Molecular and conventional phylogenetics. Towards the common ground

N.I. Abramson

Proceedings of the Zoological Institute RAS, 2013, 317(Supplement 2):

Abstract

This paper is inspired by the discussions during the Conference on Modern Issues in Biological Systematics that took place in the Zoological Institute RAS in Sankt-Petersburg in April 2011 and is addressed to representatives of “classical” school that still experience distrust to molecular phylogenetics and difficulties while comparing their results with molecular cladogramms. The steps of molecular-phylogenetic analysis are considered. It is shown that preliminary knowledge of the group is required in both approaches and opposite to widely distributed opinion significant portion of subjectivity is present and in molecular analysis. Possible causes leading to erroneous molecular phylogenetic reconstructions are discussed. It is shown that while comparing the results obtained by various techniques it is necessary to analyze the quality of initial data but not the pictures with cladogramms. The discordances in molecular and morphological phylogenies require thorough analysis of possible causes and estimates of robustness of the results obtained in both analyses as a cross validation.

Key words

molecular phylogenetic analysis, alignment, cladogramma, molecular markers, phylogenetics, systematics

Published September 16, 2013

References

Абрамсон Н.И. 2007. Филогеография: итоги; проблемы, перспективы. Вестник ВОГиС, 11(2): 307–331.

Абрамсон Н.И. 2009. Молекулярные маркеры, филогеография и поиск критерия разграничения видов. Труды Зоологического института РАН. Приложение № 1: 185–198.

Абрамсон Н.И., Лебедев В.С., Тесаков A.С. и Банникова А.А. 2009. Надвидовые родственные связи в подсемействе полевочьих (Rodentia, Cricetidae, Arvicolinae): неожиданный результат анализа ядерных генов. Молекулярная биология, 43(5): 897–909.

Алешин В.В. 2005. Синапоморфные признаки в РНК малой субъединицы рибосом беспозвоночных. Дисс. на соискание ученой степени доктора биол. наук. 2005.

Алешин В.В., Константинова А.В., Михайлов К.В., Никитин М.А. и Петров Н.В. 2007. Нужно ли много генов для филогенетического анализа? Биохимия, 72(12): 1610–1623.

Банникова А.А. 2004. Молекулярные маркеры и современная система млекопитаюших. Журн. общ. биологии, 65(4): 278–305.

Бодров С.Ю. и Абрамсон Н.И. 2011. Родственные связи Alticola olchonensis (Rodentia, Cricetidae) на основе анализа последовательностей ядерных и митохондриального генов. Предварительные результаты. Териофауна России и сопредельных территорий. Материалы международного совещания, Москва, с. 65.

Громов И.М. и Поляков И.Я. 1977. Полевки (Microtinae). Фауна СССР. Млекопитающие. Том. 3. Вып. 8. Ленинград: Наука. 504 с.

Лукашов В.В. 2009. Молекулярная эволюция и филогенетический анализ. Учебное пособие. Москва. Бином. 256 с.

Лухтанов В.А. и Кузнецова В.Г. 2009. Молекулярно-генетические и цитогенетические подходы к проблемам видовой диагностики, систематики и филогенетики. Журн. общ. Биологии, 70(5): 415–437.

Лухтанов В.А. 2010. От Геккелевской филогенетике и Генниговской кладистики к методу максимального правдоподобия: возможности и ограничения современных подходов к реконструкции филогенезов. Энтомологическое обозрение, 89: 133–149.

Любарский Г.Ю. 2006. Классические систематики. Журн. общ. биологии, 67(5): 389–396.

Расницын А.П. 2002. Процесс эволюции и методология систематики. Труды Русского энтомологического общества, 73. СПб. 107 с.

Расницын А.П. 2006а. Классическая и неклассическая систематика: другой взгляд. Журн. общ. биологии, 67(5): 385–388.

Расницын А.П. 2006б. Летопись и кладограмма. Эволюция биосферы. 1. Современная палеонтология: теория и методология. М. Палеонтол. ин-т РАН: 39–48.

