Colección de material vegetal

Comprendió la recolección de semillas y plantas vivas, para realizar los conteos cromosómicos durante los años 2011-2013. Fueron preparados ejemplares de herbario de respaldo siguiendo los métodos propuestos por ^{Sánchez-González y González (2007)}. El juego principal de la colección fue depositado en el herbario IBUG y fueron distribuidos duplicados a los herbarios CIIDIR, IEB y MEXU (acrónimos ^{Thiers 2016}; Cuadro 1).

Conteos cromosómicos

Fueron colocados 10 aquenios por especie sobre papeles húmedos en cajas petri a 37 ºC, durante 3-5 días. En promedio, las semillas germinaron después de una semana. Por separado, dos plantas vivas por especie fueron mantenidas en cultivo en condiciones de invernadero, con temperatura y humedad controladas y con un riego de hormonas promotoras del enraizamiento. En ambos casos, 10 puntas de raíz por especie fueron recolectadas a las 5:00, 12:00 y 17:00 horas y fijadas en 5 ml de 8-hidroxiquinoleina a 2mM, durante siete horas y a temperatura ambiente. Después, las muestras fueron fijadas en 5 ml de alcohol acético, hidrolizadas con enzimas peptídicas a 37 ºC durante 1.5 horas y suspendidas en 5 ml de ácido clorhídrico. En seguida, las puntas de raíz fueron teñidas con acetorceina y se prepararon placas mediante aplastamiento y calor. Por último fueron observadas, en promedio, 50 células en profase para cada especie y se obtuvieron fotomicrografías de los campos de mejor resolución (^{Castañeda-Nava, 2012}).

Trabajo de gabinete

La información cromosómica de las especies de Cosmos secc. Discopoda obtenida en el presente trabajo fue complementada con los conteos compendiados por ^{Castro-Castro et al. (2014)} y citados en el Cuadro 1, así como a partir de la consulta de las bases de datos de ^{Watanabe (2013)} y Tropicos (^{Tropicos, 2015}).

Análisis citogeográfico

Para el análisis de la distribución geográfica de niveles de ploidía en Cosmos secc. Discopoda, se utilizó la base de datos geográficos con 810 registros generada por ^{Vargas-Amado et al. (2013)} y se asignó un nivel de ploidía a cada especie. Para utilizar la información, la base de datos fue convertida a un formato compatible con un SIG mediante el programa de cómputo ArcView 3.3 (^{ESRI, 1992-2002}). En ArcView 3.3 se verificó la proyección de los puntos mediante su superposición con los mapas de límites administrativos de los países del continente americano y las provincias fisiográficas de México (INEGI, 2001). Por último, se realizó una reconstrucción del nivel de ploidía ancestral utilizando el resultado del análisis filogenético de Cosmos generado por ^{Castro-Castro (2015)}. La reconstrucción del estado ancestral y los cálculos de los valores de máxima verosimilitud (VML) se llevaron a cabo en el programa Mesquite v.2.75 (^{Maddison y Maddison, 2011}), empleando el modelo Mk1 (Markov k-state one-parameter) el cual asume tasas de cambio similares entre cualquiera de los estados del carácter analizados.

Citogeografía

Cosmos secc. Discopoda es citológicamente complejo y es evidente que distintos eventos de poliploidía han facilitado su diversificación. Como muestra, 42% de los taxa son poliploides. De las 20 especies de las que se conoce su número cromosómico, 12 son diploides (2n=2x), seis taxa son exclusivamente poliploides (2n=4x, 6x, 8x) y cuatro son diploides y poliploides (Cuadro 1). Además, es posible hipotetizar sobre dos eventos independientes de aneuploidía en poblaciones de C. pringlei B.L. Rob & Fernald y C. juxtlahuacensis Panero & Villaseñor. En el primero, su condición normal es 2n=8x=96, pero existen poblaciones que pueden corresponder a poblaciones poliploides aneuploides, donde 2n=8x=92 (2n=8x-4=92). En cambio, en C. juxtlahuacensis, pueden considerarse poblaciones diploides aneuploides con 2n=2x=26 (2n=2x=24+2).

