Phylogenomic analysis confirms the relationships among toucans, toucan-barbets, and New World barbets but reveals paraphyly of Selenidera toucanets and evidence for mitonuclear discordance

Abstract

ABSTRACT We reconstruct the species-level phylogenetic relationship among toucans, toucan-barbets, New World barbets using phylogenomic data to assess the monophyly and relationships at the family, generic, and specific levels. Our analyses confirmed (1) the monophyly of toucans (Aves: Ramphastidae), toucan-barbets (Aves: Semnornithidae), and New World barbets (Aves: Capitonidae) and that the toucan-barbets are sister to the toucans, an arrangement suggested, but poorly supported, in previously published phylogenies; (2) the paraphyly of lowland Selenidera toucanets with respect to Andigena mountain-toucans; and (3) evidence of some mitonuclear discordance, suggesting introgression or incomplete lineage sorting. For example, mitonuclear conflict in the phylogenetic placement of Ramphastos vitellinus subspecies suggests that Amazonian populations of Ramphastos vitellinus ariel may have introgressed mitogenomes derived from other Amazonian vitellinus taxa. To reconstruct the phylogenetic history of toucans, toucan-barbets, and New World barbets, we included all species-level taxa from the three families, with the addition of outgroups from the two major clades of Old World barbets (Megalaimidae and Lybiidae). We analyzed a combination of UCE sequences and whole mitochondrial genome sequences to reconstruct phylogenetic trees. LAY SUMMARY We analyzed relationships between all toucans, toucan-barbets, and New World barbets using both nuclear and mitochondrial DNA sequence data. We found highly supported relationships that showed that toucan-barbets are most closely related to toucans to the exclusion of New World barbets. Our results were consistent with previous research indicating that some Selenidera toucanets may be more closely related to Andigena mountain-toucans than they are to other Selenidera species. We found biologically relevant discordance between phylogenetic reconstructions using nuclear and mitochondrial data that give insight into potential historical introgression within Ramphastos. RESUMEN Reconstruimos la relación filogenética a nivel de especie entre tucanes, barbudos tucanes y barbudos del Nuevo Mundo utilizando datos filogenómicos para evaluar la monofilia y las relaciones a nivel de familia, género y especie. Nuestros análisis confirmaron (1) la monofilia de los tucanes (Aves: Ramphastidae), los barbudos tucanes (Aves: Semnornithidae) y los barbudos del Nuevo Mundo (Aves: Capitonidae), y que los barbudos tucanes son hermanos de los tucanes, un arreglo sugerido pero pobremente apoyado en filogenias publicadas anteriormente; (2) la parafilia de las tucanetas de las tierras bajas del género Selenidera en relación a los tucanes de montaña del género Andigena; y (3) la evidencia de alguna discordancia mitonuclear, lo que sugiere introgresión o clasificación incompleta de linajes. Por ejemplo, el conflicto mitonuclear en la ubicación filogenética de las subespecies de Ramphastos vitellinus sugiere que las poblaciones amazónicas de Ramphastos vitellinus ariel pueden tener introgresión de mitógenos derivados de otros taxones vitellinus amazónicos. Para reconstruir la historia filogenética de los tucanes, los barbudos tucanes y los barbudos del Nuevo Mundo, hemos incluido todos los taxones a nivel de especie de las tres familias, con la adición de grupos externos de los dos clados principales de barbudos del Viejo Mundo (Megalaimidae y Lybiidae). Hemos analizado una combinación de secuencias de elementos ultraconservados y de secuencias del genoma mitocondrial completo para reconstruir árboles filogenéticos.