UNIVERSIDAD DE COSTA RICA
SISTEMA DE ESTUDIOS DE POSGRADO
SISTEMÁTICA Y EVOLUCIÓN DE LAS ARDILLAS DEL GÉNERO Sciurus EN
MESOAMÉRICA
Tesis sometida a la consideración de la Comisión del Programa de Doctorado en Ciencias
para optar al grado y título de Doctorado Académico en Ciencias
FEDERICO ALEXANDER VILLALOBOS BRENES
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, Costa Rica
Dedicatoria y Agradecimientos
El presente trabajo está dedicado a Dione, Santiago y Marién.
Agradezco a toda mi familia por acompañarme en este viaje durante estos años y en
especial a María de los Ángeles Brenes Molina por su apoyo durante la realización de esta
investigación.
Agradezco a Margot Bennett y Eileen De Larm por su contribución a mis estudios de
doctorado.
Agradezco Ginny Abrahams, Mario Blanco, Sergio Vargas, Willie Pineda, Felipe Sol,
Norberto Giannini, Gustavo Gutiérrez, Bernal Morera, Fernando Cervantes Reza, Jesús
Fernández y Romeo Saldaña por su contribución en la discusión de ideas durante el
desarrollo de esta investigación.
Agradezco al Sr. Daniel Villalobos de Upala y al Sr Emilio Picado y su familia de Tarrazú
por su ayuda en el campo.
De igual forma, agradezco al Museo de Zoología de la Escuela de Biología de la
Universidad de Costa Rica, al Departamento de Historia Natural del Museo Nacional de
Costa Rica y a la Colección Nacional de Mamíferos de México, del Instituto de Biología en
la Universidad Nacional Autónoma de México por el apoyo y facilidades brindadas en el
estudio de especímenes.
“Esta tesis fue aceptada por la Comisión del Programa de Doctorado en Ciencias de la
Universidad de Costa Rica, como requisito parcial para optar al grado y título de Doctorado
Académico en Ciencias.”
____________________________________________
Dr. José María Gutiérrez
Representante de la Decana
Sistema de Estudios de Posgrado
____________________________________________
Dr. Gustavo Gutiérrez Espeleta
Director de Tesis
____________________________________________
Dr. Norberto Giannini
Asesor
____________________________________________
Dr. Gilbert Barrantes Montero
Asesor
____________________________________________
Dr. José A. Vargas Zamora
Prepresentante de la Directora
Programa de Doctorado en Ciencias
____________________________________________
Federico Alexander Villalobos Brenes
Tabla de Contenidos
Agradecimientos ii
Hoja de aprobación iii
Tabla de Contenidos iv
Resumen v
Lista de Abreviaturas vi
1. Introducción 8
1.1. Relaciones filogenéticas de la tribu Sciurini 9
1.2.Relaciones filogenéticas del género Sciurus 11
1.3.Evolución de Sciurus en Mesoamérica 12
2. Objetivos
2.1.Objetivo general 15
2.2.Objetivos específicos 15
3. Desarrollo del Tema
3.1.Capítulo I: Reconstrucción filogenética de la tribu Sciurini: datos
morfológicos
17
3.2.Capítulo II: Análisis filogenético molecular de las ardillas del género
Sciurus en Mesoamérica
34
3.3.Capitulo III: Biogeografía histórica del género Sciurus en Mesoamérica 52
4. Discusión 81
4.1.Relaciones filogenéticas de Sciurus 81
4.2.Homoplasia y radiación adaptativa 82
4.3.Biogeografía de Sciurus en Mesoamérica 83
5. Conclusiones 85
6. Referencias 86
7. Anexo I: Caracteres morfológicos y la descripción de los respectivos estados
de carácter, empleados en el análisis morfológico
92
8. Anexo II: Cladogramas Taxon-Area empleados en el análisis de BPA primario
para la región mesoamericana
96
Resumen
Las relaciones filogenéticas de las especies mesoamericanas del género Sciurus fueron estudiadas empleando datos morfológicos y moleculares. Los análisis morfológicos
revelaron la existencia de dos clados: uno compuesto por S. aureogaster, S. colliaei, S. variegatoides, y Syntheosciurus brochus, y otro que comprende a S. richmondi, S. granatensis, S. deppei, S. yucatanensis y Microsciurus alfari. Ambos clados contienen especies que se encuentran distribuidas en un rango altitudinal amplio así como especies
con distribución restringida. Los análisis moleculares empleando secuencias del gen
mitocondrial del Citocromo B en conjunto con la información disponible para los genes
12S e IRBP corroboraron que las especies del género Sciurus forman un clado monofilético. Sin embargo este género es parafilético pues incluye especies de
Microsciurus así como también cuestionan la validez del género Syntheosciurus. Por otra parte las especies suramericanas también formaron un clado monofilético dentro del
género. Los análisis basados en el set de datos moleculares más completo y compacto
(CYTB) corroboraron estos descubrimientos así como la presencia de clado que comprende
a S. aureograster, S. granatensis y S. variegatoides, siendo compatible con los resultados obtenidos con los datos morfológicos. La historia biogeográfica de estas especies fueron
estudiadas empleando un enfoque multi taxón (Análisis de Parsimonia de Brooks)
empleando 15 áreas de tierras bajas y 12 de tierras altas. Este análisis mostró para las
especies de Sciurus varias instancias en las cuales dieron eventos de dispersión pos-especiación, insensibilidad a eventos vicariantes y la posibilidad de una duplicación de
Lista de abreviaturas
CYTB: Citocromo Oxidasa B
RAG1: Gen activador de la recombinación 1
c-myc: Gen c-myc
IRBP: Gen de la proteína intersticial de unión del retinol
CNMX: Colección Nacional de Mamíferos de México
MZUCR: Museo de Zoología, Universidad de Costa Rica
MNCR: Museo Nacional de Costa Rica
TBR: Bisección y reconexión de arboles
Ci: Índice de Consistencia
Ri: Índice de Retención
L: Longitud
P4: Premolar 4
M1: Molar 1
Mya: Hace millones de años
GTR+G: Modelo general de tiempo reversible con una distribución gamma de la tasa
de variación entre sitios
GTR+I: Modelo general de tiempo reversible con una proporción de sitios
invariables
PP: Probabilidad posterior
rDNA: Ácido desoxirribonucleico ribosomal
bp: Pares de bases
BPA: Análisis de Parsimonia de Brooks
CCAD: Comisión Centroamericana de Ambiente y Desarrollo
m.a.s.l: Metros sobre el nivel del mar
GBIF: Estructura de información en biodiversidad global
TAC: Cladograma de taxón-área
AC: Cladograma de áreas
ELA: Línea de equilibrio altitudinal
μl: Microlitro
pmol: Picomol
μM: Micromolar
min.: Minutos
MCMC: Simulación de Montecarlo con Cadenas Markovianas
1. Introducción
La familia Sciuridae es una de las familias de mamíferos más diversas y con mayor
distribución geográfica. Actualmente cuenta con más de 270 especies clasificadas en 50
géneros distribuidos en todos los continentes con excepción de la Antártida y Australia
(Wilson & Reeder, 1993). Esta familia comprende dos subfamilias: Pteromyinae que
abarca a las especies de ardillas voladoras y la Sciurinae, la cual contiene a las especies de
ardillas terrestres y arborícolas. La subfamilia Sciurinae inicialmente fue organizada en 6
tribus (Pocock, 1923; Simpson, 1945) y posteriormente ampliada a 9 con la inclusión de
Ratufini, y Protoxerini (Moore, 1959), las cuales habían sido previamente incluidas dentro
de la tribu Funambulini. Finalmente la inclusión de las tribus Microsciurini y Sciurillini
(Hoffman et al., 1993), elevó a 10 las tribus reconocidas dentro de la subfamilia (Cuadro 1).