Asher R.J., Geisler J.H., and Anchez-Villagra M.R.S. 2008. Morphology, Paleontology, and Placental Mammal Phylogeny. Systematic Biology, 57(2): 311–317. https://doi.org/10.1080/10635150802033022

Buzan E.V., Krystufek B., Hänfling B. and Hutchinson W.F. 2008. Mitochondrial phylogeny of Arvicolinae using comprehensive taxonomic sampling yields new insights. Biological Journal of the Linnean Society, 94(4): 825–835. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.2008.01024.x

Cartmill M. 1994. Anatomy, antinomies, and the problem of anthropoid origins. In Anthropoid origins (J.G. Fleagle and R.F. Kay, eds.). Plenum, New York. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-9197-6_16

Conroy C.J. and Cook J.A. 1999. MtDNA evidence for repeated pulses of speciation within arvicoline and murid rodents. Journal of Mammalian Evolution, 6(3): 221–245. https://doi.org/10.1023/A:1020561623890

Hillis D.M., Moritz C. and B.K. Mable (eds.). 1996. Molecular systematics. Second edition. https://doi.org/10.2307/1447682

Dayrat B. 2005. Towards integrative taxonomy. Biological Journal of Linnean Society, 85: 407–415. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.2005.00503.x

Galewski T., Tilak M.-K., Sanchez S., Chevret P., Paradis E. and Douzery E.J.P. 2006. The evolutionary radiation of Arvicolinae rodents (voles and lemmings): relative contribution of nuclear and mitochrondrial DNA phylogenies. BioMed Central Evolutionary Biology, 6: 80. https://doi.org/10.1186/1471-2148-6-80

James H.F., Ericson P.G.P., Slikas B., Lei F.M., Gill F.B. and Olson S.L. 2003. Pseudopodoces humilis, a misclassified terrestrial tit (Paridae) of tiie Tibetan Plateau: evolutionary consequences of shifting adaptive zones. Ibis, 145: 185–202. https://doi.org/10.1046/j.1474-919X.2003.00170.x

Lebedev V.S., Bannikova A.A., Tesakov A.S. and Abramson N.I. 2007. Molecular phylogeny of the genus Alticola (Cricetidae, Rodentia) as inferred from the sequence of the cytochrome b gene. Zoologica Scripta, 36(6): 547–563. https://doi.org/10.1111/j.1463-6409.2007.00300.x

Martin R.A. 2003. Biochronology of latest Miocene through Pleistocene arvicolid rodents from the Central Great Plains of North America. Coloquios de Paleontologia, 1: 373–383.

Meredith R.W., Janecka Jan E., Gatesy J., Ryder O.A., Fisher C.A., Teeling E.C., Goodbla A., Eizirik E., Simão T.L.L., Stadler T., Rabosky D.L, Honeycutt R.L., Flynn J.J., Ingram C.M., Steiner C., Williams T.L., Robinson T.J., Burk-Herrick A., Westerman M., Ayoub N.A., Springer M.S. and Murphy W.J. 2011. Impacts of the Cretaceous Terrestrial Revolution and KPg Extinction on Mammal Diversification. Science, 334: 521–524. https://doi.org/10.1126/science.1211028

Philippe H. and Roure B. 2011. Difficult phylogenetic questions: more data maybe: better methods, certainly. BMC Biology, 9: 91. https://doi.org/10.1186/1741-7007-9-91

Repenning C.A., Fejfar O. and Heinrich W.D. 1990. Arvicolid rodent biochronology of the Northern hemisphere. – Fejfar O. and Heinrich W.D. (eds.). International Symposium: Evolution, Phylogeny, and Biostratigraphy of Arvicolids (Rodentia, Mammalia). Prague: Geological Survey: 385–418.

Scotland, R.W., Olmstead R.G. and Bennett J.R. 2003. Phylogeny reconstruction: The role of morphology. Syst. Biol., 52: 539–548. https://doi.org/10.1080/10635150309309

Springer M.S., Murphy W.J., Eizirik E., Madsen O. and Scally M. 2007. A molecular classification for the living orders of placental mammals and the phylogenetic classification of primates. Primate Origins: Adaptation and Evolution. New York: Springer Ravosa MJ, Dagosto, M.: 1–28. https://doi.org/10.1007/978-0-387-33507-0_1

Wiens J.J. 2004. The Role of Morphological Data in Phylogeny Reconstruction. Systematic Biology, 53(4): 653–661. https://doi.org/10.1080/10635150490472959

Wiens J.J., Kuczynski C.A., Townsend T., Reeder T.W., Mulcahy D.G. and Sites J.W., Jr. 2010. Combining phylogenomics and fossils in higher level squamate reptile phylogeny: molecular data change the placement of fossil taxa. Systematic Biology, 59: 674–688. https://doi.org/10.1093/sysbio/syq048

Yannic G., Burri R., Malikov V.G. and Vogel P. 2012. Systematics of snow voles (Chionomys, Arvicolinae) revisited. – Molecular Phylogenetics and Evolution, 62(3): 806–815. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2011.12.004