Raúl C. Peña * y Bruce K. Cassels **
* Departamento de Ecología, Facultad de Ciencias Biológicas , P. U. Católica. Casilla 144 D, Santiago, Chile.
** Facultad de Ciencias Universidad de Chile, Casilla 653 Santiago, Chile
PALABRAS CLAVE: Sophora, Papilionaceae, alcaloides quinolicidínicos, cladística.
ABSTRACT
Phylogenetic affinities between chilean Sophora species are not clear. We suggest a new hypothesis for the origin of the section Edwardsia. Parsimony analysis allows a South American origin to be established for the species of this section. The shortest tree was obtained using morphological characters only. The seed alkaloids did not provide useful information for the filiation of Edwardsia species. Two branches are recognized: one of them includes S. chrysophylla, S. denudata, S. howinsula, S. tetraptera, y S. toromiro; the other one includes S. fernandeziana, S. macnabiana y S. microphylla, which are clearly distinguishable. Sophora macrocarpa, an ancient element of the South American flora, is closely related to species belonging to the section Sophora represented in the region by S. linearifolia y S. rhynchocarpa. Sections Calia y Styphnolobium are clearly related to each other, both morphologically and chemically.
INTRODUCCION
El género Sophora comprende unas 45-50 species, 10 de ellas se incluyen en la sección Edwardsia. Yakoklev (1967), basándose principalmente sobre argumentos morfológicos restableció los géneros Calia y Styphnolobium; una década después Tsoong & Ma (1981) incluyeron, a su vez, Calia en el género Styphnolobium. Sousa & Rudd (1983) en su revisión de Styphnolobium (2n=28), reconocieron que este taxon está muy relacionado con Calia, aunque su número cromosómico constrasta con el compartido por Sophora y Calia que es de 2n=18 (cf. Palomino et al. 1993). Bailey (1974) estudiando la composición de los polisacáridos de las semillas, encontró apoyo para esta separación y reconoció como géneros distintos a Calia, Sophora (la mayoría representantes de la sección Edwardsia) y Styphnolobium. Calia no contiene galactomananos, lo que la hace distinta a Styphnolobium (i.e.Sophora affinis Torrey et A.Gray), sus semillas contienen almidón o amiloide y polímeros de galactosa y arabinosa, en tanto que las semillas de Sophora tomentosa (Sección Sophora) contiene polímeros de galactosa-arabinosa. Recientemente A. S. Cerezo (com. personal) confirmó que las especies de Edwardsia contienen arabinogalactanos como principal polisacárido. Murray (1986), estudió los patrones electroforéticos de las proteínas seminales de Sophora microphylla y Sophora macrocarpa, encontrándolos indistinguibles. Aunque se ha establecido que el patrón de proteínas de Pisum es muy parecido al de Sophora macrocarpa, Murray & Porter (1980) postulan que Sophora macnabiana y Sophora macrocarpa, ambas especies chilenas, derivarían de los taxa que crecen en Nueva Zelandia, en relación a ello parece más razonable concluir que la electroforésis de las proteínas de las semillas no permite distinguir ni siquiera géneros distantes en Papilionaceae. Por otro lado, Markham & Godley (1972) al estudiar la afinidad de la composición de los flavonoides foliares no encontraron evidencias suficientes para separar la especie chilena Sophora macnabiana de la neozelandesa Sophora microphylla. Los estudios quimiotaxónomicos pioneros realizados por Briggs & al. (1937, 1948) reconocieron a Sophora microphylla var. fulvida Allan, Sophora chathamica Cockayne y a material de Sophora de Anawhata, Nueva Zelandia, como especies separadas sobre la base de la composición de los alcaloides de las semillas. Urzúa & Cassels (1970), empleando el mismo criterio, encontraron que Sophora macnabiana (syn. Sophora microphylla de Chile) se diferencia del material anteriormente analizado proveniente de Nueva Zelanda. Estos estudios no puede considerarse ya como adecuados debido a lo grueso de la metodología analítica y el hecho que se basaron en muestras individuales.
El presente trabajo tiene como objetivo integrar los caracteres morfológicos con la composición de alcaloides -analizados por cromatografía de gas liquido a nivel individual- en un esquema que brinde una base más segura a nuestra hipótesis sobre el origen y las afinidades de las especies de Sophora sección Edwardsia (Peña et al. 1993).