Las relaciones entre la subfamilia Pteromyinae y Sciurinae has sido el centro de un amplio
debate. Datos morfológicos basados en características craneales (Roth, 1996) en conjunto
con datos moleculares (Oshida et al., 1996) indican que la subfamilia Pteromyinae es más
cercana evolutivamente a la ardillas arborícolas (Sciurini y Tamiasciurini), invalidando la
clasificación actual de las subfamilias. Análisis moleculares empleando los genes
mitocondriales 12S y 16S en conjunto con secuencias del gen IRBP nuclear (Mercer &
Roth, 2003) han apoyado esta relación. Adicionalmente se identificaron 5 linajes
principales dentro de Sciuridae: 2 linajes compuesto por Sciurillus (Sciurillini) y Ratufa
(Ratufini) respectivamente, un clado que comprende a Sciurini, Tamiasciurini y a
Pteromyinae, y un clado más amplio que incluye a las subfamilias Xerini, Marmotini,
Protoxerini, y las especies africanas de Funambulini (con excepción de Funambulus).
Los clados y linajes planteados por Mercer & Roth (2003) fueron corroborados por Steppan
et al. (2004) empleando genes nucleares (RAG1, c-myc). Sin embargo con respecto a las
relaciones entre los grupos se encontraron diferencias importantes. La relación hermana
Cuadro 1.1 Tribus de la subfamilia Sciurinae, hábitos, distribución y número de especies.
Tribu Hábitos y Distribución Sp*
Callosciurini Ardillas arborícolas de Oriente 57
Funambulini Ardillas rayadas de Asia, Oriente y Etiopía, arbóreas o
semiarbóreas
26
Marmotini Marmotas, perritos de la pradera, ardillas terrestres, ardillas
rayadas; Holárticas
87
Microsciurini Ardillas arborícolas enanas; Neotropicales 5
Protoxerini Ardillas arborícolas Africanas 10
Ratufini Ardillas arborícolas gigantes; Sureste de Asia 4
Sciurillini Ardillas arborícolas pigmeo; Neotropicales 1
Sciurini Ardillas arborícolas; Neotropicales y algunas Holárticas 29
Tamiasciurini Ardillas rojas, ardillas de rocas; Holárticas 5
Xerini Ardillas terrestres Afro-Asiáticas 6
*Sp: número de especies
La posición basal de Callosciurini a los tres clados restantes (Pteromyinae, Sciurini y
Xerini) encontrada previamente no fue recuperada con los genes nucleares, sino mas bien
se encontró a Callosiciurini como el grupo hermano de Xerini. Considerando ambos
estudios se ha propuesto una nueva clasificación de la familia Sciuridae (Cuadro 2)
1.1Relaciones filogenéticas de la tribu Sciurini
La tribu Sciurini está actualmente compuesta por los géneros Microsciurus, Sciurus,
Synteosciurus, Reinthrosciurus y Tamiasciurus, esta comprende 37 especies distribuidas en América, Asia y Borneo. La revisión taxonómica más amplia de la subfamilia empleando
características morfológicas del cráneo (Moore, 1959) clasificó al género Sciurus junto con
Reinthrosciurus y Guerlinguetus en la subtribu Sciurina. Sin embargo Guerlinguetus
Cuadro 1.2 Clasificación propuesta para la familia Sciuridae (Steppan et al 2004)
Familia Sciuridae
Subfamilia Ratufinae, nuevo rango
Subfamilia Sciurillinae, nuevo rango
Subfamilia Sciurinae
Tribu Pteromyini, nuevo rango
Tribu Sciurini
Subfamilia Callosciurinae
Tribe Callosciurini
Tribe Funambulini
Subfamilia Xerinae, nuevo contenido
Tribe Xerini
Tribe Marmotini
Tribe Protoxerini
Por otra parte, Moore (1954) ubicó a Microsciurus en la subtribu Microsciurina en conjunto con Leptosciurus, Simosciurus, Mesosciurus (actualmente considerados subespecies de
S. granatensis) y Syntheosciurus basándose en el aspecto lateral del borde del foramen infraorbital, la presencia de un tubérculo en el masetero, el número de septas presentas en la
bulla auditiva y la extensión del escamoso.
Las relaciones filogenéticas de la tribu Sciurini fueron estudiadas inicialmente por Hafner
et al. (1994) empleando datos isoenzimaticos indicando una cercana relación con especies
del género Sciurus. Los análisis moleculares empleando secuencias mitocondriales y nucleares de Mercer & Roth (2003), también revelaron la naturaleza parafilética del género
Sciurus en relación con los géneros Microsciurus y Syntheosciurus: las especies analizadas para estos géneros se ubicaron en los análisis filogenéticos dentro de las especies del género
Sciurus. Esta misma relación fue corroborada por Steppan et al. (2004) empleando secuencias de genes nucleares y por Herron et al. (2004) utilizando secuencias
1.2 Relaciones filogenéticas del género Sciurus
El género Sciurus (Rodentia: Sciuridae) comprende siete subgéneros reconocidos:
Guerlinguetus, Hesperosciurus, Otosciurus, Sciurus (Hall, 1981), Tenes (Corbet, 1978),
Urosciurus, Hadrosciurus (Cabrera, 1961). El género cuenta con 28 especies (Wilson & Reeder, 1993), que se distribuyen en el continente americano (25 especies
aproximadamente) y Asia (3 especies). Las especies mesoamericanas del género se
encuentran ubicadas en dos subgéneros diferentes (Hall, 1981): S. aureogaster, S. yucatanensis, S. variegatoides y S. deppei en el subgénero Sciurus, mientras que S. granatensis y S. richmondi son ubicadas en el subgénero Guerlinguetus. En general la distribución de estas especies comprende desde el sureste de México hasta el sur de
Panamá. Sin embargo algunas especies se extienden fuera de la región como el caso de S. aureogaster (hasta el estado de Nuevo León y Tamaulipas, México) y S. granatensis (hasta Ecuador e Isla Margarita, Venezuela).
