Heterotachy and long-branch attraction in phylogenetics

Affiliation: Département de Biochimie, Faculté de médecine, Université de Montréal

Suppression of long-branch attraction artefacts in the animal phylogeny using a site-heterogeneous model

Affiliation: Département de Biochimie, Université de Montréal

Novel 12S mtDNA findings in sloths (Pilosa, Folivora) and anteaters (Pilosa, Vermilingua) suggest a true case of long branch attraction

We sequenced 12S RNA mtDNA for the majority of the extant species of sloths and anteaters and compared our results with previous data obtained by our group using 16S RNA mtDNA in the same specimens and to GenBank sequences of the extinct giant sloth Mylodon. Our results suggest that pigmy-anteaters may be a case of the long-branch attraction phenomenon and also show the large genetic difference between the Amazonian and Atlantic forest three-toed sloths, contrasting with the small differences observed between the two non-Atlantic forest forms of sloths. These results have important implications for the taxonomy of sloths and anteaters and strongly suggest the placement of pigmy anteaters in their own family (Cyclopidae) and raising the taxonomic status of Bradypus torquatus to a genus.

Test of nourishment of the shore by offshore deposition of sand, Long Branch, New Jersey.

Mode of access: Internet.

Phylogenetic placement of the enigmatic parasite, Polypodium hydriforme, within the Phylum Cnidaria

Background: Polypodium hydriforme is a parasite with an unusual life cycle and peculiar morphology, both of which have made its systematic position uncertain. Polypodium has traditionally been considered a cnidarian because it possesses nematocysts, the stinging structures characteristic of this phylum. However, recent molecular phylogenetic studies using 18S rDNA sequence data have challenged this interpretation, and have shown that Polypodium is a close relative to myxozoans and together they share a closer affinity to bilaterians than cnidarians. Due to the variable rates of 18S rDNA sequences, these results have been suggested to be an artifact of long-branch attraction ( LBA). A recent study, using multiple protein coding markers, shows that the myxozoan Buddenbrockia, is nested within cnidarians. Polypodium was not included in this study. To further investigate the phylogenetic placement of Polypodium, we have performed phylogenetic analyses of metazoans with 18S and partial 28S rDNA sequences in a large dataset that includes Polypodium and a comprehensive sampling of cnidarian taxa. Results: Analyses of a combined dataset of 18S and partial 28S sequences, and partial 28S alone, support the placement of Polypodium within Cnidaria. Removal of the long-branched myxozoans from the 18S dataset also results in Polypodium being nested within Cnidaria. These results suggest that previous reports showing that Polypodium and Myxozoa form a sister group to Bilateria were an artifact of long-branch attraction. Conclusion: By including 28S rDNA sequences and a comprehensive sampling of cnidarian taxa, we demonstrate that previously conflicting hypotheses concerning the phylogenetic placement of Polypodium can be reconciled. Specifically, the data presented provide evidence that Polypodium is indeed a cnidarian and is either the sister taxon to Hydrozoa, or part of the hydrozoan clade, Leptothecata. The former hypothesis is consistent with the traditional view that Polypodium should be placed in its own cnidarian class, Polypodiozoa.

Phylogenetic analysis of evolutionary relationships of the planctomycete division of the domain bacteria based on amino acid sequences of elongation factor Tu

Sequences from the tuf gene coding for the elongation factor EF-Tu were amplified and sequenced from the genomic DNA of Pirellula marina and Isosphaera pallida, two species of bacteria within the order Planctomycetales. A near-complete (1140-bp) sequence was obtained from Pi. marina and a partial (759-bp) sequence was obtained for I. pallida. Alignment of the deduced Pi. marina EF-Tu amino acid sequence against reference sequences demonstrated the presence of a unique Il-amino acid sequence motif not present in any other division of the domain Bacteria. Pi. marina shared the highest percentage amino acid sequence identity with I. pallida but showed only a low percentage identity with other members of the domain Bacteria. This is consistent with the concept of the planctomycetes as a unique division of the Bacteria. Neither primary sequence comparison of EF-Tu nor phylogenetic analysis supports any close relationship between planctomycetes and the chlamydiae, which has previously been postulated on the basis of 16S rRNA. Phylogenetic analysis of aligned EF-Tu amino acid sequences performed using distance, maximum-parsimony, and maximum likelihood approaches yielded contradictory results with respect to the position of planctomycetes relative to other bacteria, It is hypothesized that long-branch attraction effects due to unequal evolutionary rates and mutational saturation effects may account for some of the contradictions.

High-speed MAS F-19 NMR analysis of an irradiated fluoropolymer

The effect of gamma-radiation on a perfluoroalkoxy (PFA) resin was examined using solid-state high-speed magic angle spinning (MAS) F-19 NMR spectroscopy. Samples were prepared for analysis by subjecting them to gamma-radiation in the dose range 0.5-3 MGy at either 303, 473, or 573 K. New structures identified include new saturated chain ends, short and long branches, and unsaturated groups. The formation of branched structures was found to increase with increasing irradiation temperature; however, at all temperatures the radiation chemical yield (G value) of new chain ends was greater than the G value of long branch points, suggesting that chain scission is the net process.

