Unraveling the Evolutionary History of Delayed Fertilization in Fagaceae
Takenori Shagawa / Kyushu University / Japan /shagawa.takenori.552@s.kyushu-u.ac.jp
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The family Fagaceae includes many species that exhibit two-year fruiting, where fertilization and fruit maturation are delayed until the year after flowering. Despite ongoing debate, the underlying mechanisms and ecological significance remain poorly understood. To clarify the evolutionary history of one-year and two-year fruiting in Fagaceae, we reconstructed ancestral states of reproductive traits. First, we determined the fruiting type (one-year or two-year) of each species through a literature review and online herbarium data. We then conducted a Bayesian phylogenetic analysis using 2,124 loci from publicly available whole-genome data, encompassing 88 species representing all genera in the family Fagaceae. Ancestral state reconstruction using BayesTraits revealed three key findings: (1) two-year fruiting likely originated through a single evolutionary event after the divergence of Trigonobalanus; (2) the common ancestors of Fagusand Castanea were inferred as one-year fruiting, whereas those of Lithocarpus, Castanopsis, and Quercus were supported as two-year fruiting; (3) after the emergence of two-year fruiting, at least six independent reversions to one-year fruiting occurred across various lineages. These findings suggest that the genetic basis of two-year fruiting is likely shared among Lithocarpus, Castanopsis, and Quercus, whereas reversions to one-year fruiting may have evolved independently across lineages. Future research should focus on identifying the genetic basis of delayed fertilization in two-year fruiting species.
Versión en español
Descifrando la historia evolutiva de la fertilización retrasada en Fagaceae
Takenori Shagawa / Universidad de Kyushu / Japón / shagawa.takenori.552@s.kyushu-u.ac.jp
La familia Fagaceae incluye muchas especies que presentan maduración bienal, en la que la fertilización y la maduración del fruto se retrasan hasta el año posterior a la floración. A pesar del debate continuo, los mecanismos subyacentes y su significado ecológico siguen siendo poco comprendidos. Para esclarecer la historia evolutiva de la maduración anual y bienal en Fagaceae, reconstruimos los estados ancestrales de los rasgos reproductivos. Primero, determinamos el tipo de fructificación (anual o bienal) de cada especie mediante una revisión bibliográfica y datos de herbarios en línea. Posteriormente, realizamos un análisis filogenético bayesiano utilizando 2.124 loci obtenidos de datos genómicos completos disponibles públicamente, abarcando 88 especies que representan todos los géneros de la familia Fagaceae. La reconstrucción de estados ancestrales con BayesTraits reveló tres hallazgos clave: (1) la maduración bienal probablemente se originó a través de un solo evento evolutivo después de la divergencia de Trigonobalanus; (2) se infirió que los ancestros comunes de Fagus y Castanea tenían maduración anual, mientras que los de Lithocarpus, Castanopsis y Quercus presentaban maduración bienal; (3) tras la aparición de la maduración bienal, ocurrieron al menos seis reversiones independientes a maduración anual en distintas líneas evolutivas. Estos hallazgos sugieren que la base genética de la maduración bienal probablemente es compartida entre Lithocarpus, Castanopsis y Quercus, mientras que las reversiones a la maduración anual podrían haber evolucionado de forma independiente en distintas ramas del árbol evolutivo. Las investigaciones futuras deberían centrarse en identificar la base genética de la fertilización retrasada en especies con maduración bienal.