Estudios morfológicos iniciales (Burt, 1960) empleando información del baculum
establecieron afinidades entre las especies neárticas y de Mesoamérica, organizándolas en
tres grupos: (1) S. niger, S. oculatus, S. arizonensis y S. carolinensis. (2) S. aureogaster, S. colliaei, S. variegatoides y S. yucatanensis. (3) S. deppei, S. granatensis, S. alfari
(Microsciurus) y S. alleni. Posteriormente, con el uso de información geográfica, patrón de pelaje y medidas craneales, Musser (1969) sugirió S. colliaei, S. variegatoides y S. yucatanensis deberían formar un grupo monofilético. La propuesta de Musser (1969) coincide con la clasificación planteada por Burt (1960) y Hall (1981) en la cual S. colliaei,
S. variegatoides y S. yucatanensis son agrupadas junto con S. aureogaster. Sin embargo difieren en la posición de S. deppei, Hall (1981) ubica esta especie en el subgénero
Sciurus mientras que Burt (1960) lo hace con S. granatensis y M. alfari.
Los estudios moleculares iniciales brindaron evidencia de la posible naturaleza
posteriormente corroborados por Hafner et al. (1994) utilizando información isoenzimática.
Sin embargo, al considerar varias especies del género Sciurus y M. flaviventer, los análisis ubicaron a M. flaviventer dentro del género Sciurus, sugiriendo la posible naturaleza parafilética de Sciurus.
Las relaciones evolutivas entre las especies euroasiáticas y neotropicales fueron evaluadas
inicialmente empleando secuencias del gen del citocromo B (Oshida et al., 1996). Estos
estudios establecieron una relación cercana entre S. vulgaris y S. lis, conformando un clado monofilético indicando que la primera divergencia dentro del género fue en Eurasia. El
clado hermano a S.vulgaris-S.lis, agrupo a las especies neotropicales utilizadas, sin embargo ubicó a S. anomalus (distribuida en del Oriente Medio) como la especie hermana a todas las especies neotropicales. La diversificación de las especies neotropicales abrían
surgido entonces de un ancestro común.
Las especies neárticas de Sciurus son parafilética con respecto al clado monofilético de las especies neotropicales. Esta relación ha sido corroborada empleando diversos marcadores
moleculares tanto nucleares (Steppan et al., 2004; Mercer & Roth, 2003) como
mitocondriales (Herron et al., 2004; Mercer & Roth, 2003) para algunas de las especies
neárticas (S. carolinensis, S. niger). Empleando datos morfológicos (Villalobos & Cervantes-Reza, 2007) se descubrió que esta relación parafilética también comprendía a las
restantes especies neárticas (S. aberti, S. griceus, S. nayaritensis, S. arizonensis, S. oculatus
y S. alleni). Estos mismos estudios también han demostrado la naturaleza monofilética de las especies neotropicales. El análisis filogenético más amplio en términos taxonómicos
también reportó que las especies mesoamericanas (desde el Istmo de Tehuantepec hasta el
Darién) conforman un clado monofilético (Villalobos & Cervantes-Reza, 2007).
1.3 Evolución de Sciurus en Mesoamérica
El género Sciurus se ha estimado que evolucionó en el Mioceno temprano en la región holártica (Black, 1972), migrando hacia el sur en el continente americano. Durante dicho
Nicaragua hasta el norte de Colombia, estaba conformada por islas sujetas a levantamientos
y erosión. Sin embargo, para finales del Mioceno la Cordillera de Talamanca (en Costa
Rica y el noroeste de Panamá) ya formaba una isla producto del proceso de subducción de
la Placa de Cocos en la Placa Caribe (Dengo, 1969; Malavassi, 1965). Este proceso de
levantamiento junto con otros sistemas montañosos concluirían hasta finales de Plioceno
(3 millones de años aproximadamente), época en la cual solo quedaban corredores marinos
estrechos en la zona de San Carlos (Norte de Limón, Costa Rica), la Zona del Canal en
Panamá y en el actual Valle del Río Atrato en Colombia. Por lo tanto, la evolución de
especies sureñas tales como S. granatensis, algunas subespecies de S. variegatoides así como las especies suramericanas del género, debieron de surgir de forma posterior a este
evento geológico periodo. Sin embargo, evidencia geológica reciente (Molnar, 2008;
Montes et al., 2012) sugiere que el cierre del Istmo de Panamá se cerró hace 15 millones de
años (Eoceno tardío a Mioceno temprano), formando un puente continuo e ininterrumpido
sobre el nivel del mar. Considerando este nuevo escenario, la evolución de las especies
sureñas y principalmente suramericanas podría haber estado asociada a un cambio en el
clima húmedo y caliente en el norte de Suramérica hacia ambientes secos similares a la
sabana.
McPherson (1985) empleando datos de distribución geográfica, propuso que el surgimiento
de algunas de las especies de Sciurus mesoamericanas fue resultado de las fluctuaciones climáticas en el Pleistoceno, las cuales permitieron oleadas migratorias hacia el sur en los
periodos interglaciales. Según esta hipótesis, Syntheosciurus sería producto de una primera migración mientras que el complejo S. granatensis-S. deppei formaría parte de una migración posterior, los cuales en su desplazamiento hacia el sur habrían forzado a
Syntheosciurus a su actual distribución restringida. Posteriormente, dicho complejo habría especiado en S. granatesis y S. deppei, producto de un periodo interglacial. Finalmente, otra oleada migratoria introduciría en esta región a S. variegatoides, la cual se habría derivado de alguna población de S. carolinensis. La diversificación de esta especie así como de S. deppei, también estaría correlacionada con fluctuaciones climáticas subsiguientes durante el Pleistoceno. A pesar de que la hipótesis planteada por McPherson
mesoamericanas (S. yucatanensis y S. aureogaster). Por otra parte tampoco es posible determinar si estas migraciones provinieron de un mismo ancestro.
Por otra parte, Musser (1968) sugirió que el ancestro de S. colliaei, S. variegatoides y S. yucatanensis se habría extendido desde las tierras bajas del Pacífico de Sonora hasta el sur de Guatemala, en la Península de Yucatán y hacia el sur hasta Panamá. La primera
divergencia habría ocurrido en el Pacífico de México derivando en S colliaei, mientras que
S. variegatoides y S. yucatanensis todavía mantendrían simpatría en algunas zonas de contacto en el este de Guatemala y noroeste de Honduras. De acuerdo con esta hipótesis, un
análisis filogenético de este grupo debería mostrar a S. colliaei como la especie basal, y el surgimiento de estas especies posterior al Plioceno. Sin embargo, esta hipótesis no
considera la distribución de S. aureogaster; las poblaciones de esta especie separan a S. colliaei de S. variegatoides.
En general las hipótesis propuestas para explicar la diversificación del género Sciurus en Mesoamérica no han considerado todas las especies y por lo tanto sus inferencias son
susceptibles a variar al incluir las especies restantes. Así mismo, dichas hipótesis asumen
que las especies mesoamericanas del género conforman un grupo monofilético y ninguna
de estas hipótesis biogeográficas han sido evaluadas en un contexto filogenético.
