Decoding ice plants: challenges associated with barcoding and phylogenetics in the diverse succulent family Aizoaceae

Aizoaceae is the largest succulent plant family in the world, including in excess of 1800 species. Despite its richness, a large proportion of its taxa are listed as data deficient and as such, has been identified as the top priority for taxonomic research in South Africa. Limitations to accurate taxonomic identification of taxa in the family may be partly attributed to the degree of technical knowledge required to identify taxa in the Aizoaceae. DNA barcoding may provide an alternative method of identification; however, the suitability of commonly used gene regions has not been tested in the family. Here, we analyse variable and parsimony informative characters (PIC), as well as the barcoding gap, in commonly used plastid regions (atpB-rbcL, matK, psbA-trnH, psbJ-petA, rpl16, rps16, trnD-trnT, trnL-trnF, trnQ-rps16, and trnS-trnG) and the nuclear region ITS (for Aizooideae only) across two subfamilies and two expanded clades within the Aizoaceae. The relative percentage of PIC was much greater in subfamilies Aizooideae and Mesembryanthemoideae than in Ruschioideae. Although nrITS had the highest percentage of PIC, barcoding gap analyses identified neither ITS nor any chloroplast region as suitable for barcoding of the family. From the results, it is evident that novel barcoding regions need to be explored within the Aizoaceae.Key words: Aizooideae, barcoding gap, Mesembryanthemoideae, parsimony informative characters, recent radiation, Ruschioideae, variable characters.La famille des Aizoaceae est la plus grande au monde parmi les plantes succulentes et compte plus de 1800 especes. En depit de sa richesse, une grande proportion de ses taxons sont decrits comme presentant une insuffisance de donnees de telle maniere qu'elle a ete identifiee comme la plus grande priorite en recherche taxonomique en Afrique du Sud. Les carences dans l'identification des taxons au sein de cette famille sont en partie attribuables aux importantes connaissances techniques requises pour identifier les taxons chez les Aizoaceae. Le codage a barres de l'ADN pourrait fournir une methode alternative d'identification. Cependant, la pertinence des regions geniques souvent employees en codage a barres n'a pas encore ete examinee chez cette famille. Dans ce travail, les auteurs ont analyse des caracteres variables et des caracteres informatifs de la parcimonie (PIC), de meme que l'ecart entre taxons, au moyen des regions plastidiques communement employees (atpB-rbcL, matK, psbA-trnH, psbJ-petA, rpl16, rps16, trnD-trnT, trnL-trnF, trnQ-rps16 et trnS-trnG) et la region de l'ITS nucleaire (chez les Aizooideae seulement) parmi deux sous-familles ainsi qu'au sein de deux grands clades chez les Aizoaceae. Le pourcentage du PIC etait beaucoup plus grand au sein des sous-familles des Aizooideae et des Mesembryanthemoideae que chez les Ruschioideae. Bien que la region nrlITS presentait le plus fort pourcentage de PIC, une analyse de l'ecart entre les taxons a indique que ni les ITS ni aucune des regions chloroplastiques ne s'averaient utiles pour le codage a barres au sein de cette famille. En fonction de ces resultats, il est evident que de nouvelles regions de codage a barres devront etre explorees chez les Aizoaceae. [Traduit par la Redaction]Mots-cles: Aizooideae, ecart entre les taxons, Mesembryanthemoideae, caracteres informatifs de la parcimonie, radiation recente, Ruschioideae, caracteres variables.
IntroductionAizoaceae is the largest succulent plant family in the world (Chesselet et al. 2002) and the largest angiosperm family represented in the arid regions of the Greater Cape Floristic Region [...]