MATERIALES Y METODOS
Se estudiaron los siguientes taxa, todos considerados a nivel específico según Allan (1961), Yakovlev (1967), Green (1970) e Isely (1981): Sophora chrysophylla (Salisb.) Seem., (incluída Sophora unifoliata (Rock ) Degg. et Scherff.), Sophora denudata Bory, Sophora fernandeziana (Phil.) Skottsb., Sophora howinsula (Oliv.) Green, Sophora macnabiana (Grah.)Skottsb., Sophora macrocarpa J.E.Sm., Sophora masafuerana (Phil.) Skottsb., Sophora microphylla Ait. (incluyendo Sophora chathamica), Sophora prostrata Buchan., Sophora tetraptera J.Mill., Sophora toromiro (Phil.) Skottsb. (todos incluidos en la sección Edwardsia), Sophora tomentosa L., Sophora linearifolia Griseb., y Sophora rhynchocarpa Griseb. (Secc. Sophora), Sophora secundiflora Lag. ex DC. (Secc. Calia) y Sophora japonica L. (Secc. Styphnolobium). Ejemplares testigos se depositaron en el Herbario de Escuela de Química y Farmacia (SQF). Se emplearon las semillas maduras de las especies de las localidades que se muestran en la Tabla 2 en la extracción y determinación de los alcaloides.
Procedimiento de Extracción: Las semillas
secas (1-5 dependiendo del tamaño) se molieron groseramente y se
extrajeron con metano hasta reacción negativa con Dragendorff. El
residuo concentrado se disolvió en 1% de ácido sulfúrico,
saturado con NaCl, y se extrajo con cloroformo. La parte acuosa se alcalinizó
con bicarbonato de sodio y se sometió a partición con cloroformo.
El extracto clorofórmico de la fase acuosa se secó con sulfato
de sodio y se concentró a sequedad. La cromatografía gas-líquido
se realizó con una columna capilar de 20 m tipo SE-30, a temperatura
constante de 120 °C, durante 3 minutos, seguido de incremento a velocidad
constante de 6 °C/min hasta 210°C, y finalmente por un plateau
de 20' de duración. El detector selectivo N/P se mantuvo a 250°C.
Se inyectó cafeína con cada muestra como estándar
interno. Se disponía de muestras auténticas de los siguientes
alcaloides: baptifolina, citisina, N-metilcitisina, matrina y 5-hidroximatrina.
La anagirina y la rombifolina se identificaron por comparación con
los tiempos de retención de la literatura.
Los caracteres se polarizaron por la técnica del out-group. Los estados
de los caracteres se muestran en el Apéndice
1.
RESULTADOS
El cladograma
La matriz de datos derivada de la Tabla
1 se analizó usando el paquete de programa PAUP versión
2.4 de Swofford (1985). Se escogió Styphnolobium como ancestro
y se aplicó la opción de Lundberg. Esta técnica minimiza
las homoplasias debidas al out-group. El árbol más corto tiene
68 pasos de largo, índice de consistencia 0,412, para 21 caracteres y
16 taxa (Fig. 1). Un análisis
heurístico que requirió sólo de 52 pasos, 16 menos que
el cladograma original, se obtuvo usando 16 caracteres, eliminando los caracteres
5, 7, 9 y 13. Esta estrategia apoya un origen neozelandés para la sección
Edwardsia. Otro desarrollo heurístico empleando sólo caracteres
morfológicos (1-16) reduce aún más el largo del árbol-
a 46 pasos-, veintidós menos que el original de 21 caracteres (Fig.
1,
Fig.
2). Indice de consistencia 0,435, con una topología que muestra
dos clados en el grupo Edwardsia (2,9),(7,8)3) y (4,10)6)11)5). Los porcentajes
de metilcitisina, citisina, matrina, soforanol, anagirina y rombifolina en los
diferentes ejemplares, fueron objeto de un análisis de componentes principales.
La baptifolina no fue reconocida como componente principal en este tratamiento.
La distribución de las muestras en los planos F1xF2 (que dan cuenta de
52.11% de la variación total) revela la existencia de 3 grupos correspondientes
a Calia, Edwardsia y Sophora (Fig.
3). Al considerar el tercer factor no se discriminan grupos adicionales
(F3 = 10.72% de la variación).
DISCUSIÓN
Un cladograma incluyendo la composición
de alcaloides de las semillas muestra el mayor número de homoplasias.