Si se asume que cada oleada migratoria provino de un ancestro diferente y ordenados de
forma sucesiva, un modelo de especiación alopátrico por medio de dispersiones
secuenciales (Brooks & McLennan, 1991) potencialmente podría explicar los patrones de
distribución actuales. Según este modelo, el aislamiento necesario para el surgimiento de
nuevos linajes sería producto de la dispersión de individuos a nuevos hábitats o regiones
provenientes de poblaciones periféricas y su adaptación local. Los miembros del nuevo
linaje a su vez se dispersarían hacia otros hábitats o regiones. En el contexto de la hipótesis
Al considerarse que las especies mesoamericanas son producto de un proceso de dispersión
y colonización hacia el sur y que conforman un grupo monofilético, se esperaría que S. carolinensis fuera la especie más basal de las ardillas de Mesoamérica, mientras que S. colliaei posiblemente sea basal en relación con el resto de las especies. Las relaciones entre
S. aureogaster y el resto de las especies no pueden ser inferidas con la información disponible actualmente. S. variegatoides y S. yucatanensis formarían un clado (Musser, 1968) mientras que S. deppei, S. richmondi y S. granatensis formarían un segundo clado (Burt, 1960; Hall, 1981; McPherson, 1985). Muy probablemente dichos clados serían
producto de oleadas migratorias diferentes (McPherson, 1985).
2. Objetivos
2.1Objetivo General
Estudiar las relaciones evolutivas entre las especies mesoamericanas del género
Sciurus y los procesos biogeográficos involucrados en su diversificación.
2.2Objetivos Específicos
a. Proponer una hipótesis filogenética que explique la evolución de las
especies mesoamericanas del género Sciurus.
b. Determinar si el proceso de especiación de este taxón se ajusta a un modelo
3.1 Capítulo I:
PHYLOGENETIC RELATIONSHIPS OF MESOAMERICAN SPECIES OF THE
GENUS SCIURUS (RODENTIA: SCIURIDAE)
FEDERICO VILLALOBOS12, FERNANDO CERVANTES-REZA3
1
Instituto de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (INCITE), P.O. Box 67-1100, San Juan de Tibás, San José, Costa Rica.
2
Escuela de Biología, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica
3
Instituto de Biología, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F.
Abstract
The phylogenetic relationships of Sciurus species present in Mesoamerica are addressed using a morphological analysis under Maximum Parsimony. Our results recovered the
existence of two clades: one comprising S. aureogaster, S. colliaei, S. variegatoides and
Syntheosciurus brochus and the other clade composed by S. richmondi, S. granatensis, S. deppei, S. yucatanensis and Microsciurus alfari. The taxonomic status of the genera
Microsciurus and Syntheosciurus is discussed as well the biogeographic implications of these findings.
Keywords: Sciurus, phylogenetics, Central America, biogeography
INTRODUCTION
Sciurus Linnaeus altogether with the genera Syntheosiurus Bangs, Microsciurus Allen,
Table 1. Sciurus species distribution. * Included in the present study.
Subgenus Species Distribution
Tenes S. anomalus Caucasus, Asia Minor, Syria, Palestine, western Iran
Sciurus S. vulgaris* Europe and northern Asia
S. lis Japan
S. carolinensis * southeastern Canada, eastern United States
S. aureogaster * eastern and southern Mexico, Guatemala
S. colliaei* western Mexico
S. yucatanensis* Yucatan Peninsula, northern Guatemala, Belize
S. variegatoides* extreme southern Mexico to Panama
S. deppei* eastern Mexico to northern Costa Rica
S. niger* central and eastern United States, northeastern Mexico
S. oculatus* central Mexico
S. alleni* northeastern Mexico
S. nayaritensis* Extreme southeastern Arizona, western Mexico;
S. arizonensis* central and southeastern Arizona, west-central New Mexico,
extreme northwestern Mexico
Hesperosciurus S. griseus* north-central Washington to southern California
Otosciurus S. aberti* southwestern United States, northwestern Mexico
Guerlinguetus S. granatensis* Costa Rica, Panama, Colombia, northern Venezuela, Ecuador
S. richmondi * Nicaragua
S. aestuans southern Venezuela, the Guianas, Brazil, Paraguay,
northeastern Argentina
S. gilvigularis southern Venezuela, northern Brazil
S. ignitus Colombia, Ecuador, Peru, western Brazil, Bolivia,
northwestern Argentina
S. pucheranii Colombia, Ecuador, Peru
S. stramineus southwestern Ecuador, northwestern Peru
S. sanborni southeastern Peru
Hadrosciurus S. flammifer central Venezuela
S. pyrrhinus eastern Peru
S. igniventris Colombia, southern Venezuela, eastern Ecuador, eastern Peru,
northwestern Brazil
The most recent and comprehensive review of the Sciurini was made by Moore (1959). In
his classification based on the analysis of qualitative cranium characters, Moore placed the
genus Sciurus in the subtribe Sciurina together with Reinthrosciurus Gray and
Guerlinguetus Gray. However, Guerlinguetus is currently considered by Hall (1981) as a subgenus of Sciurus.
The phylogenetic relationships within Sciurus have been explored using only few species;
S. vulgaris Linnaeus and S. lis Temminck from Europe and Asia and S. carolinensis
Gmelin and S. niger Linnaeus from North America. (Oshida & Masuda 2000, Wettstein et al. 1995). Oshida & Masuda using cytochrome B sequences demonstrated the
monophyletic nature of S. vulgaris and S. lis as well as the close relationship between the North American species.
The genus Microsciurus Allen currently is componse by four spcies: M. alfari Allen, M. mimuls Thomas, M. flaviventer Gray and M. santandarensis Hernandez-Camacho. They are distributed mainly in lower Central America and Northern Sourthamerica. The genus
originally was described as a Sciurus subgenera (Allen 1895) and later to full generic rank (Goldmen 1912). The phylogenetic relationships among Microsciurus species has not been addresed comprehensivelly. Izoenzimatic data (Hafner et a. 1994) sugested inclusion of
Microsciurus flaviventer withing Sciurus.
The genus Syntheosciurus Bangs presents only one species with two subspecies S. brochus poaensis and S. brocus brocus. The only phylogenetic study to date using molecular data (Mercer & Roth 2003), placed Syntheosciurus as the sister species of Microsciurus, in close relationship with Sciurus. However, when more Sciurus species were included,
Syntheosciurus was excluded from the analysis, avoiding the possibility of reevaluating
Syntheosciurus phylogentic relationship.
Unfortunately, this recent contribution did not include all Neotropical species; thus, the
phylogenetic relationships among the currently accepted genera and species remain poorly
METHODS
Mesoamerican Sciurus
Those species of Sciurus found in the region between the isthmus of Tehuantepec in Southern México to Panamá (further referred in the text as the Mesoamerican species; fig.
1) are: S. variegatoides, Ogilby S. richmondi Nelson, S. yucatanensis Allen, S. deppei
Peters, S. aureogaster Cuvier and S. granatensis Humboldt; from which the first three are endemic to the region.