Numerosos autores han señalado que la aneuploidía juega un papel importante en la evolución y progresión cromosómica de las plantas. Tal proceso ha sido propuesto ser efectivo en la especiación del género Mikania Willd. (^{Ruas y Aguiar-Perecin, 1997}). También, ^{Frederico et al. (1996)} y ^{Peirson et al. (2013)} demostraron que la aneuploidía, poliploidía y los rearreglos estructurales a nivel cromosómico han sido determinantes para la evolución de las especies sudamericanas y norteamericanas de los géneros Stevia Cav. y Solidago L., respectivamente. Así mismo, ^{Malallah et al. (2001)} encontraron en diferentes poblaciones de Picris babylonica Hand.-Mazz. una amplia serie cromosómica aneuplide que fue relacionada con una variación en el desarrollo de capítulos homocárpicos o heterocárpicos. La aneuploidía en Cosmos es un área de oportunidad en la investigación y su examen a fondo podría revelar procesos evolutivos importantes en el género.

Las especies de la sección también son diversas en su morfología. Los límites específicos no son claros y en ocasiones existe una variación clinal. Esta observación también existe cuando se analiza la distribución geográfica y los niveles de ploidía. Un ejemplo es el complejo de especies integrado por Cosmos palmeri B.L. Rob. y C. pringlei (^{Castro-Castro et al., 2013}). Cosmos pringlei se desarrolla con mayor frecuencia en el norte de la Sierra Madre Occidental; ahí las poblaciones analizadas por ^{Melchert (2010)} son octoploides (Cuadro 1; Fig. 1). Por su parte, C. palmeri mantiene una distribución más amplia, comparte espacios con C. pringlei, se extiende hacia el sur del mismo sistema de montañas y sus poblaciones son tetraploides (Cuadro 1; Fig. 1).

La poliploidía es un proceso evolutivo importante que produce variación genética y facilita la colonización de nuevos y diferentes hábitats (^{Soltis et al., 2009}; ^{Wood et al., 2009}). Como consecuencia, se espera que los poliploides tengan una distribución geográfica más amplia en comparación con sus congéneres diploides (^{Grant, 1989}). En Cosmos sección Discopoda, las observaciones en este sentido son contrastantes. En la sección, 10 especies diploides tienen una distribución geográfica restringida (C. deficiens (Sherff) Melchert, C. juxtlahuacensis, C. mcvaughii Sherff, C. modestus Sherff, C. nitidus, C. ramirezianus, C. schaffneri Sherff, C. sessilis Sherff, C. sherffii Melchert y C. stellatus Sherff). Cosmos peucedanifolius, aunque también es diploide, tiene una amplia distribución que se extiende a través de Los Andes en Argentina, Bolivia y Perú. Cosmos diversifolius Otto ex Knowles & Westc. y C. scabiosoides Kunth tienen poblaciones diploides y tetraploides con una distribución geográfica amplia en México y Guatemala (^{Vargas-Amado et al., 2013}; Cuadro 1). Ambos taxones ocupan rangos elevacionales amplios sobre hábitats diversos.

Por el contrario, Cosmos purpureus (DC.) Benth. & Hook.f. ex Hemsl. tiene un rango geográfico reducido aunque sus poblaciones pueden ser diploides y tetraploides. Cosmos atrosanguineus (Hook.f.) Voss, C. montanus Sherff, C. nelsonii B.L. Rob. & Fernald y C. pseudoperfoliatus son tetraploides y microendémicos con rangos elevacionales estrechos y con requerimientos de hábitat particulares. Cosmos jaliscensis Sherff agrupa poblaciones tetraploides y hexaploides. Sin embargo, es una especie endémica del oeste de Jalisco. Otro caso interesante es C. concolor Sherff, un hexaploide endémico del sur de la Sierra Madre Occidental. Por último, se tiene C. pringlei, un octoploide restringido a la Sierra Madre Occidental (^{Vargas-Amado et al., 2013}; Cuadro 1). En conclusión, en Cosmos secc. Discopoda no existe relación entre los niveles de ploidía y sus rangos de distribución geográfica. El estudio de la evolución cromosómica en esta sección requiere de más conteos y su asociación a una hipótesis filogenética. También es necesario analizar el proceso de hibridación.

