsus Epipremnum Anadendrum Rhaphidophora Monstera Amydrium Heteropsis Rhodospatha Alloschemone Holochlamys Spathiphyllum Pothos Pothoidium Pedicellarum Anthurium Wolffiella Wolffia Lemna Landoltia Spirodela Lysichiton Orontium Symplocarpus Gymnostachys Alisma Triglochin Tofieldia Acorus Piper Hedyosmum Magnolia 55 61 81 92 9687 84 86 75 90 99 96 68 55 69 55 94 100 78 96 94 87 86 57 55 97 64 100 97 94 81 100 72 100 50 9756 63 99 60 60 66 65 7898 100 79 Gy mnostachy doideae Orontioideae Lemnoideae Pothoideae Monsteroideae Lasioideae Calloideae Aroideae Outgroups Aroideae Aroideae 46 CAPÍTULO II EVOLUCIÓN DE SEIS CARACTERES ANATÓMICOS, VEGETATIVOS Y REPRODUCTIVOS, Y ASPECTOS DE LA DIVERSIFICACIÓN DE LA FAMILIA ARACEAE RESUMEN Las Araceae son un grupo de plantas con una gran diversidad morfológica y de hábitos. Con base en los resultados del análisis filogenético bajo máxima parsimonia de las regiones de plastidios (genes matK, rbcL, intrónes de 3´trnK, trnL y espaciador intergénico entre trnL-trnF), se incluyeron 109 taxa (102 aráceas y sietes grupos externos) y se trazaron los caracteres anatómicos (tipo de colénquima y tipo de laticíferos), vegetativos (tipo de tallo) y reproductivos (flores bisexuales y unisexuales, distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice y tipo de espata), con el propósito de entender la evolución y trascendencia biológica de los mismos. La evidencia anatómica, vegetativa y reproductiva sugiere que en las Araceae se han presentado diversos episodios en su evolución que les han permitido colonizar diferentes hábitats, lo cual se ve reflejado en los diferentes estados de carácter del tallo, colénquima y laticíferos, así como en la especialización de las estructuras reproductivas relacionada con la biología de la polinización. INTRODUCCIÓN La mayor diversidad de especies de aráceas se encuentra en las zonas tropicales (Boyce, 1995), especialmente en el trópico americano (Croat, 1992; Bown, 2000). Estas especies habitan principalmente en los bosques tropicales húmedos (e.g. Monstera, Pothos), donde existe una gran disponibilidad de agua y alta humedad atmosférica. Sin embargo, también se les encuentra en las regiones frías y secas (e.g. Arisaema), aunque ahí son escasas (Mayo et al., 1997; Bown 2000). Se desarrollan desde el nivel del mar (e.g. Orontium aquaticum), hasta los 4400-4500 msnm (e.g. Arisaema flavum, A. jacquemontii, A. lobatum). Este grupo de plantas presenta la mayor diversidad de hábitos dentro de las monocotiledóneas, y se concentra en las especies que habitán el tropico (Mayo et al., 1997). Dentro de la variedad de hábitos que poseen, se incluyen a las epífitas (e.g. Anthurium), hemiepífitas (e.g. Philodendron), geofítas ( e.g. Arum), litofítas (e.g. Anthurium), helófitas (e.g. Mangonia), reofítas (e.g. Anubias), acuáticas sumergidas (e.g. Jasarum) y acuáticas libres flotadoras (e.g. Pistia). 47 También presentan una gran diversidad morfológica y estructural. En particular, destacan las diferentes expresiones del colénquima, laticíferos, tallos, flores y espatas. El colénquima es un tejido vivo constituido por un sólo tipo celular, cuyas células son más o menos alargadas, con una pared primaria gruesa, no uniforme, no lignificada y plástica (Esau, 1965; Mauseth, 1988). El colénquima es considerado como un tejido mécanico especializado (Mauseth, 1988; Dickison, 2000). La estructura y arreglo de las células del colénquima parece indicar que su función primaria es de apoyo (Esau, 1965). Las células del colénquima se localizan, en la mayoría de las especies de Araceae, en la subepidermis o a unas pocas capas de distancia de la epidermis tanto en el tallo, como en la hoja (pecíolo y lámina). De acuerdo con Keating (2002) (Fig. 8), este tejido puede formar una banda (Fig. 8B) interrumpida en ocasiones por células corticales (Fig. 8Bi). También puede formar cordones que se ubican entre los haces vasculares (Fig. 8Sb) o estar asociado a estos haces (Fig. 8Sv). Por otra parte, los laticíferos son células o grupos de células fusionadas, que forman un sistema que se encuentra en los diferentes tejidos de la planta. En su interior se presenta un líquido lechoso o de color amarillo, naranja, rojo, verde o azul, que es denominado látex (Esau, 1965; Judd et al., 2002). El látex está constituido por una gran variedad de compuestos, tales como ácidos orgánicos, alcaloides, carbohidratos, esteroles, grasas, taninos, sales y mucílagos, que pueden estar en solución o en suspensión (Esau, 1965; Judd et al., 2002). En corte transversal de la lámina de la hoja de las aráceas, los laticíferos se encuentran en posición lateral a los haces vasculares, frecuentemente están dispuestos en pares y comúnmente están asociados al floema (Mayo et al, 1997; Keating, 2002). También se les puede localizar en las raíces y los tallos, (Mayo et al., 1997). Su función aún no se conoce claramente, sin embargo, se ha sugerido que los laticíferos y el látex funcionan como un sistema excretor o de protección química para las plantas (Esau, 1965; Judd et al., 2002). Los laticíferos en aráceas son articulados (Fig. 9), tanto de tipo anastomosado (Fig. 9B), como no anastomosado (Fig. 9A). Con respecto al tallo, el cual se define como el eje de la planta que está constituido por nudos (zona de yemas e inserción de hojas) y entrenudos (Bell y Bryan, 1991; Judd et al., 2002), éste tiene, entre sus funciones, la transportación de agua y nutrientes a larga distancia en el interior de la planta y la producción de hojas y estructuras reproductivas (Mauseth, 1988). También expone las hojas a la luz del sol, las flores a los polinizadores y los frutos a los agentes que los dispersan (Mauseth, 1988; Judd et al., 2002). En las aráceas, los tallos (Fig. 10) pueden 48 presentarse en forma de rizomas (Fig. 10E), tubérculos (Fig. 10B), tallos trepadores con raíces en los nudos (Fig. 10C), tallos sin raíces en los nudos (Fig. 10A) o estolones (Fig. 10D). Por su parte una flor es un eje de crecimiento determinado, que termina en megasporangios, rodeados por microsporangios. Estos órganos reproductivos están subyacidos colectivamente por al menos un órgano laminar estéril (Bateman et al., 2006). Su función es la reproducción sexual de las angiospermas y existen diferentes variantes al modelo básico de una flor (Soltis et al., 2005). En las aráceas, las flores son pequeñas y numerosas, están dispuestas en espiral sobre un eje carnoso, y en su conjunto forman una espiga denominada espádice, en donde las flores individuales no están subyasidas por brácteas florales (Mayo et al., 1997). En este grupo vegetal se observan flores bisexuales (Fig. 11A) en las subfamilias Gynostachydoideae y Orontioideae (excepto Orontium, en la que las flores apicales son masculinas). También se presentan en las subfamilias Pothoideae (excepto Pothoidium, en la que las flores unisexuales se presentan con mayor frecuencia que las bisexuales), Monsteroideae (excepto Epipremnum y Heteropsis, que pueden llegar a presentar flores unisexuales femeninas hacia la base de la inflorescencia) y Lasioideae. Por otro lado, en Zamioculcadeae y Aroideae, las flores unisexuales (Fig. 11B) femeninas se sitúan en la base y las masculinas hacia el ápice (excepto en Calla, que presenta principalmente flores bisexuales y sólamente las apicales son masculinas). En ocasiones se presentan flores estériles (e.g. Phymatarum), bisexuales (e.g. Taccarum) o de ambos tipos (Synandrospadix), las cuales están localizadas entre las zonas de las flores femeninas y las masculinas. Adicionalmente, en Arisaema se presentan en ocasiones inflorescencias exclusivamente femeninas o masculinas (A. consaguineum, A. speciosum). En lo que respecta a la espata, ésta corresponde a la última hoja de cada artículo floral y es considerada como una parte de la inflorescencia (Mayo et al., 1998). Por su posición y desarrollo, la espata parece tener como función la protección del espádice durante su crecimiento y maduración (Grayum, 1990; Bown, 2000). También puede fotosintetizar después de la floración o estar involucrada directamente en la polinización (Grayum, 1990; Bown, 2000). En las aráceas (Fig. 12), se observa que la espata puede estar a veces ausente (e.g. Wolffia) o ser pequeña e inconspicua (e.g. Orontium), expandida con o sin color (Fig. 12A, B), en forma de lancha (Fig. 12C, D), tubo (Fig. 12E, F) o tubo con una constricción y una lámina (Fig. 12G, H). Todos estos atributos han sido utilizados como elementos taxonómicamente diagnósticos en diferentes sistemas de clasificación de la familia. Por ejemplo, el tallo tuberoso y rizomatoso, 49 los laticíferos anastomosados o no anostomosados, el colénquima en cordones asociados a los haces vasculares, las flores unisexuales (incluyendo su distribución sobre el espádice) y la espata que forma tubo con constricción y lámina se han utilizado para definir a la subfamilia Aroideae (Schoot, 1860; Engler, 1876, 1920; Grayum, 1990; Bogner y Nicolson, 1991; French et al., 1995; Mayo et al., 1997; Keating, 2002). Además de su valor diagnóstico, en este trabajo se reconoce que los estudios acerca de la evolución de los caracteres morfológicos basados en hipótesis filogéneticas explícitas y robustas, generadas a partir de datos moleculares (Soltis et al., 1999; Brooks y MacLennan, 2002), son frecuentemente una fuente de información independiente y útil, que consolida y evita un pensamiento circular, en el entendimiento de la evolución de los grupos (Givnish y Sytsma, 2000). Por esta razón, las inferencias filogenéticas basadas en datos moleculares sirven como marco de referencia para evaluar los patrones de evolución de los caracteres morfológicos (Donoghue, 1989; Brooks y McLennan, 2002), la reconstrucción de estados ancestrales (Cunningham et al., 1998) y el avance hacia el entendimiento sobre su origen y diversificación (Brooks y McLennan, 2002). Recientemente Cabrera et al. (2008) condujeron un análisis filogenético basado en secuencias de cinco regiones del ADN del cloroplasto que codifican y no codifican para proteína. El muestreo incluyó la mayor parte de los géneros de aráceas (ca. 95 %) y todos los de lemnoides. También se incoroporaron géneros de Alismatales, Acorales y otros grupos mayores de angiospermas (Chlorantaceae, Magnoliales y Piperales) como grupos externos. El objetivo del trabajo fue evaluar las relaciones filogenéticas entre aráceas y lemnoides y la monofilia de las Araceae, incluyendo sus subfamilias y tribus (en el sentido de Mayo et al., 1997). Los resultados con fuerte apoyo (bootstrap del 100% y proababilidades posteriores de 1.0) confirmaron la posición de las lemnoides como hermanas de las aráceas, con excepción de las subfamilias Gymnostachydoideae y Orontioideae, que representan el grupo hermano del resto de los miembros de la familia. La monofilia de las subfamilias Orontioideae, Pothoideae, Monsteroideae y Lasioideae fue apoyada, no así el de las Aroideae que resultó parafilética si se reconocia la subfamilia monotípica Calloideae. Los resultados apoyaron la expansión de la subfamilia Zamioculcadoideae con la inclusión del género Stylochaeton. En cuanto a la mayoría de las tribus, éstas se recobraron como monofiléticas, con excepción de Anadendreae, Heteropsideae, Monstereae, Caladiae/Zomicarpeae y Colocasieae. 