Phylogenetic analysis
The data matrix included 24 taxa and 57 morphological characters (Table 2). The cranium,
dental, scapula and hioyd bone characters were evaluated from museum specimens from
Colección Nacional de Mamíferos del Instituto de Biología, Universidad Nacional
Autónoma de México (CNMMX), Museo de Zoología, Universidad de Costa Rica
(MZUCR) and Museo Nacional de Costa Rica (MNCR). Published descriptions were also
used as additional sources of information; baculum characters were scored from Burt
(1960). Characters and character states are described in Appendix I.
The ingroup taxa used are: S. aureogaster (CNMMX 8097), S. deppei (CNMMX 21582,
CNMMX 21583), S. granantensis (MZUCR 1035, MZUCR 1010), S. variegatoides
(MZUCR 1117, MNCR 771, MNCR 775, MNCR 776, MNCR 777), S. richmondi (AMNH
13750), S. yucatanensis (CNMMX 37336, CNMMX 8346, CNMMX 8348). In addition several other Sciurus, Microsciurus and Syntheosciurus species were included: S. colliaei
Richardson (CNMMX 7911), S. aberti Woodhouse (CNMMX 4341), S. alleni Nelson 1898
(CNMMX 1191), S. arizonensis Coues (AMNH1701-355), S. carolinensis (CNMMX
1974), S. griseus Mearns (CNMMX 31601, AMNH 3276-4246), S. nayaritensis Lee &
Hoffmeister (CNMMX 26178) and S. niger (CNMMX 13261, CNMMX 13262), S.
vulgaris (AMNH 160916), Microsciurus alfari Allen (MZUCR 1516, MZUCR 1292,
Table 2. Data matrix.
Taxa Characters
Amospermophilus 0110201300120101101[01]0111121[012]10101001[01]21110[01]10[01]0-210-031000-0[01]00[01]20
Cynomis 0310200032030001001101101022110010010020100100002110031010-0002020
M.alfari 4011114212000110110010002401101101????????????11001210121311100?01
Marmota 03102000322301210011111010201110100101111001000-210-030000-1012020
S.aberti 121121121211200011111001031210111100121122021101101200120410100001
S.alleni 2111213212110000111011012311001111????????????000012?21212101[01][01]? 01
S.arizonensis 1211213222112000??10????23?11011??????????????01001201121210111?01
S.aureogaster 2111113220011100111[01]11012301001111001210221211[01][01]00121[01]111 20011[01]101
S.carolinensis 121121321211210011111001041110111100121121021100001201111200111001
S.colliaei 211121321211111011111101231200111100120022121111001211111201111101
S.deppei 21112142110000101111100[01]030110111100121?220211100012011213111001 01
S.granatensis
211111321??0011011101[01]012?-2001111????0202100010001211121311111101
S.griseus 2211213212112000??11????231200?1??????1022021100101200120410111001
S.nayaritensis 1211213212112100111010010301101111?????????????????????????0101???
S.niger 121121321211210011101101031[01]10111100100122011100001201121210111? 01
S.oculatus 2211213222112000111010002311101111????????????00001212121201101?01
S.richmondi 2211213222100110??101???24-10011??????????????????????-?-??1101?0?
S.variegatoides
21112132221101101011100123-21011110?12112201110000121[01]111200101111
S.vulgaris 3211112222?00100??1?????03?20011???????????????????????????0101???
S.yucatanensis 2111213211010110111[01]110123010011010012????????110012021213101[01]0 ?01
Spermophilus 031020131[01][12]210010[01]11001[01]1120101010[01]1[01]11[01]1001000021[ 01]0031010-00[01]1020
Sy.brochus 201101?2220?0110100110?124122011?1????????????????????-?-??110????
T.hudsonicus 111111211??101001110101113121011111012[01]12202110---03000--01111--
The outgroups used to score characters were: Tamiasciurus hudsonicus Erxleben, (CNMMX 4498), which has been identified as the sister taxa of Sciurus by Mercer & Roth 2003), and Ammospermophilus (A. insularis Nelson and Goldman., CNMMX 36788; A. leucurus Merriam, CNMM26138), Cynomys mexicanus Merriam (CNMMX 31609),
Marmota monax (CNMMX 1254), Spermophillus mexicanus Erxleben, (CNMMX 32898),
S. lateralis Say (CNMMX 39694) and Tamias cinereicollis Allen (CNMMX 4339) as representatives from related clades within the subfamily Sciurinae
Phylogenetic analysis were performed using NONA (ver. 2.83; Goloboff, 1993). All
characters were equally weighted and unordered (Table 2). The heuristic search strategy
consisted in 10000 TBR replicates (mult*), keeping 2 trees by replicate plus a final TBR
refinement (max*). The Bremer decay index was calculated using a sample of 10000
suboptimal trees up to ten steps. Boostrap node support was estimated from 100 Bootstrap
replicates, with 10 random addition sequences, and holding a maximum of 100 trees, per
replicate.
RESULTS
A single most parsimonius tree was found (Fig 2, Ci: 52 Ri: 65 L: 187). The New World
species of Sciurus appeared monophyletic, defined by two synapomorphies: a fully developed invagination at posterior border with posterior inclination of frontal postorbital
process (character 7) and a long snout (character 13).
The Mesoamerican squirrels form a monophyletic group defined by the supraoccipital
ventral orientation (char. 15) with two main clades The clade A which includes S. aureogaster, S. colliaei, S. variegatoides and Syntheosciurus brochus, is defined by the rounded shape of the posteriodorsal border at distal expanded region on the baculum (char.
57) and the posteriodorsal border folding at the expanded distal section of the baculum
Figure 2. A single most parsimonious tree found of the Mesoamerican Sciurus species showing the Atlantic clade (A) and Pacific clade (B). Numbers above each branch are
Bremer decay values. Numbers below each branch are bootstrap values.
The clade B is composed by S.granatensis, Microsciurus alfari, S. deppei and S. yucatanensis, which is defined by a shallow depression of the frontal (char. 9) and lesser pterygoide development in comparison with auditory bulla (char. 11). Sciurus richmondi is found as the sister taxon to the clade B.
The species from the genera Microsciurus and Syntheosciurus are nested within Sciurus. M. alfari was placed the sister species of S. granatensis in the pacific clade. A groove found between P4 y M1 on the zigomatic plate defined this group (char. 12). On the other hand,
DISCUSSION
Homoplasy levels
The high homoplasy levels and low synapomorphic nature observed within the
Mesoamerican species of Sciurus (rescaled consistency index of 0.34) could be due to a recent radiation. Under this scenario, a rapid speciation will drastically reduce the gene
flow between population and reduce the probability of synapomorphy acquisition. If
character change rate is lower than gene flow reduction, there will be no time to character
fixation in the newly isolated populations, therefore the pattern of population isolation and
speciation will be lost due to the absence of synapomorphies. The resulting species will
show an increase in homplasy due to parallel existence of the same character state on
different lineages. (Brooks & McLennan, 1991).