La sección Edwardsia está representada, como grupo,
por las características 6, 8, y 15 (estandarte extendido, estambres
exsertos, y pétalos sin aurículas). El carácter 15
se revierte en Sophora prostrata. Dos ramas se definen por los caracteres
5 y 7 (pubescencia de folíolos y razón estandarte/alas),
la rama "tetraptera", con folíolos híspidos en
el envés, y la rama "microphylla" con los pétalos
de igual largo (con la sola excepción de Sophora microphylla,
cuyos pétalos son desiguales). Los caracteres 4 y 13 (folíolos
cortos y frutos menos pubescentes) unen a Sophora prostrata a esta
rama. Los caracteres 11, 12 (color y cantidad de las semillas), y 13 unen
al grupo "tetraptera", excluyendo a Sophora denudata,
con el grupo "microphylla", a través de Sophora toromiro.
El carácter 3 (largo de los folíolos) se revierte en la rama
"tetraptera", si se excluye a Sophora denudata, que tiene
folíolos largos. Los caracteres 1,3, 5, 9, 10 y 14 (todos de hábito
arbóreo), con folíolos pequeños, frutos constrictos
y alados, y semillas pequeñas) delimitan al clado Edwardsia,
excluyendo Sophora macrocarpa.
En una discusión biogeográfica, se puede reconocer como grupo
sudamericano a Sophora sect. Edwardsia, a Sophora macrocarpa
y a las especies del Archipiélago Juan Fernández, Sophora
fernandeziana y Sophora masafuerana. Otra rama liga a Sophora
macnabiana y Sophora toromiro a Sophora microphylla.
Finalmente, Sophora chrysophylla y Sophora denudata que presentan
algunos caracteres ancestrales (semillas anaranjadas o rojizas y un contenido
relativamente bajo de citisina) quedan afuera. Los caracteres 11 y 18 (color
de semillas y mayor contenido de citisina) son comunes a las especies de
Nueva Zelanda y a Sophora howinsula, Sophora macnabiana y
Sophora toromiro, que parecen ser más avanzadas, siendo Sophora
prostrata un grupo hermano de esta última rama.
Aunque el análisis de componentes principales no permite diferenciar
las especies continentales de la sección Sophora, de las de la
sección Edwardsia, Sophora macrocarpa y Sophora macnabiana,
morfológicamente representan una transición entre ambas secciones,
presentando fuertes afinidades con las especies argentinas de la primera sección.
Al considerar la flora de Juan Fernández, Sophora fernandeziana
aparece más relacionada con Sophora macrocarpa (2, 4, 6-8, 10-19),
pero la evolución paralela parece ser la explicación más
simple. En forma similar, Sophora masafuerana es más afín
al grupo " microphylla". Las características palinológicas
de Sophora fernandeziana y Sophora macrocarpa -exina heterobrocada-
contrasta con la exina homobrocada de Sophora masafuerana, Sophora
macnabiana, y de la mayoría de las especies insulares de Edwardsia
(Peña et al., 1993). Por ende, la derivación de las especies insulares,
particularmente de Sophora fernandeziana, de estirpes continentales no
puede descartarse. Sugerencias similares habían sido elaboradas para
la flora de Juan Fernández (Hoffmann & Marticorena, 1987). Sophora
masafuerana se consideró aquí como derivada de stocks de Nueva
Zelanda, afines al grupo "microphylla". Las características
químicas pueden dar luz al punto. Finalmente, Godley (1979) especulaba:
"... the basic assumption is that Sophora microphylla arose in New
Zealand, derived some of its present variation from Sophora prostrata,
and that the large-leafleted southern species, Sophora chrysophylla of
Hawaii, Sophora macrocarpa of Central Chile, and Sophora tetraptera-Sophora
howinsula of New Zealand y Lord Howe Island, each distinct, are older".
Esta posición es apoyada por nuestro análisis que incluye tanto
caracteres químicos como morfológicos (Fig.
1). Sophora prostrata, un taxon de Nueva Zelanda retiene algunos
caracteres inespecializados, especialmente las aurículas de las alas
de los pétalos y el lomento prácticamente áptero, por lo
que es posible que se trate de una especie relicta en la Isla Sur; si nos referimos
a nuestro tratamiento cladístico de 52 pasos, esta especie aparece en
la base de la rama Edwardsia. Cockaine (1912, fide Godley 1979) la había
considerado como una forma juvenil de Sophora microphylla. Los contenidos
de alcaloides quinolicidínicos segregan esas dos razas de Sophora.