50 Por tanto, con base al análisis filogénetico de Cabrera et al. (2008) para la familia Araceae y con el fin de indagar sobre la evolución de seis caracteres de tipo anatómico (tipo de colenquíma, tipo de laticíferos), vegetativo (tipo de tallo) y reproductivo (flores bisexuales y unisexuales, distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice, y tipo de espata), se proponen los siguientes objetivos. OBJETIVOS A) Evaluar los patrones de evolución de los caracteres anátomicos (tipo de colénquima, tipo de laticíferos) vegetativos (tipo de tallo) y reproductivos (tipo de flores bisexuales y unisexuales, distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice y tipo de espata) de la familia Araceae, a partir de las relaciones filogenéticas moleculares inferidas y discutir las posibles implicaciones evolutivas de cada uno de estos caracteres. B) Evaluar la influencia de estos caracteres en la diversificación de la familia Araceae. MATERIALES Y MÉTODOS Análisis filogenético— Para el análisis de los patrones de los caracteres evolutivos se tomó al azar uno de los 1105 árboles más parsimoniosos generados por el análisis filogenético (máxima parsimonia), los cuales se obtuvieron a partir de los datos combinados de cinco regiones de plastidio (gen matK, gen rbcL, intrón del extremo 3´ de trnK, intrón de trnL y el espaciador intergénico entre trnL-trnF) y 109 taxa (de aráceas y grupos externos)(Cabrera et al., 2008). Optimización— El programa MacClade versión 4.06 (Maddison y Maddison, 2003), fue utilizado para la optimización de los caracteres bajo el criterio de máxima parsimonia, debido a que es un método robusto, que produce un mapeo razonable de los caracteres sobre un amplio rango de circunstancias evolutivas (Felsenstein, 1978). Los seis caracteres seleccionados fueron de tipo cualitativo, tratados como no ordenados y a todos los estados se les asignó el mismo peso. Así mismo, cada uno de los seis caracteres se le examinó bajo las optimizaciones ACCTRAN y DELTRAN. Debido a la complejidad del tamaño del muestreo, cada atributo fue graficado en Mesquite versión 1.12 (Madisaon & Madison, 2006), bajo el criterio de máxima parsimonia. Caracteres— Con base en la información y términos, generados en los trabajos de Landolt (1986, 1998), Grayum (1990), Mayo et al. (1997, 1998), Keating (2002) para Araceae, seis caracteres de tipo anatómico (tipo de colénquima, tipo de laticíferos), vegetativo (tipo de tallo) y reproductivo (flores bisexuales y unisexuales, distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice y tipo de espata) fueron seleccionados, debido a que han sido utilizados 51 como marcadores para diferentes grupos taxónomicos de Araceae (Shott, 1860; Engler, 1876, 1920; Grayum, 1990; Bogner y Nicolson, 1991; Mayo et al., 1997, 1998; Keating, 2002). Para cada carácter se identificaron sus diferentes estados, así como su distribución en los diferentes grupos. RESULTADOS Caracteres y sus estados— Tipo de colénquima: De acuerdo con Keating (2002), en las aráceas este tejido puede o no estar presente (Fig. 8). Cuando se presenta, se le localiza en los tallos, las costillas y los pecíolos de las hojas. Existen cuatro diferentes tipos de arreglos del colénquima en aráceas: 1) en banda (Fig. 8B); 2) en banda interrumpida por células corticales (Fig. 8Bi); 3) en cordones alternos a los haces vasculares (Fig. 8Sb); 4) en cordones asociados a los haces vasculares (Fig. 8Sv). Tipo de laticíferos: En aráceas pueden o no estar presentes. Cuando se presentan, estos son articulados (unidos). Asimismo, los laticíferos articulados pueden ser (Fig. 9): 1) anastomosados (tubos formando redes o retículos) (Fig. 9B); 2) no anastomosados (células que forman cadenas o tubos que no están conectados lateralmente) (Fig. 9A)(Mayo et al., 1997; Keating, 2002). Tipo de tallo: En Araceae se reconocen cinco tipos de tallos, considerando su posición con respecto al sustrato (Fig. 10): 1) erecto, sin raíces en los nudos (Fig 10A); 2) trepador, aéreo, escalador de superficies, desarrollando raíces en los nudos o entrenudos, para la absorción de agua, nutrientes y fijación al sustrato (Fig. 10C); 3) rizoma generalmente plagiotrópico, subterráneo, con hojas tipo follaje o catáfilas y con entrenudos siempre presentes (Fig 10E); 4) estolón plagiotrópico, subterráneo o superficial, con hojas tipo follaje o catáfilas (ocasionales), con entrenudos que se pueden perder durante la vida de la planta (Fig. 10D); 5) tubérculo con la porción caulinar engrosada, generalmente subterráneo, portando catáfilas que abrazan una o más yemas, rico en substancias de reserva tales como carbohidratos (Fig. 10B) (Font Quer, 1982; Moreno, 1984; Landolt 1986, 1998; Bell y Bryan, 1991; Mayo et al., 1997, 1998; Bown, 2000; Judd et al., 2002). Flores bisexuales y unisexuales: En la familia se reconocen dos tipos de flores fértiles (Fig. 11): 1) bisexuales, con gineceo y androceo funcionales (Fig. 11A); 2) unisexuales, con gineceo o androceo funcionales (Fig. 11B) (Mayo et al., 1997 y 1998; Judd et al., 2002). 52 Distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice: En Araceae, las flores bisexuales y unisexuales se distribuyen de forma diferente sobre el eje de la inflorescencia (Fig. 11): 1) Las flores bisexuales se presentan uniformemente dispuestas a lo largo del espádice (Fig. 11A); 2) las unisexuales femeninas se distribuyen hacia la porción basal del espádice y las masculinas hacia el ápice (Fig. 11B) (Mayo et al., 1997, 1998). Tipo de espata: La espata presenta un amplio intervalo de formas. Estas formas se pueden agrupar en cuatro grandes tipos (Fig. 12): 1) expandida (Fig. 12A, B; 2) en forma de lancha (Fig. 12C, D); 3) en tubo (Fig. 12E, F); 4) en tubo con constricción y lámina (Fig.12G, H) (Grayum, 1990, Mayo et al., 1997). Fig. 8. Tipo de colénquima en Araceae, de acuerdo con Keating (2002). B) El círculo negro interno representa al colénquima en banda; Bi) el círculo negro interrumpido representa el colénquima interrumpido por células corticales; Sb) los puntos blancos representan los haces vasculares y los puntos negros los cordones de colénquima entre los haces vasculares; Sv) los puntos blancos representan a los haces vasculares y los puntos negros los cordones de colénquima asociados los haces vasculares. Fig. 9. Tipo de laticíferos articulados en Araceae (tomado de Keating, 2002): A) no anastomosados; B) anastomosados. A B B Sb SvBi 53 Fig. 10. Tipo de tallo en Araceae (según su posición con respecto al sustrato): A) aéreo sin raíces en los nudos (la flecha indica el tallo); B) tubérculo; C) aéreo con raíces en los nudos; D) estolón ; E). rizoma. Fig. 11. Tipo de inflorescencia en Araceae: A) flores bisexuales dispuestas uniformemente en el espádice; B) flores unisexuales distribuidas en zona femenina (hacia la base del espádice) y masculina (hacia el ápice del espádice). 54 Fig. 12. Tipo de espata en Araceae: A, B) expandida; C, D) forma de lancha; E, F) forma de tubo; G, H) forma de tubo con constricción y lámina. Reconstrucción de la evolución de los caracteres— Tipo de colénquima: De acuerdo con la hipótesis de reconstrucción de la evolución del colénquima (Fig. 13), se observa que el estado ancestral en las aráceas es la ausencia de este tejido. Por tanto, su presencia (en banda y en cordones asociados a los haces vasculares) en el clado Lysichiton/Symplocarpus (14), podría representar un origen independiente. Con respecto al resto de las aráceas ubicadas en el clado Pothos/Zamioculcas (16), el colénquima en banda es el estado ancestral. Sin embargo, en los clados Pothos/Pothoidium (2), Heteropsis (3), Anaphyllopsis/Dracontium (4) y Calla (13), el colénquima parece haberse perdido de forma independiente. Al interior del clado Pothos/Zamioculcas (16), se observan diferentes eventos que involucran a los restantes tipos de colénquima. El colénquima en cordones alternos a los haces vasculares, se encuentra en el grupo de Aglaonema/Anchomanes (15). Por su parte el colénquima 55 en cordones asociados a los haces vasculares, se localiza en los clados Lysichiton (polimórfico con el colénquima en banda) (1), Amorphophallus/Eminium (9) y Cryptocoryne/Lagenandra (11). Por último el colénquima en banda interrumpida por células corticales, se presenta independientemente en Zantedeschia (6), Dieffenbachia (7), Callopsis (10), o como estado polimórfico en Nephthytis (5), Spathicarpa (8) y Schismatoglottis/Phymatarum (12). Tipo de laticíferos: De acuerdo con la hipótesis de reconstrucción de la evolución de los laticíferos (Fig. 14), se observa que la condición ancestral en Araceae es la ausencia de laticíferos, y la adquisición de estos es la condición derivada. La reconstrucción indica que los laticíferos se han presentado en varias ocasiones. Inicialmente surgieron los laticíferos no anasomosados en Orontium (1), Rhodospatha (3), Stenospermation (4) y en estado polimórfico en Scindapsus (2). Por su parte, en el clado Anubias/Calla (12), representan la condición ancestral del grupo. Al interior de este clado se observa que Culcasia (5) y Pistia (7) no presentan laticíferos, por lo que su ausencia podría representar dos eventos independientes. La reconstrucción indica que los laticíferos anastomosados son un estado derivado de los no anastomosados. Sin embargo, la interpretación sobre la evolución de los laticíferos anastomosados depende de la opción de optimización que se seleccione, dado que la condición ancestral del subclado Pistia/Eminium (11) es ambigua. Bajo la optimización ACCTRAN, los laticíferos anastomosados se presentan en los subcaldos Hapaline/Filarum (6) y Pistia/Eminium (11), representando la condición ancestral para cada subclado. Sin embargo, bajo la optimización DELTRAN, la situación es diferente, ya que los laticíferos anastomosados se presentan en los clados Hapaline/Filarum (6), Protarum (8), Colocasia/Steudnera (9) y Alocasia (10), siendo los laticíferos no anastomosados en el clado Pistia/Eminium (11), la condición ancestral. Tipo de tallo: De acuerdo a la reconstrucción de este carácter (Fig. 15), el rizoma es el estado ancestral en la familia. Sin embargo, su presencia representa reversiones en Jassarum (21), Zomicarpella (24), Ullearum (25), Typhonodorum (27), Peltandra (30) y Steudnera (32). Adicionalmente, se presenta en estado polimórfico en Anthurium (2), Spathyphyllum (4), Rhaphidophora (5), Amydrium (6), Stenospermation (7), Zantedeschia (13), Dieffenbachia (14), Spathicarpa (15), Homalomena (16), Philodendron (17), Culcasia (18), Amorphopallus (20), Arisarum/Ambrosina (26), Arophyton (28), Arisaema (34), Typhonium (35), Arum (36), Montrichardia (38) y Gonatopus (40). 