Several independent lines of evidence on recent radiation have recently been addressed.
Mercer and Roth (2003) studied the diversification of sciurids, using molecular data, in
order to explore a possible correlation of sciurid speciation pulses and climatic changes.
They found a rapid diversification of extant genera (i.e. Spermophilus, Cynomis, Sciurus) during the late Miocene and early Pliocene (7.4 to 4.8 Mya), which correlates with the first
separation of North America and Asia at Beringia. An additional geological event
associated with a diversification in Sciurus was the formation of the Panamanian isthmus during the late Pliocene (3.4-3.1 Mya). The radiation of Cynomis also occurred during the same period (2.7-2.0 Ma) based on molecular estimates of divergence times by Harrison et
al. (2003). The recent Cynomis speciation process could explain the importance of parallelism and convergence in the morphological evolution of these species.
Morphological convergence and cryptic species have also been reported for Spermophilus
species as S. townsendii Bachman (Harrison et al 2003).
Nevertheless, the molecular data (Mercer & Roth 2003) available support the same major
clade groupings obtained with our morphological data. The monophyletic nature of the
supported the paraphyletic nature of Microsciurus and the position of Syntheosciurus
within Sciurus. The relationships among the outgroup (Fig 2) species are also supported by Mercer & Roth molecular data, with Marmota and Cynomis as sister taxa and Spermophilus
as a basal taxa. Tamias is the most basal taxa followed by Amosphermophilus.
The incongruity found among sets of data (i.e. morphology vs. molecular data), has
remained as a central issue of discussion on systematics (Hillis 1987, de Queiroz et al.
1995, Nixon & Carpenter 1996). As a result, a plethora of approaches has been suggested to
deal with such incongruity: simultaneous analysis (Nixon & Carpenter 1996), taxonomic
congruence (Kluge 1989), prior agreement using heterogeneity tests (Bull et al. 1993,
Huelsenbeck et al. 1994). On the nature of the incongruity between data sets, previously it
has been suggested that morphological data will often produce incongruent historical
re-constructions from molecular data due to differences in selective pressures (Huelsenbeck et
al. 1996), as well as properties intrinsic to this kind of data (number of characters, number
of character states, homology assessment etc). As a result molecular data has been
progressively preferred over morphological data (Scotland et al. 2003). The congruence
showed here between two independent studies provides evidence that morphological and
molecular data are not excluding. Moreover, the homoplasy distribution is likely to be
different in each data set because they are subject to dissimilar constraints (Kluge 1989,
Horovitz et al. 1998).
Taxonomic implications
The validity of the genera Microsicurus and Syntheosciurus has been questioned. Moore (1959) placed them in the subtribe Microsciurina, while Goodwin (1946) considered
Syntheosicurus as a subgenus of Sciurus. There is also considerable morphological evidence supporting a close relationship among Sciurus or Microsciurus. The genus
Microsciurus
Moore (1959) gave generic status to Microsciurus and included it with Syntheosciurus
under the subtribe Microsciurina based on cranial morphology. Currently Microsciurus
comprise four species from which M. alfari and M. mimulus Thomas are present in the Mesoamerican region, while the other two species are in South America. Our data shows
M. alfari as the sister species of S. granatensis. This close relationship was also suggested by Moore (1959) based on the suture bonding the interparietal (not ankilosed in adults) and
on bacula similarities pointed by Didier (1955). Whether the species of Microsciurus form a monophyletic group remains unresolved until more species from the genus be analyzed.
Syntheosciurus
The genus Syntheosciurus was described from a specimen collected on Chiriqui, Panama (Bangs 1902) with one species (S. brochus). A second species was proposed by Goodwin (1943) as S. poaensis based on specimens from Poás Volcano in Costa Rica; Goodwin later on considered Syntheosciurus as a subgenus of Sciurus (Goodwin 1946), while Moore (1959) placed Syntheosciurus as a genus within subtribe Microsicurina with poaensis as a
S. brochus’ subspecies (Wells and Giacolone 1985).
The morphological data and phylogenetic analysis on this paper makes clear that
Syntheosciurusbrochus is the sister taxa to S. variegatoides, therefore it must be considered as a species of Sciurus. A combined molecular analysis with nuclear and mitochondrial genes employing published sequences confirms this close relationship (Villalobos
unpublished data).
Biogeographic implications
Each pair of sister taxa within the identified clades is composed of one montane species and
band on the Mexican Pacific coast. The other monophyletic group is composed by S. variegatoides and Syntheosciurus brochus. The former is widely distributed from low to middle elevations across Mesoamerica, while the later is restricted to high elevations on the
Cordillera Volcanica Central in Costa Rica and the Talamana-Chiriqui mountain range
between Costa Rica and Panama.
The clade B also has this same observed altitudinal pattern. Microsciurus alfari is most commonly found in the lowlands while S. granatensis is usually restricted to highlands. In the other group, S. yucatanensis is restricted to the lowlands of the Yucatan peninsula, while S. deppei has a broad altitudinal distribution across Mesoamerica and Mexico.
This same pattern has been identified in other small mammal species like pocket gophers
(Hafner et al. 1994, Demaster et al. 1996) on the same region. Demastes et al (1996) found
for two pocket gophers species from Costa Rica (Orthogeomys cherriei Allen and
Orthogeomys underwoodi Osgood) an altitudinal difference on mtDNA haplotype distribution. Each clade consisted of two species, one restricted to highlands and the other
to lowlands.
At the interspecific level there is also an altitudinal distribution pattern. O.cherriei and O. heterodus Peters form a clade sister to O. underwoodi and O. cavator Bangs. Each pair is composed by one species mainly montane (O. heterodus and O. cavator) and another mainly lowland-preomontane (O. cherrei and O. underwoodi). A possible explanation to this pattern could be the vicariant events caused by glaciations throughout this region. This
hypothesis has been proposed by McPherson (1985) to explain distribution patterns of
Costa Rican rodents. However, a confirmation of this hypothesis will require further
phylogenetic information of other taxa to detect vicariant events.
ACKNOWLEDGEMENTS
This work is dedicated to Dione and Santiago. Special thanks to Margoth Bennet,
expenses, Gustavo Gutierrez, Jorge Lobo, Alejandro Valerio, Shasha Fleming and Mario
Blanco for improvements to the manuscript, Daniel Villalobos from Upala (CR), Emilio
Picado and his family in Tarrazú (CR), Ginny Abrahams for field assistance. The
Department of Natural History of the Museo Nacional de Costa Rica kindly provided
equipment for collecting specimens. The Zoology Museum at Universidad de Costa Rica,
and the Colección Nacional de Mamíferos, Instituto de Biología at Universidad Nacional
Autónoma de México, provided access to their collections. This research was funded in part
by a Ph.D. Fellowship of Secretaría de Relaciones Exteriores de México.