Cross-linking of PFA by electron beam irradiation

The effect of electron beam radiation on a perfluoroalkoxy (PFA) resin was examined using solid-state high-speed magic angle spinning F-19 NMR spectroscopy and FT-IR spectroscopy. Samples were prepared for analysis by subjecting them to electron beam radiation in the dose range 0.5-2.0 MGy at 633 K, which is above the crystalline melting temperature. The new structures were identified and include new saturated chain ends, short and long branches, unsaturated groups, and cross-links. The radiation chemical yield (G value) of new long branch points was greater than the G value of new chain ends, suggesting that cross-linking is the net radiolytic process. This conclusion was supported by an observed decrease in the crystallinity and an increase in the optical clarity of the polymer.

Acoel flatworms are not Platyhelminthes: evidence from phylogenomics

Acoel flatworms are small marine worms traditionally considered to belong to the phylum Platyhelminthes. However, molecular phylogenetic analyses suggest that acoels are not members of Platyhelminthes, but are rather extant members of the earliest diverging Bilateria. This result has been called into question, under suspicions of a long branch attraction (LBA) artefact. Here we re-examine this problem through a phylogenomic approach using 68 different protein-coding genes from the acoel Convoluta pulchra and 51 metazoan species belonging to 15 different phyla. We employ a mixture model, named CAT, previously found to overcome LBA artefacts where classical models fail. Our results unequivocally show that acoels are not part of the classically defined Platyhelminthes, making the latter polyphyletic. Moreover, they indicate a deuterostome affinity for acoels, potentially as a sister group to all deuterostomes, to Xenoturbellida, to Ambulacraria, or even to chordates. However, the weak support found for most deuterostome nodes, together with the very fast evolutionary rate of the acoel Convoluta pulchra, call for more data from slowly evolving acoels (or from its sister-group, the Nemertodermatida) to solve this challenging phylogenetic problem.

A phylogenomics approach to resolving fungal evolution, and phylogenetic method development

Bien que les champignons soient régulièrement utilisés comme modèle d'étude des systèmes eucaryotes, leurs relations phylogénétiques soulèvent encore des questions controversées. Parmi celles-ci, la classification des zygomycètes reste inconsistante. Ils sont potentiellement paraphylétiques, i.e. regroupent de lignées fongiques non directement affiliées. La position phylogénétique du genre Schizosaccharomyces est aussi controversée: appartient-il aux Taphrinomycotina (précédemment connus comme archiascomycetes) comme prédit par l'analyse de gènes nucléaires, ou est-il plutôt relié aux Saccharomycotina (levures bourgeonnantes) tel que le suggère la phylogénie mitochondriale? Une autre question concerne la position phylogénétique des nucléariides, un groupe d'eucaryotes amiboïdes que l'on suppose étroitement relié aux champignons. Des analyses multi-gènes réalisées antérieurement n'ont pu conclure, étant donné le choix d'un nombre réduit de taxons et l'utilisation de six gènes nucléaires seulement. Nous avons abordé ces questions par le biais d'inférences phylogénétiques et tests statistiques appliqués à des assemblages de données phylogénomiques nucléaires et mitochondriales. D'après nos résultats, les zygomycètes sont paraphylétiques (Chapitre 2) bien que le signal phylogénétique issu du jeu de données mitochondriales disponibles est insuffisant pour résoudre l'ordre de cet embranchement avec une confiance statistique significative. Dans le Chapitre 3, nous montrons à l'aide d'un jeu de données nucléaires important (plus de cent protéines) et avec supports statistiques concluants, que le genre Schizosaccharomyces appartient aux Taphrinomycotina. De plus, nous démontrons que le regroupement conflictuel des Schizosaccharomyces avec les Saccharomycotina, venant des données mitochondriales, est le résultat d'un type d'erreur phylogénétique connu: l'attraction des longues branches (ALB), un artéfact menant au regroupement d'espèces dont le taux d'évolution rapide n'est pas représentatif de leur véritable position dans l'arbre phylogénétique. Dans le Chapitre 4, en utilisant encore un important jeu de données nucléaires, nous démontrons avec support statistique significatif que les nucleariides constituent le groupe lié de plus près aux champignons. Nous confirmons aussi la paraphylie des zygomycètes traditionnels tel que suggéré précédemment, avec support statistique significatif, bien que ne pouvant placer tous les membres du groupe avec confiance. Nos résultats remettent en cause des aspects d'une récente reclassification taxonomique des zygomycètes et de leurs voisins, les chytridiomycètes. Contrer ou minimiser les artéfacts phylogénétiques telle l'attraction des longues branches (ALB) constitue une question récurrente majeure. Dans ce sens, nous avons développé une nouvelle méthode (Chapitre 5) qui identifie et élimine dans une séquence les sites présentant une grande variation du taux d'évolution (sites fortement hétérotaches - sites HH); ces sites sont connus comme contribuant significativement au phénomène d'ALB. Notre méthode est basée sur un test de rapport de vraisemblance (likelihood ratio test, LRT). Deux jeux de données publiés précédemment sont utilisés pour démontrer que le retrait graduel des sites HH chez les espèces à évolution accélérée (sensibles à l'ALB) augmente significativement le support pour la topologie « vraie » attendue, et ce, de façon plus efficace comparée à d'autres méthodes publiées de retrait de sites de séquences. Néanmoins, et de façon générale, la manipulation de données préalable à l'analyse est loin d’être idéale. Les développements futurs devront viser l'intégration de l'identification et la pondération des sites HH au processus d'inférence phylogénétique lui-même.

