Assessing the species relationship of the bamboo collection at USDA-Tropical Agricultural Research Station at Mayaguez, Puerto Rico through DNA barcoding

Abstract

Bamboo is a grass that belongs to the subfamily Bambusoideae and has approximately 1400 different species distributed in 116 genera. This plant has been widely used by humans as a source of food, shelter, clothing and furniture, among others. However, despite of its usefulness, the taxonomy of this complex group has traditionally relied on morphological traits that tend to vary in response to growth conditions. This lack of consistent morphological traits in conjunction with the infrequent flowering behavior observed across species, constitute a major barrier for the establishment of an accurate classification system. Therefore, the implementation of DNA-based molecular techniques for species identification could be of great significance in the development of a more effective characterization scheme for the bamboo subfamily. The objective of this project was to use a DNA barcoding technique to assess the relationships between 55 different bamboo species from the USDA-Tropical Agricultural Research Station (TARS) and to identify species relationships between this collection and native bamboo species from Puerto Rico. To this end, four chloroplast regions from each were PCR-amplified and sequenced in this study. Moreover, the coding regions matK and rbcL were used, as well as two intergenic regions, trnH-psbA and trnT-trnL. Single markers and combined concatenated sequences were used to produce NJ Trees to evaluate the relationships patterns across the examined taxa. Despite the low resolution obtained, tribe Arundinarieae members clustered apart from tribe Bambuseae whereas the tropical woody bamboo tribe was separated into two main groups, one consisting of the paleotropical species and the other comprised of the neotropical species. Native Puerto Rican species grouped with the cluster of neotropical species. In dendrograms constructed from the aligment of concatenated partial sequences the specie Bonia saxatilis unexpectedly clustered with tribe Arundinarieae wich according to the latest classification, this specie belongs to tribe Bambuseae. In contrast, Bonia saxatilis was previously classified as Indocalamus solidus in tribe Arundinarieae, which is where the clustering in this study places it.

El bambú es una gramínea que pertenece a la subfamilia Bambusoideae y contiene aproximadamente 1400 diferentes especies distribuidas en 116 géneros. Esta planta ha sido ampliamente utilizada por los humanos como fuente de alimento, refugio, vestimenta, muebles, entre otros. Sin embargo, a pesar de su gran utilidad, la taxonomía de este complejo grupo ha descansado tradicionalmente en características morfológicas que tienden a variar en respuesta al ambiente en que crecen. La falta de características morfológicas consistentes en conjunto con el comportamiento infrecuente de la florecida, constituyen la mayor barrera para el establecimiento de un sistema de clasificación preciso. Por lo tanto, la implementación de técnicas moleculares basadas en el DNA para identificación de especies podría ser muy significativo en el desarrollo de un esquema más eficiente de caracterización de la subfamilia del bambú. El objetivo de este proyecto fue utilizar la técnica de código de barras de ADN para evaluar la relación entre 55 distintas especies de bambú pertenecientes a la Estación Experimental Tropical del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA-TARS) e identificar la relación que existe entre esta colección y las especies de bambú nativas de Puerto Rico. Para tal fin, cuatro regiones del cloroplasto de cada especie fueron amplificadas utilizando PCR y secuenciadas en este estudio. A demás se usaron las regiones codificantes matK y rbcL, así como dos regiones intergénicas, trnH-psbA y trnT-trnL. Marcadores por separado y la combinación de marcadores concadenados fueron utilizados para producir árboles NJ para evaluar los patrones de relación entre los taxones examinados. A pesar de la baja resolución obtenida, los miembros de la tribu Arundinarieae se agruparon separados a los de los de la tribu Bambuseae mientras que los bambúes tropicales leñosos fueron separados en dos grupos, uno que consiste de las especies paleotropicales y el otro comprendido de las especies neotropicales. Las especies nativas de Puerto Rico se agruparon con las especies neotropicales. En dendogramas construidos del alineamiento de secuencias parciales concadenadas, la especie Bonia saxatilis inesperadamente se agrupó con la tribu Arundinarieae, que según la última clasificación, esta especie pertenece a la tribu Bambuseae. En contraste, Bonia saxatilis fue previamente clasificada como Indocalamus solidus en la tribu Arundinarieae, que es donde se agrupa en este estudio.