56 A partir del rizoma se derivan los otros tipos de tallos como el estolón, el tallo aéreo con raíces en los nudos o trepador, el tallo aéreo sin raíces en los nudos y el tubérculo. De acuerdo con la hipótesis de reconstrucción del tallo, el estolón deriva independiente en lemnoides (1), Lasia (9) y Pistia (31). En tanto que el estado polimórfico se observa en Spathiphyllum (4), Amorphophallus (20), Alocasia (33), Arisaema (34), Typhonium (35) y Dracunculus (37). Por su parte, el tallo aéreo con raíces en los nudos o trepador, deriva independientemente en Pothos/Stenospermation (41), Cercestis (19) Syngonium (22) y Phymatarum, (39). En estado polimórfico se presenta en Anthurium (2), Spathiphyllum (4), Raphidophora (5), Amydrium (6), Stenospermation (7), Philodendron (17) y Culcasia (18). En referencia al tallo aéreo sin raíces en los nudos, éste deriva en Holochlamys (3), Aglaonema (11), Chlorospatha (23) y se le observa en estado polimórfico en Anthurium (2), Dieffenbachia (14), Homalomena/Philodendron (43), Culcasia (18), Alocasia (33) y Montrichardia (38). Por otra parte, el tubérculo se ha desarrollado al menos en seis eventos independientes; sin embargo, la interpretación de su evolución depende de la opción de optimización que se seleccione, debido a que la condición ancestral del clado Arisarum/Eminium (45) es ambigua. Por tanto bajo, la optimización ACCTRAN, el tubérculo se presenta en Dracontium (8), Pycnosphata (10), Pseudohydrosme/Anchomanes (12), Gearum/Synandrospadix (42), Amorphophallus/Eminium (49) y Arophyton/Colletogyne (46). En cambio, bajo la optimización DELTRAN, dicho tubérculo se presenta en siete eventos independientes, que incluyen a Dracontium (8), Pycnospatha (10), Pseudohydrosme/Anchomanes (12), Gearum/Synandrospadix (42), Amorphophallus/Filarum (44), Carlephyton/Colletogyne (29) y Pistia/Eminium (48). En estado polimórfico se presenta en Zantedeschia (13), Spathicarpa (15), Amorphophallus (20), Arisarum/Ambrosina (26), Arophyton (28), Arisaema (34), Thyphonium (35), Arum/Dracunculus (47) y Gonatopus (40). Por último, en el caso particular de Dieffenbachia (14), Culcacia (18) y Alocasia (33), nuevamente es necesario evaluar cada uno de ellos bajo ambas opciones de optimización, debido a que presentan una condición polimórfica ancestral. Bajo la optimización ACCTRAN, Dieffenbachia (14) y Alocasia (33) mantienen una condición ambigua, mientras que, el tallo aéreo con raíces en los nudos es la condición para Culcasia (18). Por otra parte, bajo la 57 optimización DELTRAN, Dieffenbachia (14) y Alocasia (33) presentan la condición de tubérculo y Culcacia (18) la de rizoma. Flores bisexuales y unisexuales: De acuerdo con la hipótesis de reconstrucción de este carácter (Fig. 16), las flores bisexuales son la condición ancestral y las unisexuales son el estado derivado (clado Anubia/Zamioculas, 11). Sin embargo, observamos ambas condiciones en Orontium (1), Pothoidium (2), Epipremnum (3), Heteropsis (4), Calla (9), Stylochaeton (10), Taccarum (6), Synandrospadix (7), Anubias (5) y Carlephyton (8). Distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice: De acuerdo con la hipótesis de reconstrucción (Fig. 17), el estado ancestral en aráceas son las flores bisexuales dispuestas a lo largo de la inflorescencia y la condición derivada son las flores unisexuales dispuestas en zonas femenina y masculina (clado Anubias/Zamioculcas, 11). En estado polimórfico se observan en Orontium (1), Pothoidium (2), Epipremnum (3), Heteropsis (4), Calla (9), Stylochaeton (10), Taccarum (6), Synandrospadix (7), Anubias (5) y Carlephyton (8). Tipo de espata: De acuerdo con la hipótesis de reconstrucción (Fig. 18), la espata expandida es la condición ancestral en aráceas. Esta condición se observa en Gymnostachys (1), Orontium (2), Lemna (3), Landoltia (4), Spirodela (6), Pothos/Anthuium (7), Holochlamys/Spathiphyllum (8), Amydrium (10), Anaphyllopsis (12), Lasia (14), Cyrtosperma/Podolasia (15), Urospatha (16), Nephthytis (19), Spathicarpa (27), Zomicarpella (33), Ulearum/Filarum (34), Carlephyton/Colletogyne (38), Steudnera (43), Callopsis (46) y Calla (52). En condición polimórfica se presenta en Anadendrum (9), Anchomanes (21) y Homalomena (29). A partir de la condición de la espata expandida, se derivan los otros estados: la pérdida de la espata, la espata en forma de lancha, de tubo o un tubo con constricción y lámina. Específicamente en el clado Wolffia/Wolffiella (5), la ausencia de espata puede interpretarse como un evento derivado. En el caso particular de la espata en forma de lancha, se observa que podría haberse originado al menos, en ocho eventos independientes (Fig. 18). Sin embargo, de acuerdo con la opción de optimización que se seleccione, el número de episodios puede cambiar, debido a que la reconstrucción de los estados ancestrales de los clados Holochlamys/Stenospermation (58) y Aglaonema/Cercestis (59), es ambigua. Bajo la optimización ACCTRAN, para el clado Holochlamys/Stenospermation (58), el estado ancestral es la espata en forma de lancha y por 58 consecuencia su aparición es única. En cambio, bajo la optimización DELTRAN, la espata expandida es la condición ancestral y la espata en forma de lancha deriva independientemente en los clados Anadendrum/Epipremnum (54) y Heteropsis/Stenospermation (11). Por otra parte bajo la optimización ACCTRAN, la espata en forma de lancha representa el estado ancestral del clado Aglaonema/Cercestis (59) y al interior de éste, de forma independient,e se presenta en los subclados Gorgonidium/Spathantheum (25) y Synadrospadix (28); en tanto que, bajo la optimización DELTRAN, la espata en forma de tubo con costricción y lámina es el estado ancestral del clado y por consecuencia, la espata en forma de lancha deriva en los subclados Aglaonema/Aglaodorum (18), Gorgonidium/Spathantheum (25), Synandrospadix (28) y Culcasia/Cercestis (31). En el caso de la espata en forma de tubo, se observa que evolucionó en seis eventos independientes (Dracontioides, 13; Zantedeschia/Bognera, 55; Arisarum, 35; Pistia, 40; Arisaema, 44; Piptospatha, 48). Por último, la espata que forma un tubo con constricción y lámina es el estado ancestral del clado Anubias/Zamioculcas (60). Su presencia se observa en Anubias (17), Pseudohydrosme (20), Gearum (23), Dieffenbachia (24), Philodendron (30), Hapaline/Scaphispatha (excepto Zomicarpella,33; Ulearum/Filarum; 56), Thyphonodorum (36), Arophyton (37), Peltandra (39), Protarum (41), Colocasia/Remusatia (42), Alocasia/Eminium (excepto Arisaema; 57), Montrichardia (45), Chyptocoryne/Lagenandra (47), Bucephalandra (49), Schismatoglottis/Phymatarum (50) y Stylochaeton/Zamioculcas (53); en tanto que el estado polimórfico se presenta en Homalomena (29), Amorphophallus (32) y Aridarum (51). Sin embargo, a partir de la espata que forma tubo con constricción y lámina se derivan independientemente la espata en forma de lancha (e.g. Aglaonema/Aglaodorum, 18; Gorgonidium/Spathantheum, 25; Culcasia/Cercestis, 31), en forma de tubo (e.g. Zantedeschia, 22; Asterostigma, 26; Pistia, 40) o la expandida (e.g. Nephthytis,19; Zomicarpella, 33; Calla, 52). 59 Fig. 13. Reconstrucción de la evolución del tipo de colénquima en Araceae y grupos externos, usando el criterio de máxima parsimonia y el programa Mesquite 1.12 (Maddison and Maddison, 2006). Inferencia apoyada sobre uno de los 1105 árboles más parsimoniosos generados por la reconstrucción filogenética de Araceae, basada en cinco regiones del cloroplasto (Cabrera et al., 2008). Las barras y corchetes (con números a la derecha) indican clados discutidos en el texto. Aus) Ausente; Bi) en banda interrumpida por células corticales; Sb) en cordones alternos a los haces vasculares; Sv) en cordones asociados a los haces vasculares; B) en banda; Polimórfico) presentando más de dos estados. Magnolia Piper Hedyosmum Acorus Alisma Triglochin Tofieldia Gymnostachys Lysichiton Symplocarpus Orontium Lemna Landoltia Wolffiella Wolffia Spirodela Pothos Pedicellarum Pothoidium Anthurium Holochlamys Spathiphyllum Anadendrum Rhaphidophora Scindapsus Monstera Amydrium Epipremnum Heteropsis Rhodospatha Alloschemone Stenospermation Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Lasia Lasimorpha Cyrtosperma Podolasia Pycnospatha Urospatha Anubias Aglaonema Aglaodorum Nephthytis Pseudohydrosme Anchomanes Zantedeschia Gearum Dieffenbachia Mangonia Gorgonidium . Spathantheum Asterostigma Taccarum Spathicarpa Synandrospadix Bognera Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Amorphophallus Pseudodracontium Hapaline Jasarum Caladium Syngonium Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Arisarum Ambrosina Typhonodorum Arophyton Carlephyton Colletogyne Peltandra Pistia Protarum Colocasia Remusatia Steudnera Ariopsis Alocasia Arisaema Pinellia Typhonium Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Montrichardia Callopsis Cryptocoryne Lagenandra Piptospatha Bucephalandra Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Calla Stylochaeton Gonatopus Zamioculcas 141 2 3 4 5 6 7 15 8 9 10 11 12 13 16 Aus Bi Sb Sv B Polimorfico Polimorfico Polimorfico Tipo de colenquima 60 Fig. 14. Reconstrucción de la evolución del tipo de laticíferos en Araceae y grupos externos, usando el criterio de máxima parsimonia y el programa Mesquite 1.12 (Maddison and Maddison, 2006). Inferencia apoyada sobre uno de los 1105 árboles más parsimoniosos generados por la reconstrucción filogenética de Araceae, basada en cinco regiones del cloroplasto (Cabrera et al., 2008). Las barras y corchetes (con números a la derecha) indican clados discutidos en el texto. Aus) Ausentes; Sim) no anastomosados; Ana) anastomosados; Polimórfico) presentando más de dos estados. Magnolia Piper Hedyosmum Acorus Alisma Triglochin Tofieldia Gymnostachys Lysichiton Symplocarpus Orontium Lemna Landoltia Wolffiella Wolffia Spirodela Pothos Pedicellarum Pothoidium Anthurium Holochlamys Spathiphyllum Anadendrum Rhaphidophora Scindapsus Monstera Amydrium Epipremnum Heteropsis Rhodospatha Alloschemone