Evaluation of three chroroplastic markers for barcoding and for phylogenetic reconstruction purposes in native plants of Costa Rica

Abstract

DNA barcoding has been proposed as a practical and standardized tool for species identification. However, the determination of the appropriate marker DNA regions is still a major challenge. In this study, we extracted DNA from 27 plant species belonging to 27 different families native of Costa Rica, amplified and sequenced the plastid genes matK and rpoC1 and the intergenic spacer trnH-­psbA. Bioinformatic analyses were performed with the aim of determining the utility of these markers as possible barcodes to discriminate among species and for phylogenetic reconstruction. From the markers selected, the trnH-­psbA spacer was the most variable in terms of genetic distance and the most promising region for barcoding. However, it presented a limited use for constructing phylogenies due to the complexity of its alignment. The locus matK was less variable but was also useful for species discrimination and for phylogenetic tree generation. The rpoC1 region was highly conserved and suitable for phylogenetic studies, but presented a limited utility as a barcode. The marker combination matK and rpoC1 provided the best resolution for establishing valid phylogenetic relationships among the analyzed plant families. In conclusion, more than one marker should be used for plant barcoding purposes, to provide complementary and variable information for the interespecific species discrimination.

Se ha propuesto el empleo de un código de barras de ADN como una herramienta práctica y estandarizada para la identificación de especies. Sin embargo, la determinación de los marcadores moleculares apropiados se constituye en todo un reto. En este estudio se ha extraído el ADN de 27 especies de plantas que pertenecen a 27 familias distintas, nativas de Costa Rica, de las cuales se amplificaron y secuenciaron los marcadores matK y rpoC1 del genoma del plastidio y el espaciador intergénico trnH-­psbA. Se realizaron análisis bioinformáticos con el propósito de determinar la utilidad de estos marcadores como posibles códigos de barra para discriminar entre especies y en la reconstrucción filogenética. De los marcadores seleccionados, el espaciador trnH-­psbA fue el más variable en términos de distancia genética y la región más prometedora como código de barras. Sin embargo, presenta limitaciones en la construcción de filogenias debido a la complejidad del alineamiento. El locus matK fue menos variable, pero más útil en la discriminación de especies y en la generación de árboles filogenéticos. La región rpoC1 fue altamente conservada y útil para estudios filogenéticos, pero de utilidad limitada para ser empleada como código de barras. La combinación de los marcadores matK y rpoC1 provee la mejor resolución para establecer relaciones filogenéticas dentro de las familias de plantas analizadas. En conclusión, se requiere más de un marcador molecular para aplicaciones de código de barras y para proveer información complementaria variable para la discriminación de especies inter-específicas.