Amélioration de l'exactitude de l'inférence phylogénomique

L’explosion du nombre de séquences permet à la phylogénomique, c’est-à-dire l’étude des liens de parenté entre espèces à partir de grands alignements multi-gènes, de prendre son essor. C’est incontestablement un moyen de pallier aux erreurs stochastiques des phylogénies simple gène, mais de nombreux problèmes demeurent malgré les progrès réalisés dans la modélisation du processus évolutif. Dans cette thèse, nous nous attachons à caractériser certains aspects du mauvais ajustement du modèle aux données, et à étudier leur impact sur l’exactitude de l’inférence. Contrairement à l’hétérotachie, la variation au cours du temps du processus de substitution en acides aminés a reçu peu d’attention jusqu’alors. Non seulement nous montrons que cette hétérogénéité est largement répandue chez les animaux, mais aussi que son existence peut nuire à la qualité de l’inférence phylogénomique. Ainsi en l’absence d’un modèle adéquat, la suppression des colonnes hétérogènes, mal gérées par le modèle, peut faire disparaître un artéfact de reconstruction. Dans un cadre phylogénomique, les techniques de séquençage utilisées impliquent souvent que tous les gènes ne sont pas présents pour toutes les espèces. La controverse sur l’impact de la quantité de cellules vides a récemment été réactualisée, mais la majorité des études sur les données manquantes sont faites sur de petits jeux de séquences simulées. Nous nous sommes donc intéressés à quantifier cet impact dans le cas d’un large alignement de données réelles. Pour un taux raisonnable de données manquantes, il appert que l’incomplétude de l’alignement affecte moins l’exactitude de l’inférence que le choix du modèle. Au contraire, l’ajout d’une séquence incomplète mais qui casse une longue branche peut restaurer, au moins partiellement, une phylogénie erronée. Comme les violations de modèle constituent toujours la limitation majeure dans l’exactitude de l’inférence phylogénétique, l’amélioration de l’échantillonnage des espèces et des gènes reste une alternative utile en l’absence d’un modèle adéquat. Nous avons donc développé un logiciel de sélection de séquences qui construit des jeux de données reproductibles, en se basant sur la quantité de données présentes, la vitesse d’évolution et les biais de composition. Lors de cette étude nous avons montré que l’expertise humaine apporte pour l’instant encore un savoir incontournable. Les différentes analyses réalisées pour cette thèse concluent à l’importance primordiale du modèle évolutif.

Características físico-químicas e estruturais de amidos nativos e suas dextrinas Naegeli

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Características estruturais e físico-químicas de amidos obtidos de diferentes fontes botânicas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito da β-amilase e α-amilase fúngica seguido de desramificação na formação e características estruturais de amido resistente tipo 3 de batata e araruta

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Molecular phylogeny of the New World Dipsadidae (Serpentes: Colubroidea): a reappraisal

We present a phylogenetic analysis of the New World dipsadids based on an expanded data matrix that includes 246 terminal taxa including 196 dipsadids. The species are sampled for eight genes (12S, 16S, cytb, nd2, nd4, bdnf, c-mos, rag2). The data are explored using two distinct optimality proceduresmaximum parsimony and maximum likelihoodand two alignment strategiesdynamic homology and static homology. Two previously unsampled dipsadid genera, Sordellina and Rhachidelus, are now included in the analysis. The definitions of the genera, Erythrolamprus, Clelia, Hypsirhynchus, Philodryas and Phimophis, and the tribes Alsophiini, Echinantherini and Conophiini, are revised. In order to maintain monophyly, the genus Umbrivaga is synonymized with Erythrolamprus, and two new genera are erected to accommodate Phimophis iglesiasi and Clelia rustica, as well as their closely related species. The West Indian genera Schwartzophis, Darlingtonia, Antillophis and Ocyophis are resurrected. (c) The Willi Hennig Society 2012.