Stenospermation Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Lasia Lasimorpha Cyrtosperma Podolasia Pycnospatha Urospatha Anubias Aglaonema Aglaodorum Nephthytis Pseudohydrosme Anchomanes Zantedeschia Gearum Dieffenbachia Mangonia Gorgonidium . Spathantheum Asterostigma Taccarum Spathicarpa Synandrospadix Bognera Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Amorphophallus Pseudodracontium Hapaline Jasarum Caladium Syngonium Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Arisarum Ambrosina Typhonodorum Arophyton Carlephyton Colletogyne Peltandra Pistia Protarum Colocasia Remusatia Steudnera Ariopsis Alocasia Arisaema Pinellia Typhonium Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Montrichardia Callopsis Cryptocoryne Lagenandra Piptospatha Bucephalandra Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Calla Stylochaeton Gonatopus Zamioculcas 1 3 11 5 10 6 4 2 7 9 8 12 Aus Sim Ana Polimorfico Polimorfico Polimorfico Tipo de laticiferos 61 Fig. 15. Reconstrucción de la evolución del tipo de tallo en Araceae y grupos externos, usando el criterio de máxima parsimonia y el programa Mesquite 1.12 (Maddison and Maddison, 2006). Inferencia apoyada sobre uno de los 1105 árboles más parsimoniosos generados por la reconstrucción filogenética de Araceae, basada en cinco regiones del cloroplasto (Cabrera et al., 2008). Las barras y corchetes (con números a la derecha) indican clados discutidos en el texto. Riz) Rizoma; Tube) tubérculo; Aer_c/raic) aéreo con raíces en los nudos; Esto) estolón; Aer_s/raic) aéreo sin raíces en los nudos; Polimórfico) presentando más de dos estado. Magnolia Piper Hedyosmum Acorus Alisma Triglochin Tofieldia Gymnostachys Lysichiton Symplocarpus Orontium Lemna Landoltia Wolffiella Wolffia Spirodela Pothos Pedicellarum Pothoidium Anthurium Holochlamys Spathiphyllum Anadendrum Rhaphidophora Scindapsus Monstera Amydrium Epipremnum Heteropsis Rhodospatha Alloschemone Stenospermation Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Lasia Lasimorpha Cyrtosperma Podolasia Pycnospatha Urospatha Anubias Aglaonema Aglaodorum Nephthytis Pseudohydrosme Anchomanes Zantedeschia Gearum Dieffenbachia Mangonia Gorgonidium . Spathantheum Asterostigma Taccarum Spathicarpa Synandrospadix Bognera Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Amorphophallus Pseudodracontium Hapaline Jasarum Caladium Syngonium Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Arisarum Ambrosina Typhonodorum Arophyton Carlephyton Colletogyne Peltandra Pistia Protarum Colocasia Remusatia Steudnera Ariopsis Alocasia Arisaema Pinellia Typhonium Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Montrichardia Callopsis Cryptocoryne Lagenandra Piptospatha Bucephalandra Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Calla Stylochaeton Gonatopus Zamioculcas 26 41 21 35 2 32 1 24 25 27 30 4 5 6 7 13 14 15 16 17 18 20 28 34 36 38 40 9 31 33 37 19 22 39 3 11 23 43 45 8 10 12 42 4946 44 29 48 47 Riz Tube Aer_c/raic Esto Aer_s/raic Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Tipo de tallo 62 Fig. 16. Reconstrucción de la evolución de las flores bisexuales y unisexuales en Araceae y grupos externos, usando el criterio de máxima parsimonia y el programa Mesquite 1.12 (Maddison and Maddison, 2006). Inferencia apoyada sobre uno de los 1105 árboles más parsimoniosos generados por la reconstrucción filogenética de Araceae, basada en cinco regiones del cloroplasto (Cabrera et al., 2008). Las barras y corchetes (con números a la derecha) indican clados discutidos en el texto. Bi) Bisexuales; Uni) unisexuales; Polimórfico) presentando más de dos estados. Magnolia Piper Hedyosmum Acorus Alisma Triglochin Tofieldia Gymnostachys Lysichiton Symplocarpus Orontium Lemna Landoltia Wolffiella Wolffia Spirodela Pothos Pedicellarum Pothoidium Anthurium Holochlamys Spathiphyllum Anadendrum Rhaphidophora Scindapsus Monstera Amydrium Epipremnum Heteropsis Rhodospatha Alloschemone Stenospermation Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Lasia Lasimorpha Cyrtosperma Podolasia Pycnospatha Urospatha Anubias Aglaonema Aglaodorum Nephthytis Pseudohydrosme Anchomanes Zantedeschia Gearum Dieffenbachia Mangonia Gorgonidium . Spathantheum Asterostigma Taccarum Spathicarpa Synandrospadix Bognera Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Amorphophallus Pseudodracontium Hapaline Jasarum Caladium Syngonium Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Arisarum Ambrosina Typhonodorum Arophyton Carlephyton Colletogyne Peltandra Pistia Protarum Colocasia Remusatia Steudnera Ariopsis Alocasia Arisaema Pinellia Typhonium Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Montrichardia Callopsis Cryptocoryne Lagenandra Piptospatha Bucephalandra Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Calla Stylochaeton Gonatopus Zamioculcas 1 8 2 3 5 6 7 10 4 9 11 Bi Uni Polimorfico Flores bisexuales y unisexuales 63 Fig. 17. Reconstrucción de la evolución de la distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice en Araceae y grupos externos, usando el criterio de máxima parsimonia y el programa Mesquite 1.12 (Maddison and Maddison, 2006). Inferencia apoyada sobre uno de los 1105 árboles más parsimoniosos generados por la reconstrucción filogenética de Araceae, basada en cinco regiones del cloroplasto (Cabrera et al., 2008). Las barras y corchetes (con números a la derecha) indican clados discutidos en el texto. Bid) Flores bisexuales distribuidas uniformemente en el espádice; Unidz) flores unisexuales femeninas distribuidas hacia la base del espádice y las masculinas hacia el ápice; Polimórfico) presentando más de dos estados. Magnolia Piper Hedyosmum Acorus Alisma Triglochin Tofieldia Gymnostachys Lysichiton Symplocarpus Orontium Lemna Landoltia Wolffiella Wolffia Spirodela Pothos Pedicellarum Pothoidium Anthurium Holochlamys Spathiphyllum Anadendrum Rhaphidophora Scindapsus Monstera Amydrium Epipremnum Heteropsis Rhodospatha Alloschemone Stenospermation Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Lasia Lasimorpha Cyrtosperma Podolasia Pycnospatha Urospatha Anubias Aglaonema Aglaodorum Nephthytis Pseudohydrosme Anchomanes Zantedeschia Gearum Dieffenbachia Mangonia Gorgonidium . Spathantheum Asterostigma Taccarum Spathicarpa Synandrospadix Bognera Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Amorphophallus Pseudodracontium Hapaline Jasarum Caladium Syngonium Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Arisarum Ambrosina Typhonodorum Arophyton Carlephyton Colletogyne Peltandra Pistia Protarum Colocasia Remusatia Steudnera Ariopsis Alocasia Arisaema Pinellia Typhonium Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Montrichardia Callopsis Cryptocoryne Lagenandra Piptospatha Bucephalandra Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Calla Stylochaeton Gonatopus Zamioculcas 1 8 2 3 5 6 7 10 4 9 11 Bid Unidz Polimorfico Distribucion de las flores unisexuales y bisexuales sobre la inflorescencia 64 Fig. 18. Reconstrucción de la evolución del tipo de espata en Araceae y grupos externos, usando el criterio de máxima parsimonia y el programa Mesquite 1.12 (Maddison and Maddison, 2006). Inferencia apoyada sobre uno de los 1105 árboles más parsimoniosos generados por la reconstrucción filogenética de Araceae, basada en cinco regiones del cloroplasto (Cabrera et al., 2008). Las barras y corchetes (con números a la derecha) indican clados discutidos en el texto. Aus) Ausente; Expan) expandida; Bot) en forma de lancha; Tub) tubo; Lam y tub) en tubo con constricción y lámina; Polimórfico) presentando más de dos estados. Magnolia Piper Hedyosmum Acorus Alisma Triglochin Tofieldia Gymnostachys Lysichiton Symplocarpus Orontium Lemna Landoltia Wolffiella Wolffia Spirodela Pothos Pedicellarum Pothoidium Anthurium Holochlamys Spathiphyllum Anadendrum Rhaphidophora Scindapsus Monstera Amydrium Epipremnum Heteropsis Rhodospatha Alloschemone Stenospermation Dracontium Anaphyllopsis Dracontioides Lasia Lasimorpha Cyrtosperma Podolasia Pycnospatha Urospatha Anubias Aglaonema Aglaodorum Nephthytis Pseudohydrosme Anchomanes Zantedeschia Gearum Dieffenbachia Mangonia Gorgonidium . Spathantheum Asterostigma Taccarum Spathicarpa Synandrospadix Bognera Homalomena Philodendron Culcasia Cercestis Amorphophallus Pseudodracontium Hapaline Jasarum Caladium Syngonium Xanthosoma Chlorospatha Scaphispatha Zomicarpella Ulearum Filarum Arisarum Ambrosina Typhonodorum Arophyton Carlephyton Colletogyne Peltandra Pistia Protarum Colocasia Remusatia Steudnera Ariopsis Alocasia Arisaema Pinellia Typhonium Arum Dracunculus Biarum Helicodiceros Eminium Montrichardia Callopsis Cryptocoryne Lagenandra Piptospatha Bucephalandra Schismatoglottis Phymatarum Aridarum Calla Stylochaeton Gonatopus Zamioculcas 59 7 2 3 6 43 46 52 12 1 33 10 27 34 54 60 58 4 8 14 15 16 19 38 9 29 21 5 11 18 25 28 31 13 55 35 40 48 17 20 23 24 30 56 36 39 37 42 57 41 45 47 49 50 53 22 26 32 44 51 Aus Expan Bot Tub Lam y tub Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Polimorfico Tipo de espata 65 DISCUSIÓN Los atributos anatómicos (tipo de colénquima, tipo de laticíferos), vegetativos (tipo de tallo) y reproductivos (flores bisexuales y unisexules, distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice y tipos de espata) estudiados revelan patrones que, en algunos casos, son muy similares (sexualidad y distribución de las flores en el espádice) y en otros presentan una evolución diferencial (tipo de tallo o tipo de espata). Sin embargo, en su conjunto, estos caracteres aportan información a diferentes niveles sobre la evolución de un grupo que muestra una compleja diversidad morfológica. Tipo de colénquima— Los resultados indican que en una etapa temprana de la evolución de las Araceae se desarrolló el colénquima en banda continua (Figs. 13 y 20), el cual en etapas posteriores se fragmentó dando origen a los otros tipos de colénquima (Figs. 13 y 20). La adquisición del colénquima se puede asociar con la mejora en el sistema de apoyo, sostén y flexibilidad del tallo, pecíolo y lámina de la hoja (Mauseth, 1988; Dickinson, 2000). Adicionalmente, a las características mencionadas anteriormente, el colénquima es un tejido que en estado maduro se puede regenerar velozmente. En la mayoría de las plantas en estado joven puede crecer rápidamente y ser fotosintético (Mauseth, 1988). Támbien, si se le presiona este puede adoptar una nueva forma, pero si se retira la presión puede recuperar su forma original (Mauseth, 1988), por lo que es un tejido con gran plastidad (Mauseth, 1988). La plasticidad del colénquima es una propiedad escencial de los órganos en los que se desarrolla, debido a que, estos órganos constantemente están alterando su forma durante su desarrollo, mientras llegan a su forma madura (Mauseth, 1988). Todos estos atributos del colénquima, le otorgan una serie de ventajas a las estructuras (tallo, pecíolo y lámina de la hoja) de las aráceas que lo presentan, durante su expansión y supervivencia, en los diferentes ambientes donde se les puede encontrar. Sin embargo, el colénquima puede lignificarse y disminuir o perder su flexibilidad, pero su función de apoyo la continua realizando (Mauseth, 1988; Niklas, 1991; Dickison, 2000). Por su parte, el colénquima en banda continua forma un cilindro que auxilia al sostén de las estructuras en donde se localiza; en tanto que, el colénquima que forma una banda interrumpida por células corticales, asemeja un cilindro interrumpido por huecos, el cual otorga sostén a la estructura donde se localiza, pero simultáneamente los huecos permiten flexibilidad al liberar la presión entre ellos. 