Filogenia de duas subfamílias de cascudos (siluriformes, loricariidae), usando dados nucleares, mitocondriais e morfológicos

Abstract

Loricariidae é uma das mais diversas famílias de peixes, atualmente incluindo cerca de 800 espécies reconhecidas. Os loricarídeos são popularmente conhecidos como cascudos ou acaris e têm tamanho de poucos centímetros a mais que um metro. São encontrados somente em água doce, com ampla variação tanto na temperatura, como tipo de ambiente, ou seja, podem ser encontrados desde em córregos frios das montanhas até em lagos da área de inundação do rio Amazonas. A distribuição do grupo é ampla, abrangendo praticamente todas as bacias hidrográficas da América do Sul e parte da América Central, da Argentina até a Costa Rica. Apesar das primeiras espécies terem sido descritas por Linnaeus em 1758 e do trabalho realizado deste então, especialmente nos últimos 15 anos, as relações filogenéticas dos loricarídeos estão apenas parcialmente resolvidas. Os resultados das análises moleculares são conflitantes com os agrupamentos propostos pelas análises morfológicas e um consenso ainda não foi alcançado. Os grupos mais problemáticos são as subfamílias Hypostominae, Hypoptopomatinae e Neoplecostominae. Os estudos morfológicos e moleculares sugerem que Hypoptopomatinae e Neoplecostominae formam um grupo monofilético, porém a monofilia das mesmas ainda é incerta. Por esta razão, o principal objetivo da presente tese é testar a monofilia destas duas subfamílias atráves de uma análise de evidência total. Num primeiro estudo, sequências de um fragmento de 709 pares de bases da primeira subunidade do gene mitocondrial citocromo c oxidase (COI) foram usadas. As análises de Máxima Parcimônia (MP) e de Máxima Verossimilhança (ML) incluíram dados de 83 espécies, pertencentes a 29 gêneros, representando cinco subfamílias de Loricariidae. Adicionalmente, oito espécies de quatro famílias próximas foram usadas como grupo externo.Os resultados confirmaram Delturinae como a subfamília mais basal e mostraram a Hypoptopomatinae + Neoplecostominae como grupo irmão de Hypostominae. Corroborando estudos moleculares anteriores, Neoplecostominae é monofilética somente quando incluído o gênero Pseudotocinclus (Hypoptopomatinae). Neoplecostominae ficou inserida dentro de Hypoptopomatinae, que assim formou um grupo parafilético. Num segundo estudo, foram adicionados mais táxons e sequências parciais dos genes nucleares recombination activating gene 1 (RAG1) e 2 (RAG2) e F-Reticulon 4, resultando na análise de 136 espécies e 4678 pares de bases. As análises de MP, ML e Bayesianas confirmaram a maioria dos resultados moleculares anteriores, exceto pela polifilia de Pareiorhaphis, Neoplecostomus e Neoplecostominae. A análise final dos dados constituiu uma análise de evidência total, com o intuito de compreender melhor os conflitos entre as análises morfológicas e moleculares e encontrar, assim, uma solução mais robusta para o grupo. O novo conjunto de dados inclui 207 espécies e sequências concatenadas de COI, RAG 1 e RAG2, bem como 472 caracteres morfológicos de estudos anteriores, resultando na maior filogenia de bagres já elaborada. A análise de MP confirmou a monofilia de Hypoptopomatinae e de Neoplecostominae + Pseudotocinclus. Dentro de Neoplecostominae, somente o gênero Pareiorhina ficou polifilético, provavelmente devido à falta de dados morfológicos. A filogenia do gênero Pareiorhaphis revelou um padrão biogeográfico de distribuição previamente desconhecido. Das duas tribos de Hypoptopomatinae, Hypoptopomatini foi recuperada como monofilética, mas Otothyrini se manteve parafilética. O gênero Parotocinclus ficou polifilético, formando três ciados monofiléticos e parte das espécies espalhada na filogenia.O resultado obtido pela análise de evidência total conseguiu resolver vários conflitos entre as propostas filogenéticas anteriores para Loricariidae. Porém, os grupos não resolvidos foram os que apresentaram a menor quantidade de caracteres, mostrando que, para resolver as relações filogenéticas dentro desta família, é necessária a complementação dos caracteres, assim como a adição de novos táxons.

The Loricariidae, or armored catfishes, is one of the most diverse fish families, currently containing nearly 800 recognized species. They are solely freshwater inhabitants, with a distribution from Uruguay and Argentina to Costa Rica. Loricariids occur in every kind of waters, from cool mountain streams to lakes in the Amazon floodplain and reach sizes from a few centimeters up to more than one meter. Though the first species have been described by Linnaeus in 1758 and much effort has been done, especially in the last 15 years, their phylogenetic relationships could be only partly resolved so far. In particular, molecular analyses showed some groupings that conflict with the results from morphological analyses. The most problematic groups are the subfamilies Hypostominae, Hypoptopomatinae, and Neoplecostominae. Both morphologic and molecular studies suggest that the latter two form a monophyletic group, although leaving doubts if they are monophyletic separately. Therefore, the Hypoptopomatinae and the Neoplecostominae were chosen as subjects for the present project. In a flrst study, sequences from a 709 basepair fragment of the first subunit of the mitochondrial cytochrome e oxidase gene (COI) were used. The maximum parsimony (MP) and maximum likelihood (ML) analyses included data from 83 loricariid species from 29 genera representing five loricariid subfamilies. Additionally, eight species from four closely related families were used as outgroup. The results conflrmed the Delturinae as the most basal subfamily and showed the Hypoptopomatinae + Neoplecostominae as sister to the Hypostominae. Corroborating previous molecular studies, the Neoplecostominae was monophyletic only when including the hypoptopomatine genus Pseudotocinclus.The Hypoptopomatinae formed a paraphyletic group, embracing the Neoplecostominae. In a second study, more taxa as well as partial sequences from the nuclear recombination activating genes 1 (RAG1) and 2 (RAG2), and the F-Reticulon 4 gene were included, increasing the data set to a total of 136 species and 4678 basepairs. The MP, ML, and Bayesian analyses confirmed most previous molecular results, but some new polyphyletic taxa were found such as Pareiorhaphis, Neoplecostomus, and the Neoplecostominae. To try to better understand the conflicts between the morphological and molecular approaches and to reach a more complete solution, a total evidence analysis was undertaken, since this approach had already yielded good solutions for similar problems. A new data set with a total of 207 species and concatenated sequences from COl, RAG1, and RAG2, as well as 472 morphological characters from previous studies was analyzed using MP, resulting in the largest catflsh phylogeny done so far. The Hypoptopomatinae and the Neoplecostominae were recovered as monophyletic sister groups, the latter including the genus Pseudotocinclus. Inside the Neoplecostominae, only the genus Pareiorhina remained polyphyletic, probably because of the lack of morphological data. The phylogeny of the genus Pareiorhaphis showed a previously unknown structured biogeographic pattern. From the two hypoptopomatine tribes, Hypoptopomatini was recovered as monophyletic, but Otothyrini remained paraphyletic. Although three monophyletic clades were found for the genus Parotocinclus, part of its species remained scattered in the phylogeny. Summarizing, the total evidence analysis was able to resolve several of the previous uncertainties in the loricariid phylogeny, but a further complementation of characters and an expansion of the taxon sampling will be necessary to completely resolve the phylogenetic relationships of this group.