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geographical reference. Second ed. Smithsonian Institution Press, Washington D.C., 1206
3.2 Capítulo II:
Mesoamerican tree squirrels evolution: a molecular phylogenetic analysis
Federico Villalobos & Gustavo Gutierrez-Espeleta.
The phylogenetic relationships of the Mesoamerican tree squirrels were examined using
molecular data. Sequence data were generated for the cytochrome B gene for 5 previously
not sampled Mesoamerican Sciurus species and analyzed using additional, publicly available sequences (12S mitochondrial gene and IRBP nuclear gene) under a Bayesian
multispecies coalescence model. Phylogenetic analysis of the multilocus data set showed
the neotropical tree squirrels as a monophyletic clade.The genus Sciurus was paraphyletic due to the inclusion of Microsciurus species (M. alfari and M. flaviventer). The South American species S. aestuans and S. stramineus shown a sister taxa relationship. The single locus analysis based on the most compact and complete data set (i.e. CYTB gene
sequences), supported the monophyly of the South American species and recovered a
Mesoamerican clade including S. aureogaster, S. granatensis and S. variegatoides. These results corroborates previous findings base on cladistic analysis of cranial and post-cranial
characters.
Corresponding author: Federico Villalobos, Laboratorio de Genética Evolutiva, Escuela de
Ciencias Biológicas, Universidad Nacional de Costa Rica, Heredia, Costa Rica; Programa
de Doctorado en Ciencias, Facultad de Ciencias, Universidad de Costa Rica, San José,
Costa Rica. Email: [email protected]
Gustavo Gutiérrez-Espeleta, Escuela de Biología, Universidad de Costa Rica, San José,
Costa Rica. Email: [email protected]
Key words: molecular phylogenetics, cytochrome B gene, Sciurus, Microsciurus,
Introduction
Tree squirrels are distributed throughout Eurasia and America, and grouped in the tribe
Sciurini (Black 1963; Wilson and Reeder 2005). Sciurini comprehends the genera Sciurus,
Syntheosiurus, Microsciurus & Tamiasciurus. . Among these, the genus Sciurus, with 7 subgenera and 28 species (Wilson & Reader 2005), is the most diverse and widespread,
with representatives in Eurasia (S. vulgaris), the Japan Islands (S. lis), the Middle East (S. anomalus) and the Americas. In the Americas, 25 Sciurus species occur, with several species restricted to the Neartic region (S. carolinensis, S. niger, S. aberti, S griseus and S. arizonensis). The genus reaches its highest diversity in the Neotropical region with 20 species.
Among the Neotropical Sciurus species, S. variegatoides, S. yucatanensis and S. richmondi
are restricted to the Mesoamerican region—the area between the Isthmus of Tehuantepec
and the Isthmus of Panama. Several other species (e.g. S. deppei, S. granatensis, and
S.colliaei) occur in the Mesoamerican region albeit not exclusively. In addition to Sciurus, there are other Sciurini genera with Mesoamerican endemic taxa; the genus Microsciurus
currently is composed by four species: M. alfari and M. mimuls distributed in lower Central America, and M. flaviventer and M. santandarensis found in Northern South America. The genus Syntheosciurus presents only one species with two subspecies, S. brochus poaensis
and S. brocus brocus, endemic of Talamanca-Chiriqui mountain range in Costa Rica and Panama.
The most complete taxonomic revision of the Sciurini was made by Moore (1959) based on
the analysis of qualitative characters from the cranium. In this study, the genus Sciurus was placed in the subtribe Sciurina together with Reinthrosciurus Gray and Guerlinguetus Gray, which was later placed as a subgenus in Sciurus (Hall 1981). An additional subtribe (Microsciurina) was also proposed for Microsciurus and Syntheosciurus. In relation to
Microsciurus, the genus was described initially as a Sciurus subgenus (Allen 1895) and later elevated to full generic rank (Goldman 1912). A similar situation occurred with
affinities between Mesosciurus (currently S. granatensis) and the species in Microsciurus
were also suggested by Moore (1959).
The phylogenetic relationships within Sciurus have been only partially resolved. Several studies have corroborated the monophyly of S.vulgaris and S. lis (Ohida et al. 1996; Oshida & Masuda 2000; Oshida et al. 2009). Also, previous analyses based on an incomplete taxon
sampling have suggested that South American species might form a monophyletic clade
(Hafner et al. 1994, Steppan et al. 2004, Herron et al. 2004, Oshida et al. 2009). Moreover,
the most species comprehensive phylogenetic study on neotropical tree squirrels to date
(Villalobos & Cervantes 2007) demonstrated the monophyly of the Mesoamerican squirrel
species. In that study, Mesoamerican species were split in two clades including S. aureogaster, S. colliaei, S. variegatoides and Syntheosciurus brochus, and S. richomondi, S. granatensis, S. deppei, S. yucatanensis and Microsciurus alfari, respectively. These findings questioned the validity Synteosciurus, suggesting that S. brochus should be considered a Sciurus species, and also pointed to the possible polyphyly of Microsciurus.
The phylogenetic relationships within the Sciurini tribe have been the focus of several
studies in recent years. An early study by Hafner et al. (1994) based on protein variation
showed Microsciurusflaviventer in a Sciurus clade comprising S. carolinensis, S. niger and
S. stramineus. The pioneering work of Mercer & Roth (2003), based on the mitochondrial (12S rDNA and 16S rDNA) and nuclear genes (IRBP), brought some information on the
intra-tribe relationships and showed the paraphyletic nature of the Sciurus genera in relation to Syntheosciurus and Microsciurus, and the relationship of these genera with
Tamiasciurus. These same results were recovered by Steppan et al. (2004) using two nuclear genes (RAG1 and cmy) and by Herron et al. (2004) using a mitochondrial gene
(cytb). The close relationship between M. flaviventer and the south-american Sciurus
species is a common feature throughout these studies. Despite these relevant results, the
relationships within Sciurus and its related genera remain largely unresolved. The current data information include several genes (nuclear and mitochondrial for a total of 8) but
remains poor in the number of taxa included and represented, precluding the possibilities of
supermatrix approach using all gene sequence publicly available (Pecnerova & Martinkova
2012) also revealed the same relationships between taxa. However, the phylogenetic
relationships between Mesoamerican species remained unresolved, only supporting with
low probability the sister relationship between M. alfari and S. granatensis.
The methodological approach of concatenated supermatrix multilocus analysis has been
recently point it as a possible source of error in phylogenetic estimation. First revealed by
Maddison (1997), the phylogenetic trees depicted by particular gene histories not
necessarily corresponds with the species tree phylogeny due to process like horizontal
transfer, lineage sorting, gene duplication and gene extinction. In conditions of short
branches, closely related species and large population numbers the discrepancy between
gene trees and species is expected to be more problematic (Madisson 1997; Maddison &
Knowles 2006). Therefore, the use of several independent loci to estimate the species tree
was suggested (Pamilo & Nei 1998) and adopted as thought concatenation of several genes,
as a common practice in phylogenetic reconstruction. However, recent studies into
multigene phylogenetics have shown that concatenating genes can lead to poor estimation
of species tree (Degnan & Rosenberg 2006; Kubatko 2007). When multiple loci are
concatenate they are assume to evolve according a single evolutionary tree, obviating the
effect of recombination in decoupling the evolutionary histories of different loci (Dengan &
Rosenberg 2006). Under simulated conditions the supermatrix approach has shown a high
probability of error estimating species trees, only 9 of 100 replicates contained the true
species tree topology (Heled & Drummond 2010).