66 En tanto que, el colénquima en cordones alternos a los haces vasculares y el de cordones asociados a los haces vasculares no forman una banda compacta, como el colénquima en banda o en banda interrumpida por células corticales. En estos casos, el colénquima adquiere la forma de varillas que dan soporte y flexibilidad a la estructura en la que se localizan. El colénquima en cordones alternos a los haces vasculares posiblemente apuntala interiormente a la estructura u órgano en el que se desarrolla, mientras que el colénquima en cordones asociados a los haces vasculares, forma varillas individuales que están directamente asociadas a dichos haces, brindándoles apoyo a estos y a las estructuras u órganos donde se localizan. Un punto interesante de resaltar, es la relación que se observa entre el colénquima y el hábito de las aráceas. En el clado Pothos/Stenospermation (Fig. 13), la mayoría de los taxa presentan colénquima en banda (excepto el clado Pothos/Pothoidium y Heteropsis, que no lo presentan). Al revisar el hábito de los taxa de este clado, resulta que la mayor parte de ellos son de hábito hemiepífito con tallos aéreos y raíces en los nudos (excepto el clado Holochlamys/Spathiphyllum y Stenospermation, que son plantas reofítas, litofítas, helofítas, epifítas o geofítas) (Fig 17, corchete 41). Lo anterior nos conduce a pensar que existe una relación entre el colenquíma en banda y el hábito hemiepífito. Otro ejemplo, con respecto al colénquima en banda pero relacinado con el hábito helófito, lo observamos en el clado Dracontium/Urospatha (Fig.13). En este clado la mayoría de los taxa desarrollan colénquima en banda (excepto el clado Anaphylopsis/Dracontioides, que no lo presentan) y son de hábito helófito (excepto Dracontium y Picnospatha, que son geofitas). Lo anterior parece indicar que el colénquima en banda tiene una relación con el hábito helófito. En ambos casos el colénquima en banda, parece jugar un papel importante en el apoyo y flexibilidad de las plantas hemiepífitas con tallos y raíces en los nudos y las helófitas, durante su desarrollo y madurez de las plantas. Con respecto al colénquima asociado a los haces vasculares (Fig. 13, corchete 9) y las aráceas geofitas con tubérculo, del clado Amorphophallus/Eminium (Fig. 15, corchete 49), se observa que todos los taxa presentan colénquima asociado a los haces vasculares y la mayoría de ellos son plantas geofítas con túberculo (excepto Pista que es acuática libre flotadora, Jasarum acuática sumergida, Syngonium hemiepífita, Peltandra y Typhonodorum helofítas). Sin embargo, algunos taxa de este clado desarrollan rizoma (como Jassarum, Zomicarpella, Ulearum, Thyphonodorum, Peltandra, Steudnera) o rizoma y túberculo (clado Arisarum/Ambrosina, 67 Arophyton, Arisarum y Arum), por lo que la condición ancestral del clado es recuperada como ambigua (Fig. 15, corchete 49). Por tanto, la relación entre el colénquima asociado a los haces vasculares y las geofítas con túberculo, no necesariamente es directa. Aunque está situación no es excluyente, es interesante considerarla. En cuanto al resto de los clados que presentan uno o varios tipos de colénquima y su hábito o hábitos, su relación no parece estar relacionada directamente como en los casos discutidos anteriormente. Tipo de laticíferos— Con base en la reconstrucción de este carácter (Fig. 14), se observa que a partir de la adquisición de los laticíferos no anastomosados se derivaron los anastomosados (Figs. 14 y 21). La adquisición de los laticíferos puede ser interpretada como la formación de un sistema excretor o de almacenamiento de látex. Los laticíferos no anastomosados forman tubos paralelos a los haces vasculares (Fig. 9), mientras que los anastomosados (condición derivada) forman redes de células que se ramifican en las células vecinas del sistema vascular (Keating, 2002). Esta derivación incrementa el área de cobertura del sistema de los laticíferos. Esto podría indicar un patrón de cambio gradual de los laticíferos hacia una mayor complejidad y hacia un sistema más eficiente de excreción o de almacenamiento de látex. Con respecto al látex, Esau (1965) señaló que posiblemente posee más de una función, ya que puede estar compuesto por diferentes sustancias y se presenta en varios grupos de plantas. En la literatura científica existen evidencias de que las plantas han desarrollado sistemas de defensa mecánicos y químicos. El mecánico se ha asociado con la presencia de estructuras duras o gruesas como espinas y tricomas, mientras que el químico incluye sustancias tóxicas, repelentes o no digeribles por los tractos digestivos de los animales (Becerra et al., 2001). Por tanto, cuando una planta es dañada, se inicia la secreción de fluidos provenientes de los tejidos y en muchas especies vegetales estas secreciones presentan sustancias antioxidantes, antibacterianas o tóxicas (Becerra et al., 2001). En el caso de las aráceas de zonas áridas, se sabe que sus hojas al formar un follaje exuberante, son blanco de herbívoros con fuertes paladares y gruesas lenguas. Sin embargo, estos animales no están protegidos contra las toxinas químicas del látex y los cristales de oxalato de calcio, que les causan daño en las membranas de sus gargantas (Bown, 2000). Esto sugiere que posiblemente el látex de las aráceas funciona como un sistema de defensa contra sus posibles depredadores. 68 Tipo de tallo— De acuerdo con la hipótesis de reconstrucción de este carácter (Fig. 15), el rizoma es la condición ancestral y a partir de ella derivan el resto de los tipos de tallos reconocidos en la familia (Figs. 15 y 22). En Araceae, el rizoma se desarrolla horizontalmente sobre el nivel del sustrato y puede llegar a presentar una parte subterránea y otra vertical. Esta versatilidad, aunada a un eficiente sistema de anclaje (proporcionado por las raíces), le permite a la planta explorar diferentes lugares del ambiente, expandiéndose horizontalmente o adhiriéndose verticalmente a sitios poco estables como orillas de ríos o sitios fangosos (Bown, 2000). Las aráceas que presentan exclusivamente estolones están relacionadas al medio acuático. En el caso de las lemnoides y Pistia, las plantas son exclusivamente libres flotadoras y presentan estolones a nivel de la superficie del agua (Mayo et al., 1997). En lo que respecta al género Lasia, éste habita sitios inundables, por lo que ha desarrollado estolones epígeos o subterráneos (Mayo et al., 1997). La presencia de estolones en ambientes acuáticos, se ha asociado a un sistema eficiente de multiplicación clonal que permite a los clones incrementar rápidamente su número y con ello su diseminación en el medio acuático (Grace, 1993). Con respecto al tallo aéreo con raíces en los nudos, este estado de carácter se encuentra básicamente en taxa de las subfamilias Pothoideae y Monsteroideae. Es un tipo de tallo trepador con entrenudos largos, cuyo crecimiento se debe a la expansión del vástago (brote, compuesto por tallo y hojas; Mauseth, 1988; Bell y Bryan, 1991) y especialmente al vástago flageliforme (que presenta largos y delgados entrenudos, de rápido crecimiento, con hojas reducidas en tamaño y es colgante; Mayo et al., 1997, 1998; Bown 2000), que le permite explorar diferentes sitios del ambiente, por medio de su plasticidad arquitectónica. De acuerdo con Mayo et al. (1997), este vástago flageliforme es equivalente, por su función, a un estolón aéreo. Algunas especies de aráceas que presentan este tallo pueden desarrollar dos tipos de raíces (anclaje y alimentación; e.g. Monstera), lo cual le permite a la planta adquirir una mayor capacidad de fijación y alimentación, así como una eficiente expansión y colonización del medio (Grayum, 1990). En lo referente al tallo aéreo sin raíces en los nudos, este estado de carácter posiblemente representa la independencia de la planta a algún medio de soporte. De esta forma, la planta está expuesta desde cualquier ángulo al ambiente y a los posibles polinizadores o dispersores de las semillas, que pueden acceder a ella con facilidad. 69 En cuanto al tubérculo, arquitectónicamente hablando, es un tallo engrosado donde los entrenudos se han reducido al grado de no distinguirse fácilmente. Funcionalmente el tubérculo es considerado como un sistema de almacenamiento de sustancias de reserva. Las aráceas que presentan tubérculos, con excepción de Dracontium y Pycnosphatha (Lasioideae), son miembros de la subfamilia Aroideae. Algunas de las Aroideae se distribuyen en zonas secas (e.g. Eminium), por lo que son tolerantes a las condiciones áridas, se ubican bajo árboles, arbustos, bases de rocas o paredes y durante el verano están en un período de latencia (Bown, 2000). Este grupo de Aroideae produce hojas pequeñas con cutícula gruesa (Grayum, 1990; Brown, 2000), y su tubérculo está protegido de la desecación y fuerte calor ambiental de la superficie. Todos estos atributos resultan en estrategias que utilizan las plantas para sobrevivir a condiciones ambientales de alto estrés hídrico y calor, generados en alguna época desfavorable del año. Desde el punto de vista arquitectónico, no existe gran diferencia entre el rizoma, el tallo aéreo con raíces en los nudos y el estolón, debido a que los entrenudos siempre son conspicuos. En general estos tres tipos de tallos se encuentran concentrados en taxa de distribución tropical o subtropical y en lugares donde existe disponibilidad de agua (sitios inundados estacionalmente o todo el año, riberas de ríos o lugares con alta humedad atmosférica; Grayum, 1990; Mayo et al., 1997). Estos tallos, al fragmentarse pueden dar origen a nuevos individuos (clones), por lo que son un sistema eficiente de propagación vegetativa, representando una