Godley (1979) especulaba que Sophora microphylla tenía ancestros
en el complejo híbrido antiguo de Sophora tetraptera y de Sophora
prostrata. Nuestra información no apoya tal filiación: Sophora
prostrata es más cercana a Sophora tetraptera que a Sophora
microphylla. La composición de alcaloides de estas dos últimas
especies también es más afín a las especies insulares del
tipo Sophora fernandeziana o Sophora toromiro, con contenidos
mayores de derivados de citisina.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a Sr. Pedro León y Dr. Alan Walkowiak por el apoyo técnico de excelencia. Una muestra de baptifolina fue proporcionada generosamente por el Dr. M. Silva y matrina, citisina, metilcitisina y 5-hidroximatrina fueron suministradas por la Prof. Rosa Negrete. Este artículo fué financiado parcialmente por el Proyecto Fondecyt 1980967 (G. Montenegro y otros)
REFERENCIAS
ALLAN, H. H. 1961. Leguminosae. In: Flora of New
Zealand vol. 1. pp. 480-627 K. E. Owen, Wellington, New Zealand.
BAILEY, B. H. 1974. Galactomannans y other soluble polysaccharides in Sophora
seeds. New Zealand J. Bot. 12: 131-136.
BRIGGS, L. H. Y RICKETTS, J. 1937. Sophora alkaloids. Part I. The
alkaloids of the seeds of Sophora microphylla Ait. Journal of the Chemical
Society : 1795-1798.
BRIGGS, L. H. Y MANGAN, J. 1948. Sophora alkaloids. Part V. The
alkaloids of the seeds of a possible new species from Anawhata, Nee Zealand.
Journal of the Chemical Society :1889-1891.
GODLEY, E. 1979. Leonard Cockayne & evolution. New Zealand J.Bot. 17:
197-215.
GODLEY, E. 1985. Path to maturity. New Zealand J. Bot. 23: 687-706.
GREENE, P. S. 1970. Notes to the floras of Norfolk y Lord Howe Islands.
J. Arn. Arbor. 51: 204-220.
HOFFMANN, A. J. Y MARTICORENA, C. 1987. La Vegetación de las Islas
Oceánicas Chilenas. The Vegetation of the Chilean Oceanic Islands
127-16 En: Castilla, J. C. (ed.) Islas Oceánicas Chilenas: Conocimiento
Científica y Necesidades de Investigaciones. Universidad Católica
de Chile, Santiago.
ISELY, D. 1981. Leguminosae of the United States. III Subfamily Papilionoideae:
Tribes Sophoreae, Podalyrieae, Loteae. Mem. New York Bot. Gard. 25(3):
1-264.
MARKHAM, K. R. Y GODLEY, E. J. 1972. Chemotaxonomic studies in Sophora.
An evaluation of Sophora microphylla Ait. New Zealand J. Bot. 10:
627-640.
MURRAY, D. R. 1986. Seed dispersal. Academic Press, Sydney, Orlando, San
Diego.
MURRAY, D. R. Y PORTER, I. J. 1980. A comparative electrophoretic study
of seed albumins from Sophora microphylla y Pisum sativum
cultivar "Greenfast" (Leguminosae). Pl. Syst. Evol. 134 (314):
207-214.
PALOMINO, G., MARTÍNEZ, P., BERNAL, C. Y SOUSA, M. 1993. Diferencias
cromosómicas entre algunas especies de los géneros Sophora
L. y Styphnolobium Schott . Ann. Missouri Bot. Gard 80: 284-290.
PEÑA, R. C., ITURRIAGA L., MUJICA A. M. Y MONTENEGRO, G. 1993. Análisis
micromorfológico de polen de Sophora (Papilionaceae). Hipótesis
filogenética sobre el origen de la sección Edwardsia.
Gayana, Bot. 50(2): 57-65
SOUSA, S. M. Y RUDD, V. 1993. Revisión del género Styphnolobium
(Leguminosae). Ann. Missouri Bot. Gard . 77(3): 573-577.
SWOFFORD, D. L. 1985. PAUP: Phylogenetic analysis using parsimony user's
manual. Illinois Natural History Survey, Champaign, Illinois.
TSOONG, P.-CH. Y MA. CH.-Y. 1980. A study of the genus Sophora Linne.
Acta Phytotaxonomica Sinica 19 (1):1-22, 143-166.
URZÚA, A. Y CASSELS, B. K. 1970. Alkaloids of Sophora tetraptera,
sensu Reiche. Phytochemistry 9: 2365-2367.
YAKOVLEV, G. H. 1967. Systematical y geographical studies of genus Sophora
and allied genera. Proceedings of the Leningrad Chemical-Pharmaceutical
Institute 21: 42-62.
Se ruega citar el artículo original:
PEÑA, R. C. & B. K. CASSELS (1996). Phylogenetic realtionships among chilean Sophora species. Biochem. Syst. and Ecol. 24 (7/8): 725-733 .