Summary ⍰ Orchids constitute one of the most spectacular radiations of flowering plants. However, their geographical origin, historical spread across the globe, and hotspots of speciation remain uncertain due to the lack of a broad phylogenomic framework. ⍰ We present a new Orchidaceae phylogeny based on high-throughput and Sanger sequencing datasets, covering all five subfamilies, 17/22 tribes, 40/49 subtribes, 285/736 genera, and ∼7% (1,921) of the currently 29,524 accepted species. We then use it to infer geographic range evolution, diversity, and speciation patterns by adding curated geographical distribution data through the World Checklist of Vascular Plants. ⍰ Orchid’s most recent common ancestor is traced back to the Late Cretaceous in Laurasia. The modern Southeast Asian range of subfamily Apostasioideae is interpreted as relictual, matching the history of numerous clades that went extinct at higher latitudes following the global climate cooled during the Oligocene. Despite their ancient origins, modern orchid species’ diversity mainly originated over the last 5 Ma, with the fastest speciation rates found in south-eastern Central America. ⍰ Our results substantially alter our understanding of the geographic origin of orchids, previously proposed as Australian, and further pinpoint the role of Central American as a region of recent and explosive speciation.

Abstract Premise of the study Hybrids contain divergent alleles that can confound phylogenetic analyses but can provide insights into reticulated evolution when identified and phased. We developed a workflow to detect hybrids in target capture datasets and phase reads into parental lineages using a similarity and phylogenetic framework. Methods We used Angiosperms353 target capture data for Nepenthes including known hybrids to test the novel workflow. Reference mapping was used to assess heterozygous sites across the dataset, detect hybrid accessions and paralogous genes. Hybrid samples were phased by mapping reads to multiple references and sorting reads according to similarity. Phased accessions were included in the phylogenetic framework. Results All known Nepenthes hybrids and nine more samples had high levels of heterozygous sites, reads associated with multiple divergent clades, and were phased into accessions resembling divergent haplotypes. Phylogenetic analysis including phased accessions increased clade support and confirmed parental lineages of hybrids. Discussion HybPhaser provides a novel approach to detect and phase hybrids in target capture datasets, which can provide insights into reticulations by revealing origins of hybrids and reduce conflicting signal leading to more robust phylogenetic analyses.

Abstract The hyper diverse orchid genus Bulbophyllum is the second largest genus of flowering plants and exhibits a pantropical distribution with a center of diversity in tropical Asia. The only Bulbophyllum section with a center of diversity in Australasia is sect. Adelopetalum . However, phylogenetic placement, interspecific relationships, and spatio-temporal evolution of the section have remained largely unclear. To infer broad-level relationships within Bulbophyllum and interspecific relationships within sect. Adelopetalum , a genome skimming dataset was generated for 89 samples, yielding 70 plastid coding regions and the nuclear ribosomal DNA cistron. For 18 additional samples, Sanger data from two plastid loci ( mat K, ycf 1) and nuclear ITS were added using a supermatrix approach. The study provided new insights into broad-level relationships in Bulbophyllum , including phylogenetic evidence for the non-monophyly of sections Beccariana, Brachyantha, Brachypus, Cirrhopetaloides, Cirrhopetalum, Desmosanthes, Minutissima, Oxysepala, Polymeres and Sestochilos . Section Adelopetalum and sect. Minutissima s . s . formed a highly supported clade that was resolved in sister group position to the remainder of the genus. Divergence time estimations based on a relaxed molecular clock model placed the origin of Bulbophyllum in the early Oligocene (ca. 33.2 Ma) and of sect. Adelopetalum in the late Oligocene (ca. 23.6 Ma). Ancestral range estimations based on a BAYAREALIKE model identified the Australian continent as ancestral area of sect. Adelopetalum . The section underwent crown diversification during the mid-Miocene to the late Pleistocene, predominantly in continental Australia. At least two independent long-distance dispersal events were inferred eastwards from the Australian continent to New Zealand, and New Caledonia from the early Pliocene onwards, likely mediated by the predominantly westerly winds of the southern hemisphere. Retraction and fragmentation of eastern Australian rainforests from the early Miocene onwards are discussed as likely drivers of lineage divergence within sect. Adelopetalum , facilitating allopatric speciation.

Abstract The orchid genus Dipodium R.Br. (Epidendroideae) comprises leafy autotrophic and leafless mycoheterotrophic species, the latter confined to sect. Dipodium . This study examined plastome degeneration in Dipodium in a phylogenomic and temporal context. Whole plastomes were reconstructed and annotated for 24 Dipodium samples representing 14 species and two putatively new species, encompassing over 80% of species diversity in sect. Dipodium . Phylogenomic analysis based on 68 plastid loci including a broad outgroup sampling across Orchidaceae found sect. Leopardanthus as sister lineage to sect. Dipodium. Dipodium ensifolium , the only leafy autotrophic species in sect. Dipodium was found sister to all leafless, mycoheterotrophic species, supporting a single evolutionary origin of mycoheterotrophy in the genus. Divergence time estimations found that Dipodium arose ca. 33.3 Ma near the lower boundary of the Oligocene and crown diversification commenced in the late Miocene, ca. 11.3 Ma. Mycoheterotrophy in the genus was estimated to have evolved in the late Miocene, ca. 7.3 Ma, in sect. Dipodium . The comparative assessment of plastome structure and gene degradation in Dipodium revealed that plastid ndh genes were pseudogenised or physically lost in all Dipodium species, including in leafy autotrophic species of both Dipodium sections. Levels of plastid ndh gene degradation were found to vary among species as well as within species, providing evidence of relaxed selection for retention of the NADH dehydrogenase complex within the genus. Dipodium exhibits an early stage of plastid genome degradation as all species were found to have retained a full set of functional photosynthesis-related genes and housekeeping genes. This study provides important insights into plastid genome degradation along the transition from autotrophy to mycoheterotrophy in a phylogenomic and temporal context.