estrategia de supervivencia del grupo (Grace, 1993). Un elemento que juega un papel importante en el desarrollo y conformación del tallo durante su expansión y crecimiento, es el vástago o unidad de desarrollo del tallo. El vástago en las aráceas presenta una gran plasticidad que permite a la planta explorar y adaptarse a los diferentes sitios del medio que lo rodea. Gracias a la plasticidad morfológica del vástago, las Araceae han podido establecerse en diferentes hábitats de zonas tropicales y subtropicales. Con respecto al tubérculo, en términos arquitectónicos, es un tallo subterráneo y engrosado que almacena sustancias de reserva que son utilizadas para la floración y el desarrollo de hojas. Éste parece haber jugado un papel importante en la colonización de las aráceas en sitios estacionales o áridos, donde el agua es una limitante para el desarrollo de las plantas. En síntesis, las diferentes manifestaciones del tallo en aráceas les han permitido incursionar en distintos hábitats donde escasea el agua o donde existe una alta disponibilidad de 70 ella, pero también en lugares donde las condiciones limitantes son los espacios o el acceso a la luz solar. Flores bisexuales y unisexuales— El paso de las flores bisexuales a unisexuales (Figs. 16 y 23) puede considerarse como una innovación en el grupo, que posiblemente está asociado con la biología de la polinización de las plantas (Mayo et al., 1997). En Araceae la mayoría de los espádices presentan exclusivamente flores bisexuales o unisexuales. En Orontium, Calla, Heteropsis y Epipremnum, los espádices están predomintemente consituidos por flores bisexuales. Pero en Orontium y Calla se presentan sólamente algunas flores masculinas en la inflorescencia, mientras que en Heteropsis y Epipremnum se pueden presentar algunas flores femeninas. En Pothoidium las flores unisexuales (femeninas o masculinas) se presentan con mayor frecuencia que las bisexuales. En Stylochaeton, Synandrospadix, Taccarum, Anubias y Carlephyton, las flores unisexuales (femeninas y masculinas) son dominantes en el espádice, pero en Stylochaeton y Synandrospadix se presentan escasas flores bisexuales. Por su parte, en el caso de Taccarum, Anubias y Carlephyton, los espádices pueden llegar a desarrollar pocas flores bisexuales. Por lo tanto, la presencia de las flores unisexuales o bisexuales representa eventos independientes en la evolución de este atributo. Aunado al esclarecimiento de la posición filogenética de lemnoides en Araceae (Cabrera et al., 2008), surge la necesidad de referirse a la interpretación polémica de las estructuras reproductivas de este grupo, que se han interpretado de dos formas diferentes. Por un lado, se ha propuesto que el o los dos estambres y el pistilo que se desarrollan conjuntamente en el interior de una cavidad ubicada en el costado de las frondas de las lemnoides (Fig. 19), constituyen una flor bisexual. Por otro lado, se ha dicho que las lemnoides presentan una inflorescencia integrada por una o dos flores unisexuales masculinas y una femenina (Landolt, 1986, 1998), en donde las masculinas están constituidas solamente por los estambres y las femeninas por el pistilo. La hipótesis sobre la presencia de flores unisexuales surgió al comparar las estructuras reproductivas de Spirodela (Lemnoideae) con las de Pistia (Aroideae) (Landolt, 1986, 1998), debido a que algunos autores consideraron a Pistia como un pariente cercano de las lemnoides (Landolt 1986, 1998; Stockey et al., 1997). De esta forma, al identificar y relacionar directamente el profila (bráctea), los estambres y el pistilo de Spirodela, con la espata (bráctea), las flores masculinas (una o dos) y la flor femenina de la inflorescencia de Pistia, los proponentes de esta hipótesis 71 concluyeron que Spirodela presenta una inflorescencia. Sin embargo, como se observa en la Fig. 16, la posición de las lemnoides es lejana con respecto a la de Pistia. En cuanto a la propuesta de la flor bisexual, los autores (revisado en Landolt, 1986, 1998) consideraron que las estructuras reproductivas de las lemnoides integran una flor bisexual reducida a uno o dos estambres y un pistilo. Estos autores argumentaron que la distancia angular entre los dos estambres de Spirodela polyrhiza es de 120°, lo cual sugiere que posiblemente pudo existir un tercer estambre, constituyendo una flor con tres estambres y un pistilo, como se presenta en otras monocotiledoneas. Por tanto, de acuerdo con la hipótesis de reconstrucción de la evolución de la sexualidad de las flores en Araceae (Fig. 16), el estado ancestral de las lemnoides es la flor bisexual. Ésta puede ser asumida como la condición para este grupo de plantas y no se apoya la hipótesis de la unisexualidad de las flores como condición plesiomórfica. Distribución de las flores bisexuales y unisexuales en el espádice— De acuerdo con la hipótesis de reconstrucción de este carácter (Figs.17 y 23), la condición ancestral en aráceas es la presencia de flores bisexuales distribuidas uniformemente a lo largo de la inflorescencia y la derivada está representada por las flores unisexuales dispuestas en las zonas femenina y masculina. Los géneros Orontium, Pothoidium, Epipremnum, Heteropsis, Calla, Stylochaeton, Taccarum, Synandrospadix, Anubias y Carlephyton presentan una condición polimórfica. En Orontium, Epipremnum, Heteropsis y Calla, las flores bisexuales predominan numéricamente sobre las unisexuales. Particularmente en Orontium y Calla, se desarrollan solo unas cuantas flores masculinas en el ápice del espádice. En contraste, en Epipremnum y Heteropsis, algunas pocas flores femeninas pueden llegar a desarrollarse en la base del espádice. Con respecto a Pothoidium, su espádice generalmente está integrado por flores unisexuales y en raras ocasiones se presentan flores bisexuales. En, Stylochaeton, Taccarum, Synandrospadix, Anubias, Carlephyton y Arisaema, los espádices están constituidos típicamente por flores unisexuales, dispuestas en una zona femenina hacia la base y una masculina hacia el ápice. Sin embargo, Stylochaeton y Synandrospadix presentan flores bisexuales entre las zonas femenina y masculina. Igualmente Taccarum, Anubias y Carlephyton pueden llegar a presentar flores bisexuales entre ambas zonas. Un caso diferente es el de Arisaema, en donde algunas de sus especies (A. consaguineum, A. speciosum) presentan inflorescencias exclusivamente femeninas o masculinas. 72 La disposición de las flores posiblemente está asociada con los diferentes síndromes de polinización (Bown, 2000). Se ha observado que en los espádices con flores unisexuales, las flores femeninas maduran primero y posteriormente las masculinas. Este proceso puede ocurrir en un período de pocos días. En contraste, en aquellas especies que presentan espádices con flores bisexuales, los gineceos de las flores basales maduran inicialmente de forma continua y secuencialmente de la base hacia el apice. Así, los gineceos de las subsecuentes flores prosiguen su maduración y solamente cuando el último gineceo apical ha madurado, los androceos completan su madurez, iniciando por las flores basales y terminando en las flores del ápice del espádice. Este proceso puede durar semanas o meses. A este mecanismo de maduración inicial del gineceo con respecto al androceo, se le conoce como protoginia y se le ha interpretado como una barrera para evitar la autopolinización (Mayo et al., 1997, Bown, 2000; Albre et al., 2003). Tipo de espata— La evolución de la espata en Araceae ha sido dinámica (Figs. 18 y 24), pero sin lugar a dudas la forma expandida es la condición ancestral. Sin embargo, de acuerdo con la hipótesis de reconstrucción de este carácter (Fig. 18), la espata expandida también se presenta en clados derivados (Amydrium, 10; Nephthytis, 19; Spathicarpa, 27; Zomicarpella, 33; Ulearum/Filarum, 34; Carlephyton/Colletogyne, 38; Steudnera, 43; Callopsis, 46; Calla, 52) y puede representar, en cada caso, una reversión al estado ancestral. Se ha propuesto que durante el desarrollo de la inflorescencia, la espata puede proteger al espádice de las condiciones ambientales y de los depredadores. Generalmente la espata expandida es de color verde y puede ser similar a la forma de una hoja. Asimismo, dada su posición paralela o reflexa con respecto al espádice durante la floración, también podría jugar un papel en la polinización de las flores (Grayum, 1990; Bown, 2000). La ausencia de espata, en Wolffia y Wolffiella (Fig. 18; clado 5) puede ser considerada como un evento derivado dentro de las lemnoides, como consecuencia de la reducción de tamaño y número de sus estructuras. En referencia a la espata en forma de lancha, la reconstrucción filogenética permite observar que esta forma ha evolucionado en varias ocasiones independientes, en diferentes grupos (Figs. 18 y 24). Este tipo de espata puede ser de diferentes colores (blanco, crema, café, verde y vino), los que al combinarse forman patrones llamativos. Por esta razón, la espata parece funcionar como un estandarte para la atracción de los polinizadores. 73 En lo que concierne a la espata en forma de tubo (Fig. 18), se observa que se ha derivado independientemente en Dracontioides (13), Zantedeschia/Bognera (55), Arisarum (35), Pistia (40), Arisaema (44) y Piptospatha (48). Al igual que la espata en forma de lancha, presenta colores que varían de verde a blanco, pasando por vino. En algunos casos, estos colores se combinan para formar patrones rayados como en Arisaema (44). En este caso, el polinizador, al posarse en la parte superior del tubo, resbala cayendo hacia su interior, el cual es liso y estrecho, lo que impide el vuelo del insecto y provoca que intente su salida escalando el espádice (Endress, 1994; Bown, 2000). La espata que forma un tubo con constricción y una lámina (Fig. 18), es el estado ancestral del clado Anubias/Zamioculcas (60). De este estado se han derivado el resto de los tipos de espata, excepto su ausencia. Este tipo de espata forma un sistema morfológicamente complejo, especialmente hacia su interior, ya que en la parte baja forma una cámara estrecha que rodea a las flores. Dentro de la cámara, la única ruta de escape para los polinizadores se localiza hacia la parte apical. Al igual que en el caso de la espata en forma de tubo, sus paredes internas son lisas y resbalosas, por lo cual la única manera que los insectos encuentran para escapar, es escalando el espádice (Bown, 2000). En resumen, el estado de carácter inicial de la espata en las aráceas parece estar relacionado con la protección del espádice de las condiciones ambientales y los depredadores. Sin embargo, en este trabajo se observó que los diferentes tipos de espata subsecuentes a la expandida (incluyendo los colores y sus diferentes patrones de combinación), parecen estar directamente involucrados en los mecanismos de polinización. Fig. 19. Frondas y estructuras reproductivas de Lemna ecuadoriensis: A) La flecha indica las estructruras reproductivas en la fronda; B) acercamiento de las estructuras reproductivas. Es) Estigma; Et) estambre. 