Taxonomic treatment and molecular analyses of the small-leaved species of Croton (Euphorbiaceae) from Toliara, Madagascar

Abstract

Madagascar is the fourth largest island in the world, product of geological events during the Coniacian period (88Mya) and has been isolated since then. This isolation has contributed to its great biodiversity, resulting in the island harboring approximately 12,000 plant species, including over 150 species of Croton (Euphorbiaceae), the genus of interest in the present study. Croton is a giant and complex genus with a worldwide distribution, and species of it are commonly found in tropical and subtropical secondary vegetation. Species in the genus have distinctive taxonomic characters, such as their indumenta and acropetiolar glands. Chemically species of the genus are rich in secondary metabolites enhancing its importance in the medicinal and biofuel field. In Madagascar there are more than 150 species distributed along the island, and at least 53 are present in the province of Toliara, the area of interest of this study. Small-leaved species are the main focus of interest, thereby reducing the number of species to be evaluated from 53 to 27 in total. In order to evaluate the possibility of identifying Croton species as operational taxonomic units (OTU) a DNA barcoding using sequences of the nuclear ITS region for multiple accessions of the species was asset, recognizing 15 species (C. adabolavensis, C. elaeagni, C. sp. nov. aff. bojerianus, C. androiensis, C. ustulatus, C. manampetsae, C. decaryi, C. miarensis, C. aubrevilecta, C. menarandrae, C. geayi, C. elliotianus, C. boiteaui, C. cotoneaster and C. antanosiensis) of the 27 in total as OTUs. Comparison between the phylogenies using nuclear ITS and plastid (trnL–F, psbA–trnH, and matK) regions were employed to further understand the species relationships and their circumscription. Incongruences between the nuclear and chloroplast phylogenies suggest possible hybridization events. A taxonomic treatment for the 27 small-leaved species was elaborated using the size, color, shape and types of trichomes in the indumenta of the leaf, and acropetiolar glands as the main characters to differentiate between species. The development of a taxonomic treatment with species of other provinces and larger leaf sizes is suggested for future taxonomic studies.

Madagascar es la cuarta isla más grande en el mundo, producto de eventos geológicos ocurridos durante el periodo Coniacense (88Ma) y ha estado aislada desde ese momento. Este aislamiento contribuye a su gran biosiversidad albergando cerca de 12,000 especies de plantas, y más de 150 especies de Croton (Euphorbiaceae), el género de interés en este estudio. Croton es un género grande y complejo distribuido alrededor del mundo y encontrado comúnmente como parte de la vegetación secundaria de regiones tropicales y subtropicales. Especies del género cuentan con caracteres taxonómicos distintivos cómo el indumento de las hojas y glándulas acropetiolapres. Químicamente estas especies poseen metabolitos secundarios, aumentando su importancia en los campos de la medicina y biocombustible. En Madagascar pueden encontrarse más de 150 especies a lo largo de la isla y por lo menos de las 53 se encuentran en la provincia de Toliara, lugar donde se desarrollo esta investigación. Las especies de hoja pequeña son el sujeto de estudio, por lo que de 53 especies presentes las 27 especies de hoja pequeña fueron las utilizadas. Con el propósito de evaluar la posibilidad de identificar especies de Croton como unidades taxonómicas operacionales (UTO) se realizó un código de barras de ADN utilizando datos moleculares de la región de ITS para múltiples muestras de las especies reconociendo 15 de estas (C. adabolavensis, C. elaeagni, C. sp. nov. aff. bojerianus, C. androiensis, C. ustulatus, C. manampetsae, C. decaryi, C. miarensis, C. aubrevilecta, C. menarandrae, C. geayi, C. elliotianus, C. boiteaui, C. cotoneaster and C. antanosiensis) como UTO. Comparaciones entre filogenias producidas utilizando las regiones de ITS y el cloroplasto (trnL–F, psbA–trnH y matK) fueron realizadas para entender mejor las relaciones filogenéticas de las especies y su circunscripción. Diferencias encontradas al comparar ambas filogenias sugieren posibles eventos de hibridización. Un tratamiento taxonómico para las 27 especies de hoja pequeña fue desarrollado considerando el tamaño, color, forma y tipos de tricomas en el indumento de la hoja, y las glándulas acropetiolares como características distintivas entre especies. El desarrollo de una clave taxonómica para especies presentes en otras provincias y de tamaños más grandes es sugerido para futuros estudios taxonómicos.