In this study, we aim at resolving the phylogenetic relationships of the mesoamerican tree
squirrels using a Bayesian multispecies coalescence model. We provide new sequence data
Materials and Methods
Specimens analyzed
Twenty one taxa, representing all recognized genera New World Tree squirrels, were
included in the phylogenetic analysis, (Table 1). The outgroup taxa comprised
Tamiasciurus hudsonicus, T.mearsi and Reinthrosciurus macrotis. More than one DNA sequences were included per species, dependinged on the availability in the GenBank
database.
DNA extraction, amplification and sequencing
Genomic DNA was extracted from tissue or museum skin samples for 6 taxa (S. aureogaster, S. deppei, S. granatensis hoffmani, S.variegatoides atrirufus, S.variegatoides rigidus, S. variegatoides thomasi) using Wizzard Genomic Extraction Kit (Promega). A region of 1144bp from the mitochondrial cytochrome B gene was amplified using the
primers H15910 and L14724 (Oshida et al. 2000). PCRs were set-up in a 25μl reaction
volume containing the following reaction conditions: 1 μl of template DNA, 2.5mm MgCl2,
200μM dNTPs, 0.5 pmol/μl of each primer and 1.25U of Taq DNA polymerase
(Fermentas). The amplification profile consisted of an initial denaturalization step of 94ºC
for 4 min; followed by 40 cycles of amplification (94ºC for 1min., 55ºC for 1min, 72ºC for
1min.) and a final extension at 72ºC for 10min. PCR products were purified using Exo-sSap
and sequenced in both directions on an ABI3130 automated DNA sequencer using BigDye
3.1 DNA sequencing chemistry (Applied Biosystems) and following manufacturer´s
instructions. Sequences from this study are available under GenBank Accession Nos.
KC737847, KC758866 KC777295, KC777296, KC777297, KC777298.
Phylogenetic analysis
Contig assemblies for cytochrome b sequences of both strands were made with GENEIOUS
Table 1. Sciurini sequence data (Genbank accession numbers) used in the phylogenetic analysis.
Species 12s 16s CYTB IRBP
Microsciurus alfari AY227609
Microsciurus flaviventer AY227549 AY227497 MFU46169 AY227610
Reinthrosciurus macrotis AY227550 AY227498 AY227611
Sciurus aberti SAU10170,
SAU10172
AY227612
Sciurus aestuans J012746 AJ389530 FM162057
Sciurus anomalus AB292675,
AB292676
Sciurus aureogaster KC737847
Sciurus carolinensis JN113040,
JN393212
DQ334839 FJ200744
Sciurus deppei KC777298
Sciurus granatensis hoffmani KC758866 AY227613
Sciurus ignitus AY227615
Sciurus griseus AY227614
Sciurus lis D50286 AB192893,
AB192907
Sciurus niger SNU59174,
SNU67289
DQ334840 FJ200745,
SNU10180
Sciurus stramineus AB292678,
SSU46183
AY227618
Sciurus variegatoides rigidus KC777296,
KC777295
Sciurus variegatoides thomasi KC777297
Sciurus vulgaris AY227553,
D50287 AY227501, DQ334841 AB030026, AB292681 AY227620
Syntheosciurus brochus AY227563 AY227502 AY227626
Tamiasciurus hudsonicus AY227555 AF147684,
AY227504
FJ200700,
FJ200731
AY227622,
AF297281
Tamiasciurus mearsi AF322954
Table 2. Descriptive features of the each dataset analyzed.
gene bp Missing data (%) gap (%) Species Sequences
12S 832 62.9 4.63 8 10
16S 1049 70.9 9.72 7 9
CYTB 1144 19.3 6.84 16 25
IRBP 1178 58.1 1.91 12 13
Bp: base pairs
plus Genbank sequences were aligned with Muscle using the default parameters (Edgar
2004). The molecular substitution model for each gene was selected using JModelTest
(Guindon & Gascuel 2003; Posada 2008) and the Akaike information criteria (Burnham &
Anderson 2003); mitochondrial 12s and 16s rDNA were analyzed under the GTR+G
model, CYTB under the GTR G+I model; and the nuclear IRBP gene under the GTR+I
model.
Multilocus phylogenetic reconstruction was performed using starBEAST (Heled &
Drummond 2010) for Bayesian inference, using the log-normal relaxed clock model with a
Yule-prior for branch lengths. Two or more DNA sequences per taxa were considered when
the information availability allows it, as recommend by Heled & Drummond (2010). Two
independent runs for 100 million generations and sampled every 1000 generations. The first
10 million generations were discarded as burn-in. TRACER v1.5 (Drummond & Rambaut
2007) was used to estimate the effective sample size for each parameter (all resulting
effective sample sizes exceeded 100) and calculate the mean and upper and lower bounds
of the 95% highest posterior density interval (95% HPD). The trees sampled were
combined using LogCombiner (Drummond & Rambaut 2007) and resampled every 2000
generations. Single locus phylogenetic reconstruction using the most complete dataset (i.e.
cytochrome B) was performed using BEAST v1.7.4 (Drummond & Rambaut 2007) and the
same conditions as the multilocus approach, however only one run of 100 million
Figure 1. Bayesian topology based on the multiple coalescence model derived from the
multilocus analysis (CYTB, 12S and 16S mitochondrial genes, plus IRBP nuclear gene).
Numbers above branches indicate the posterior probability (PP). No PP value is given for
unsupported nodes (PP<0.85).
Results
The four genes analyzed were variable in relation to the proportion of missing data, gap
composition and number of species sampled (Table 2). The most complete data set was the
cytochorme B gene followed by the nuclear gene IRBP. The proportion of sequences to
taxa in the analysis was greater than 1,25 (12S rDNA) and up to 1,56 (CYTB). In total, the
four loci included 4203 bp. The implemented MCMC runs converged to a common
Figure 2. Bayesian topology based on the multiple coalescence model derived from the
CYTB gene sequences. Numbers above branches indicate the posterior probability (PP). no
PP value is given for unsupported nodes (PP<0.85).
Our multilocus bayesian phylogeny (fig. 1) recovered a topology similar to that of recent
studies (Pecnerova & Martinkova 2012). The sister taxa relationship between Tamiasciurus
and Sciurus was recovered with highsupport. The genus Sciurus was paraphyletic including
Microsciurus species (M. alfari and M. flaviventer). Microsciurus was not monophyletic. Also, none of the phylogenetic relationships previously reported within Sciurus were recovered with high posterior probability (Villalobos & Cervantes 2007; Mercer & Roth