74 Fig. 20. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución del tipo de colénquima en Araceae (Fig. 13): B) Colénquima en banda; Bi) colénquima en banda interrumpida por células corticales; Sb) colénquima en cordones entre los haces vasculares; Sv) colénquima en cordones asociados a los haces vasculares. Fig. 21. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución del tipo de laticíferos articulados anastomosados y no anastomosados, en Araceae (Fig. 14). B Sb Sv Ausente Ausente Bi Anastomosados (forman redes) No anastomosados (no forman redes) Ausentes Ausentes 75 Fig. 22. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución del tipo de tallo (con respecto al sustrato), en Araceae (Fig. 15). Fig. 23. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución de las flores bisexuales y unisexuales y su distribución en el espádice en Araceae (Fig. 16 y 17): Bid) bisexuales distribuidas uniformemente en el espádice; Unid) unisexuales distribuidas en una zona de flores femeninas hacia la base y flores masculinas hacia el ápice. Rizoma RizomaTallo aereo con raices Estolon Tuberculo Tallo aereo sin raices Tallo aereo con raices Tallo aereo sin raices Estolon Tallo aereo sin raices 76 Fig. 24. Representación esquemática basada en la reconstrucción de la evolución del tipo de espata en Araceae (Fig. 18): Expan) Expandida; Bot) lancha; Tub) tubo; Lam y tub) tubo con constricción y lamina. 77 DIVERSIFICACIÓN DEL GRUPO El tallo presenta una evolución dinámica que le ha permitido a las aráceas establecerse y adaptarse a diferentes hábitats, donde el agua puede o no ser una limitante para el desarrollo de las plantas. Un elemento adicional es la presencia del colénquima, el cual refuerza el sistema de apoyo y flexibilidad del tallo, pecíolo y lámina de la hoja. Por otra parte, la presencia de los laticíferos representa el desarrollo de un sistema excretor o de almacenamiento de sustancias, las cuales en algunos casos pueden ser tóxicas a los animales que las dañan. Los laticíferos se presentan principalmente en Aroideae, aunque también se encuentran en otras subfamilias (Orontioideae y Monsteroideae). En cuanto a los atributos reproductivos seleccionados, se consideró la espata, que es una estructura reportada en grupos como Acorales (Acoraceae) y Alismatales (Aponogetonaceae, Araceae, Hydrocharitaceae). En Acoraceae la espata es mucho más grande que el espádice, luce como una extensión vertical de un pedúnculo foliáceo linear, de color verde (Mayor et al., 1997) y es muy difícil distinguirla de una hoja. En Aponogetonace la espata es membranácea y raramente perenne, principalmente está asociada a la yema de la inflorescencia (van Bruggen, 1998). En Hydrocharitaceae se denomina espata, a la presencia de una o dos brácteas que pueden estar libres o fusionadas, sésiles o pedunculadas, membranáceas a coriáceas y con un ápice generalmente bífido (Cook, 1998; Novelo y Lot, 2001). En Araceae la espata es reconocida como la última hoja de cada artículo floral y es considerada como una parte de la inflorescencia (Mayo et al., 1997). Esta puede lucir como una hoja, o alcanzar niveles relativamente altos de modificación morfológica, teniendo forma de lancha, tubo o tubo con constricción y lámina. Junto con las formas que adopta, puede presentar diferentes colores que, al combinarse, forman patrones vistosos. Este comportamiento parece indicar que la espata funciona como una estructura petaloide que está íntimamente relacionada con la biología de la polinización (Soltis et al., 2005; Bateman et al., 2006). La espata en todos los grupos mencionados anteriormente protege, durante su desarrollo, a los primordios florales de la inflorescencia tanto de las condiciones ambientales, como de los depredadores . Por tanto, en unos casos la espata está constituida por una sola bráctea (Acoraceae, Araceae, Aponogetonaceae) y en otros por un conjunto de brácteas que están libres o fusionadas (Hydrocharitaceae). Ambas variantes son consideradas como espatas (Font Quer, 1982), ya que funcionalmente parecen realizar la misma tarea, aunque morfológicamente lucen diferentes. De acuerdo con APG (2003), Chase et al. 78 (2006), Soltis et al. (2005), entre muchos otros trabajos sobre filogenia de monocotiledóneas, el grupo de los Acorales (Acoraceae) es el primer clado en divergir, debido a que sus miembros presentan una espata que se puede considerar plesiomórfica en monocotiledóneas. En este mismo sentido filogenético, la espata también se presenta en los subsiguientes clados derivados de las monocotiledóneas. Así, las Alismatales (e.g. Araceae) representan el siguiente clado en divergir y dentro de ellas, las Araceae son el primer subclado de este orden (Chase et al., 2006). Esta situación indica que la espata de Acoraceae y Araceae podría ser homóloga. Sin embargo, la espata también se presenta en otros clados derivados de monocotiledóneas, tales como Asparagales (e.g. Alliaceae), Commelinales (e.g. Pontederiaceae), Pandanales (e.g. Cyclantaceae), Poales (e.g. Poaceae) y Zingiberales (e.g. Heliconiaceae). Por tanto, el designar a una bráctea o un conjunto de brácteas como espata, por su posición con respecto a la inflorescencia, no necesariamente implica que dichas brácteas sean homólogas. De acuerdo con Patterson (1982), un criterio para proponer una hipótesis de homología es la posición de la estructura; sin embargo, para de Pinna (1991) la única forma de poner a prueba una posible homología es la prueba de congruencia entre caracteres en un análisis cladístico. Por tanto, siguiendo lo señalado por el último autor, sería deseable recurrir a un análisis cladístico en el que se incluyera a la espata como carácter, junto con representantes de otras monocotiledóneas, para determinar si esta estructura es homóloga en Acoraceae y Araceae. Adicionalmente, se podría recurrir a ciertos estudios enfocados en la biología del desarrollo, para hacer observaciones morfológicas que pudieran ayudar a esclarecer esta situación. En este mismo sentido, también sería interesante explorar la evolución de la espata en el marco de la filogenia de las monocotiledóneas, para entender su naturaleza y relevancia dentro de este interesante grupo de plantas. En cuanto a las modificaciones morfológicas que ha sufrido la espata de las aráceas (e.g. formas, colores y patrones de colores), éstas permiten identificarla como una nueva entidad morfológica del grupo y por tanto, considerarla como una novedad evolutiva de la familia. En aráceas la relación espata-espádice es un patrón que se presenta prácticamente en todos los taxa (excepto en Wolffia y Wolffiella, donde la espata se ha perdido). De esta relación se desprenden diversas combinaciones entre los estados de carácter de la espata y de las flores fértiles, incluyendo su distribución sobre el espádice. De acuerdo con la optimización del tipo de espata (Figs. 18 y 24), se han presentado dos grandes eventos en la familia. En primer término se presenta la espata expandida como la condición ancestral y la espata en forma de tubo con 79 constricción y lámina, como el estado derivado (Figs. 18 y 24). Sin embargo, a partir de este último estado también se han formado otros tipos de espata en Aroideae, los cuales, en algunos casos, pueden representar estados derivados (espata en forma de tubo) o reversiones a la condición ancestral (espata expandida). Una situación similar a la anterior se presenta en Aroideae y Zamioculcadoideae, con respecto a la sexualidad de las flores y su distribución en el espádice de (Figs. 16 y 17). En este caso, las flores bisexuales que están distribuidas a lo largo del espádice representan el estado ancestral de la familia y el estado derivado está representado por las flores unisexuales ubicadas en una zona femenina en la base y una masculina hacia el ápice. Estos arreglos permiten considerar la posibilidad de que el ancestro de las aráceas probablemente presentaba una espata expandida y un espádice con flores bisexuales a lo largo de su eje. A partir de esta condición, ambos órganos (espata y espádice) han tenido una evolución conjunta que, en algunos casos, se ve claramente reflejada como en la espata con tubo con constricción y lámina y en las flores unisexuales separadas en dos zonas del espádice. Así mismo, se presentan casos donde la constricción de la espata con tubo y lámina, coincide perfectamente con la zona intermedia de ubicación de las flores femeninas y masculinas del espádice (e.g. Remusatia), la cual en algunos grupos puede estar constituida por flores estériles (e.g. Syngonium) o simplemente puede carecer de flores (e.g. Pinellia). Sin embargo, también existe la situación donde la porción del espádice de las flores femeninas unisexuales está fusionada a la espata (e.g. Ariopsis) o bien la condición en la cual el espádice está completamente fusionado a la espata y los dos tipos de flores unisexuales se distribuyen sobre ella formando cuatro hileras. En este caso, las flores masculinas se presentan en las dos hileras centrales y las femeninas en las laterales (e.g. Spathicarpa). Con base en lo anterior, se puede interpretar que la espata y el espádice funcionan como una unidad sinorganizada (órganos florales vecinos del mismo origen o diferente que se unifican en una estructura; Endress, 2001). En esta unidad, la espata funciona como un pétalo y las flores de la inflorescencia como las estructuras reproductivas de una flor, especialmente en los grupos donde se presentan las flores unisexuales, que funcionan como gineceos o androceos. La sinorganización entre la espata y el espádice puede representar en las aráceas un modelo que se estabilizó en las Aroideae y posiblemente fue un factor, entre otros más, que desencadenó el desarrollo de un gran número de géneros (ca. de 67; Mayo et al., 1997). Para 80 abordar esta problemática se podría recurrir al método propuesto por Brooks y McLeman (2002), para investigar si la diversificación de especies de un clado se debe a un tipo de innovación. Con respecto a las angiospermas, la sinorganización entre las estructuras reproductivas se ha observado en diferentes grupos, incluyendo las familias Asclepiadaceae, Fabaceae y Orchidaceae, entre muchas otras. Existe una amplia diversidad de modos de