Abstract Australia harbours a rich and highly endemic orchid flora with over 90% of native species found nowhere else. However, little is known about the assembly and evolution of Australia’s orchid flora. Here, we used a phylogenomic approach to infer evolutionary relationships, divergence times, and range evolution in Pterostylidinae (Orchidoideae), the second largest subtribe in the Australian orchid flora, comprising the genera Pterostylis and Achlydosa . Phylogenetic analysis of 75 plastid genes provided well-resolved and supported phylogenies. Intrageneric relationships in Pterostylis were clarified and monophyly of eight of ten sections supported. Achlydosa was found to not form part of Pterostylidinae and instead merits recognition at subtribal level, as Achlydosinae. Pterostylidinae were inferred to have originated in temperate eastern Australia in the early Oligocene, coinciding with the complete separation of Australia from Antarctica and the onset of the Antarctic Circumpolar Current, which led to profound changes in the world’s climate. Divergence of all major lineages occurred during the Miocene, accompanied by increased aridification and seasonality of the Australian continent, resulting in strong vegetational changes from rainforest to more open sclerophyllous vegetation. The majority of extant species were inferred to have originated in the Quaternary, from the Pleistocene onwards. The rapid climatic oscillations during the Pleistocene may have acted as important driver of speciation in Pterostylidinae. The subtribe underwent lineage diversification mainly within its ancestral range, in temperate eastern Australia. Long-distance dispersals to southwest Australia commenced from the late Miocene onwards, after the establishment of the Nullarbor Plain, which constitutes a strong edaphic barrier to mesic plants. Range expansions from the mesic into the arid zone of eastern Australia (Eremaean region) commenced from the early Pleistocene onwards. Extant distributions of Pterostylidinae in other Australasian regions, such as New Zealand and New Caledonia, are of more recent origin, resulting from long-distance dispersals from the Pliocene onwards. Temperate eastern Australia was identified as key source area for dispersals to other Australasian regions.

ABSTRACT Premise of the study Evolutionary relationships in the species-rich Orchidaceae have historically relied on organellar DNA sequences and limited taxon sampling. Previous studies provided a robust plastid-maternal phylogenetic framework, from which multiple hypotheses on the drivers of orchid diversification have been derived. However, the extent to which the maternal evolutionary history of orchids is congruent with that of the nuclear genome has remained uninvestigated. Methods We inferred phylogenetic relationships from 294 low-copy nuclear genes sequenced/obtained using the Angiosperms353 universal probe set from 75 species representing 69 genera, 16 tribes and 24 subtribes. To test for topological incongruence between nuclear and plastid genomes, we constructed a tree from 78 plastid genes, representing 117 genera, 18 tribes and 28 subtribes and compared them using a co-phylogenetic approach. The phylogenetic informativeness and support of the Angiosperms353 loci were compared with those of the 78 plastid genes. Key Results Phylogenetic inferences of nuclear datasets produced highly congruent and robustly supported orchid relationships. Comparisons of nuclear gene trees and plastid gene trees using the latest co-phylogenetic tools revealed strongly supported phylogenetic incongruence in both shallow and deep time. Phylogenetic informativeness analyses showed that the Angiosperms353 genes were in general more informative than most plastid genes. Conclusions Our study provides the first robust nuclear phylogenomic framework for Orchidaceae plus an assessment of intragenomic nuclear discordance, plastid-nuclear tree incongruence, and phylogenetic informativeness across the family. Our results also demonstrate what has long been known but rarely documented: nuclear and plastid phylogenetic trees are not fully congruent and therefore should not be considered interchangeable.

This study assessed genomic diversity in an Australian species complex in the helmet orchids to clarify taxonomic delimitation and conservation status of the threatened species Corybas dowlingii, a narrow endemic from southeast Australia. Taxonomic delimitation between the three closely related species C. aconitiflorus, C. barbarae, and C. dowlingii has been mainly based on floral traits which exhibit varying degrees of overlap, rendering species delimitation in the complex difficult. Genomic data for the species complex was generated using double-digest restriction-site associated DNA (ddRAD) sequencing. Maximum likelihood, NeighborNet, and Bayesian structure analyses showed genetic differentiation within the species complex and retrieved genomic signatures consistent with hybridisation and introgression between C. aconitiflorus and C. barbarae, and an intermediate genetic position of C. dowlingii indicating a hybrid origin of the species. The genetic structure analysis showed varying levels of genetic admixture for several C. aconitiflorus, C. barbarae, and C. dowlingii samples, thus further corroborating the presence of hybridisation and introgression within the species complex. The taxonomic status of C. dowlingii D.L.Jones was revised to C. × dowlingii D.L.Jones stat. nov. to reflect its hybrid origin. The conservation status of C. × dowlingii was assessed based on key ecological and ethical aspects, and recommendations made regarding its conservation status in Australian conservation legislation.