La variación cromosómica en Cosmos secc. Discopoda implica distintos procesos. En ésta sección se distinguen dos grupos de especies morfológicamente similares y poliploides. El primer grupo está representado por los tetraploides Cosmos atrosanguineus, C. montanus y C. palmeri (2n=4x=48). En este mismo complejo, en C. jaliscensis hay poblaciones tetraploides y hexaploides (2n=4x=48; 2n=6x=72). De forma análoga, C. purpureus y C. scabiosoides tienen poblaciones diploides y tetraploides (2n=2x=24; 2n=4x=48). Así mismo, en C. pringlei la poliploidía y la aneuploidía explican su variación cromosómica. En esta especie se han registrado dos tipos de poblaciones octoploides. En la primera 2n=8x=96 pero la segunda requiere una modificación a la serie poliploide pues 2n=8x-4=92, fenómeno denominado como reducción de la poliploidía (^{Grant, 1989}; Cuadro 1). En morfología, este primer grupo es diferente a un segundo complejo de especies, en su mayoría diploides y formado por C. deficiens, C. mcvaughii, C. modestus, C. nitidus, C. peucedanifolius, C. ramirezianus, C. schaffnerii, C. sessilis, C. sherffii y C. stellatus (2n=2x=24; Cuadro 1). En este grupo, una excepción es C. diversifolius que tiene poblaciones diploides y tetraploides.

Lo antes discutido se puede evaluar en un contexto filogenético. El origen común de las especies con igual nivel de ploidía constituye una hipótesis. Por el contrario, la poliploidía puede ser el resultado de eventos independientes. Los resultados de la reconstrucción del nivel de ploidía ancestral en Cosmos secc. Discopoda muestran que n=12 (VML=0.87) y los taxa poliploides no se agrupan en un solo clado (Fig. 3). En consecuencia, el análisis sugiere un origen independiente de los taxa poliploides. Esta hipótesis se apoya con los hallazgos de Reberning et al. (2010), ^{Artyukova et al. (2011)} y ^{Peirson et al. (2013)} para las series poliploides no monofiléticas de los géneros Melampodium L., Oxytropis DC. y Solidago L., respectivamente. Las series de duplicación cromosómica han ocurrido en cinco eventos distintos, que representan clados diferentes en la filogenia de Cosmos secc. Discopoda. Por otro lado, en esta sección existe una variación clinal en los niveles de ploidía a lo largo de su amplitud geográfica. Los valores aumentan de sur a norte y es notable la concentración de poliploides a lo largo de la Sierra Madre Occidental (Fig. 2).

Figura 2 Distribución geográfica de niveles de ploidía para las especies de Cosmos Cav. sección Discopoda (DC.) Sherff. 

Figura 3 Reconstrucción del nivel de ploidía ancestral en Cosmos Cav. (Asteraceae, Coreopsideae). Los colores contenidos en los círculos de cada nodo representan proporciones de los valores de verosimilitud para cada nivel de ploidía (modificado de ^{Castro-Castro, 2015}). 

Por último, en Cosmos existe una correlación entre hábitos de crecimiento y números cromosómicos. Las especies perennes tienen niveles de ploidía más elevados que las anuales (Cuadro 1; Fig. 3). Por ejemplo, 78% de las especies sufrútices de Cosmos sección Mesinenia son poliploides. Aún más, cuando se comparan las herbáceas perennes y las anuales, la tendencia a la poliploidía es mayor en las perennes (Cuadro 1; Fig. 3). Este hecho concuerda con lo observado en los géneros Helianthus L., Zea L. y Sorghum Moench (^{Müntzing, 1936}) y en 220 géneros de eudicotiledóneas (^{Stebbins, 1938}).