sinorganización, e.g. el gineceo sincárpico (unión congénita de todos los carpelos), la simpetalia (unión congénita de los pétalos), la fusión de pétalos y estambres, la sinandria (unión congénita de estambres), la fusión entre estambres y capelos, etc. (Endress, 1990, 2001; Soltis et al., 2005). En general, las estructuras sinorganizadas han sido asociadas con la biología de la polinización (Endress, 1990, 1994, 2001; Soltis et al., 2005). Esta sinorganización entre espata y espádice, donde la espata asemeja a un pétalo (Soltis et al., 2005; Bateman et al., 2006) y la inflorescencia a una flor (pseudanto; Weberling, 1989) parece manifestarse principalmente en el grupo Aroideae, en el que los mecanismos de polinización son los más sofisticados de la familia. En algunos taxa que portan espata con tubo con constricción y lámina y espádice con flores unisexuales dispuestas en dos zonas, se pueden presentar en el ápice de la infloresencia estructuras que producen olor (osmóforos), los cuales son activados cuando el espádice inicia la producción de calor, por la excitación de las mitocondrias de sus células (Endress, 1994; Mayo et al., 1997; Albre et al., 2003). El aroma, junto con el color o el patrón de colores que la espata muestra, atraen a los polinizadores hacia la inflorescencia (e.g. Amorphophallus). Al caer el polinizador al interior del tubo que es estrecho, liso y obscuro, la única manera que éste tiene para salir de esta trampa es escalando las flores femeninas y masculinas del espádice. De esta forma, si el polinizador ha visitado previamente otros individuos de la misma especie, puede portar en su cuerpo granos de polen que pueden ser depositados durante su escape, en las flores femeninas maduras de un nuevo individuo. En otros casos, se sabe que los estaminodios que rodean a los estigmas de las flores femeninas sirven de alimento a los polinizadores. Por tanto, esta recompensa y la temperatura generada por las flores estériles, permiten la supervivencia de los polinizadores hasta su escape de la trampa (Bown, 2000; Albre et al., 2003). Una variante más compleja de este sistema de polinización se observa en las especies que constituyen al género Arum. En ellas, cuando las flores femeninas maduran, los osmóforos inician la producción de aroma y los polinizadores son atraídos. Al caer el polinizador dentro de la cámara éste trata de escapar, pero se lo impiden las flores estériles con largos tricomas. Es hasta el momento en que las flores 81 masculinas han madurado, cuando liberan los granos de polen que caen sobre los polinizadores y las flores estériles pierden sus tricomas, abriendo la entrada de la trampa para que los polinizadores puedan salir (Albre et al., 2003). CONSIDERACIONES GENERALES La plasticidad del tallo de las aráceas les ha permitido explorar y tener acceso a diferentes hábitats. En una etapa temprana en la evolución de las aráceas, el rizoma por su versatilidad y características morfológicas, permitió a las plantas trepar diferentes superficies, al grado de transformarse en un tallo aéreo con raíces en los nudos. Por su parte el rizoma, al transformarse en un estolón, permitió a las plantas incursionar en el medio acuático. Al transformarse en un tubérculo, pudo almacenar recursos para ser usados en las épocas desfavorables, en sitios donde las condiciones climáticas de aridez o de alta montaña son drásticas. Asociado a lo anterior, el colénquima ha jugado un papel de reforzamiento del sistema de apoyo y flexibilidad del tallo, peciolo y lámina de la hoja. Por su parte, la adquisición de los laticíferos representa el desarrollo de un sistema excretor que almacena una serie de sustancias que pueden ser tóxicas para quien daña a estas plantas. Con lo que respecta a la derivación de flores bisexuales a unisexuales, así como a la zonificación de las flores unisexuales en el espádice, éstos parecen reflejar patrones relacionados con la biología de la polinización. La presencia de la espata en aráceas junto con el espádice representa una novedad evolutiva en el grupo y a lo largo de su evolución se ha consolidado como una unidad sinorganizada, que probablemente favoreció una radiación de géneros que se concentran en las Aroideae, que es la subfamilia más diversa de las Araceae. En lo concerniente a los factores de evolución y distribución de flores bisexuales y unisexuales en el eje de la inflorescencia, se observa que sus patrones de evolución son muy similares, por lo cual se podría considerar que se están comportando como caracteres que han evolucionado paralelamente y que podrían estar correlacionados. Sin embargo, para poner a prueba esta hipótesis es necesario recurrir a técnicas del método comparativo filogenético, que rebasan los objetivos de este trabajo. 82 LITERATURA CITADA ALBRE, J., A. QUILICHINI Y M. GIBERNAU. 2003. Pollination ecology of Arum italicum (Araceae). Botanical Journal of the Linnean Society 141: 205–214. APG (ANGIOSPERM PHYLOGENY GROUP). 2003. An update of the Angiosperm Phylogeny Group classification for the orders and families of flowering plants: APG II. Botanical Journal of the Linnean Society 141: 399– 436. BATEMAN, R. M., J. HILTON Y P. J. RUDALL. 2006. 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Cambridge University Press, Cambridge, UK. 85 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES GENERALES Este estudio tuvo como propósito explorar las relaciones filogenéticas entre las aráceas y las lemnoides, con base en información de secuencias de cinco regiones del ADN de plastidios. Representa el primer trabajo de filogenia molecular que incluye la mayor parte de los géneros de aráceas y todos los géneros de lemnoides, así como representantes de las Acorales, Alismatales (monocotiledóneas) y de otros grupos de angiospermas (Chlorantaceae, Magnoliales y Piperales). Los resultados indican que los miembros de Araceae y lemnoides forman un grupo monofilético. Asimismo, se observa que las lemnoides integran un subclado (Lemnoideae) ubicado entre las Proto-Araceae y el resto de las aráceas. La mayoría de las subfamilias, tribus y alianzas reconocidas por Mayo et al. (1997) son consistentes con los árboles filogenéticos, con excepción de las Aroideae que resultan parafiléticas, por la presencia del género Calla (Calloideae), que está anidado a esta subfamilia. Igualmente, las tribus Monstereae, Zomicarpeae y Colocasieae, no son monofiléticas. Se identifica a la subfamilia Zamioculacadoideae propuesta por Bogner y Hess (2005), aunque sus límites se amplían con la inclusión de Stylochaeton. La subfamilia Calloideae (en el sentido de Mayo et al., 1997), es transferida como tribu a la subfamilia Aroideae. Las siguientes subfamilias podrían ser reconocidas (de acuerdo a su aparición en el árbol filogenético) Gymnostachydoideae, Orontioideae, Lemnoideae, Pothoideae, Monsteroideae, Lasioideae, Zamioculcadoideae, y Aroideae. Sin embargo, es de tomarse en cuenta que las hipótesis generadas en este estudio están basadas sólamente en marcadores moleculares del ADN de cloroplasto, por lo cual sería deseable incorporar información de otra fuente de evidencia del genoma (e.g. nuclear) y/o morfológica, con el fin de aportar elementos adicionales que pudieran ayudar a mejorar la resolución de aquellas zonas de los árboles que presentan politomías o clados con poco apoyo estadístico (e.g. las relaciones internas en Monsteroideae, Lasioideae y Aroideae). Las relaciones mostradas por los árboles filogenéticos bajo máxima parsimonia, sirvieron de marco para investigar la evolución de seis atributos anatómicos, vegetativos y reproductivos seleccionados. La plasticidad morfológica del tallo de las aráceas se ha expresado en diferentes formas, tales como rizoma, estolón, tubérculo, tallo aéreo con raíces o sin ellas. Estas manifestaciones se han fijado a través de procesos evolutivos tales como la selección natural, respondiendo a los diferentes hábitats en los que han evolucionado las aráceas, principalmente en los sitios tropicales y subtropicales donde se localiza la mayor diversidad de especies y 86 expresiones del tallo. Por su parte, el tubérculo también ha sido un elemento importante en la incursión de las aráceas en sitios donde las condiciones climáticas de aridez o de alta montaña son dramáticas. Por otra parte, el colénquima ha jugado un papel de refuerzo del sistema de apoyo y flexibilidad del tallo, pecíolo y lámina de la hoja. A su vez, la presencia de los laticíferos representa el desarrollo de un sistema excretor que almacena una serie de sustancias que pueden ser tóxicas para quien daña a las plantas. En lo que respecta a las flores fértiles, existe una evidente derivación de la bisexualidad hacia la unisexualidad, así como una tendencia hacia la zonificación de las flores unisexuales en el espádice, lo cual aparentemente está relacionado con su biología de la polinización. El patrón presentado por ambos atributos es muy similar, por lo cual podrían estar correlacionados y haber evolucionado paralelamente. Por su parte, la espata representa una novedad evolutiva de la familia Araceae que durante su evolución y junto con el espádice, se han consolidado como una unidad sinorganizada. Esta unidad probablemente está relacionada con el desarrollo de sistemas de polinización complejos, que posiblemente han favorecido la radiación de géneros en Aroideae, la subfamilia más diversa de las Araceae. LITERATURA CITADA APG (ANGIOSPERM PHYLOGENY GROUP). 1998. An ordinal classification for the families of flowering plants. Annals of the Missouri Botanical Garden 85: 531–553. 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En lo que respecta a las flores fértiles, existe una evidente derivación de la bisexualidad hacia la unisexualidad, así como una tendencia hacia la zonificación de las flores unisexuales en el espádice, lo cual aparentemente está relacionado con su biología de la polinización. El patrón presentado por ambos atributos es muy similar, por lo cual podrían estar correlacionados y haber evolucionado paralelamente. Por su parte, la espata representa una novedad evolutiva de la familia Araceae que durante su evolución y junto con el espádice, se han consolidado como una unidad sinorganizada. Esta unidad probablemente está relacionada con el desarrollo de sistemas de polinización complejos, que posiblemente han favorecido la radiación de géneros en Aroideae, la subfamilia más diversa de las Araceae. LITERATURA CITADA APG (ANGIOSPERM PHYLOGENY GROUP). 1998. An ordinal classification for the families of flowering plants. Annals of the Missouri Botanical Garden 85: 531–553. 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