Plastid matK gene sequences for 374 genera representing all angiosperm orders and 12 genera of gymnosperms were analyzed using parsimony (MP) and Bayesian inference (BI) approaches. Traditionally, slowly evolving genomic regions have been preferred for deep-level phylogenetic inference in angiosperms. The matK gene evolves approximately three times faster than the widely used plastid genes rbcL and atpB. The MP and BI trees are highly congruent. The robustness of the strict consensus tree supercedes all individual gene analyses and is comparable only to multigene-based phylogenies. Of the 385 nodes resolved, 79% are supported by high jackknife values, averaging 88%. Amborella is sister to the remaining angiosperms, followed by a grade of Nymphaeaceae and Austrobaileyales. Bayesian inference resolves Amborella + Nymphaeaceae as sister to the rest, but with weak (0.42) posterior probability. The MP analysis shows a trichotomy sister to the Austrobaileyales representing eumagnoliids, monocots + Chloranthales, and Ceratophyllum + eudicots. The matK gene produces the highest internal support yet for basal eudicots and, within core eudicots, resolves a crown group comprising Berberidopsidaceae/Aextoxicaceae, Santalales, and Caryophyllales + asterids. Moreover, matK sequences provide good resolution within many angiosperm orders. Combined analyses of matK and other rapidly evolving DNA regions with available multigene data sets have strong potential to enhance resolution and internal support in deep level angiosperm phylogenetics and provide additional insights into angiosperm evolution.

Although temporal calibration is widely recognized as critical for obtaining accurate divergence-time estimates using molecular dating methods, few studies have evaluated the variation resulting from different calibration strategies. Depending on the information available, researchers have often used primary calibrations from the fossil record or secondary calibrations from previous molecular dating studies. In analyses of flowering plants, primary calibration data can be obtained from macro- and mesofossils (e.g., leaves, flowers, and fruits) or microfossils (e.g., pollen). Fossil data can vary substantially in accuracy and precision, presenting a difficult choice when selecting appropriate calibrations. Here, we test the impact of eight plausible calibration scenarios for Nothofagus (Nothofagaceae, Fagales), a plant genus with a particularly rich and well-studied fossil record. To do so, we reviewed the phylogenetic placement and geochronology of 38 fossil taxa of Nothofagus and other Fagales, and we identified minimum age constraints for up to 18 nodes of the phylogeny of Fagales. Molecular dating analyses were conducted for each scenario using maximum likelihood (RAxML + r8s) and Bayesian (BEAST) approaches on sequence data from six regions of the chloroplast and nuclear genomes. Using either ingroup or outgroup constraints, or both, led to similar age estimates, except near strongly influential calibration nodes. Using "early but risky" fossil constraints in addition to "safe but late" constraints, or using assumptions of vicariance instead of fossil constraints, led to older age estimates. In contrast, using secondary calibration points yielded drastically younger age estimates. This empirical study highlights the critical influence of calibration on molecular dating analyses. Even in a best-case situation, with many thoroughly vetted fossils available, substantial uncertainties can remain in the estimates of divergence times. For example, our estimates for the crown group age of Nothofagus varied from 13 to 113 Ma across our full range of calibration scenarios. We suggest that increased background research should be made at all stages of the calibration process to reduce errors wherever possible, from verifying the geochronological data on the fossils to critical reassessment of their phylogenetic position.

Abstract Recent advances in molecular phylogenetics and a series of important palaeobotanical discoveries have revolutionized our understanding of angiosperm diversification. Yet, the origin and early evolution of their most characteristic feature, the flower, remains poorly understood. In particular, the structure of the ancestral flower of all living angiosperms is still uncertain. Here we report model-based reconstructions for ancestral flowers at the deepest nodes in the phylogeny of angiosperms, using the largest data set of floral traits ever assembled. We reconstruct the ancestral angiosperm flower as bisexual and radially symmetric, with more than two whorls of three separate perianth organs each (undifferentiated tepals), more than two whorls of three separate stamens each, and more than five spirally arranged separate carpels. Although uncertainty remains for some of the characters, our reconstruction allows us to propose a new plausible scenario for the early diversification of flowers, leading to new testable hypotheses for future research on angiosperms.

A bstract Estimating time-dependent rates of speciation and extinction from dated phylogenetic trees of extant species (timetrees), and determining how and why they vary, is key to understanding how ecological and evolutionary processes shape biodiversity. Due to an increasing availability of phylogenetic trees, a growing number of process-based methods relying on the birth-death model have been developed in the last decade to address a variety of questions in macroevolution. However, this methodological progress has regularly been criticised such that one may wonder how reliable the estimations of speciation and extinction rates are. In particular, using lineages-through-time (LTT) plots, a recent study (Louca and Pennell, 2020) has shown that there are an infinite number of equally likely diversification scenarios that can generate any timetree. This has lead to questioning whether or not diversification rates should be estimated at all. Here we summarize, clarify, and highlight technical considerations on recent findings regarding the capacity of models to disentangle diversification histories. Using simulations we demonstrate the characteristics of newly-proposed “pulled rates” and their utility. We recognize that the recent findings are a step forward in understanding the behavior of macroevolutionary modelling, but they in no way suggest we should abandon diversification modelling altogether. On the contrary, the study of macroevolution using phylogenetic trees has never been more exciting and promising than today. We still face important limitations in regard to data availability and methodological shortcomings, but by acknowledging them we can better target our joint efforts as a scientific community.

Abstract Aim The Neotropics have the highest terrestrial biodiversity on earth. Investigating the relationships between the floras of the Neotropics and other tropical areas is critical to understanding the origin and evolution of this mega-diverse region. Tribe Dorstenieae (Moraceae) has a pantropical distribution and almost equal number of species on both sides of the Atlantic. In this study, we investigate the relationship between the African and Neotropical floras using Dorstenieae (15 genera, 156 species, Moraceae) as a model clade. Location the Neotropics and Africa. Methods We used a targeted enrichment strategy with herbarium samples and a nuclear bait set to assemble a data set of 102 genes sampled from 83 (53%) species and fifteen genera (100%) of Dorstenieae, and five outgroup species. Phylogenetic relationships were reconstructed with maximum likelihood and coalescent approaches. This phylogeny was dated with a Bayesian relaxed clock model and four fossil calibrations. The biogeographic history of the group was then reconstructed with several dispersal-extinction-cladogenesis models (incl. DEC and DEC+J). Results The crown-group ages of Dorstenieae and Dorstenia were estimated in the Cretaceous (65.8-79.8 Ma) and the Paleocene (50.8-67.3 Ma), respectively. Tribe Dorstenieae as a whole appears to have originated in the joint area of continental Africa, Madagascar and Asia-Oceania area. The Neotropical species of Dorstenia diversified in the Eocene (29.8-44.7 Ma) and formed a clade nested within the African lineages in the genus. Brosimum s.l., with a crown-group age at the period of the Oligocene and Miocene (14.9-31.1 Ma), represents another Neotropical clade in Dorstenieae. Main conclusions Tribe Dorstenieae originated in the joint area of continental Africa, Madagascar and Asia-Oceania area in the Cretaceous and then dispersed into Neotropics twice. Neotropical diversification after long-distance dispersal across the Atlantic is the most plausible explanation for the extant distribution pattern of Dorstenieae.

ABSTRACT Fossil flowers are essential to infer past angiosperm evolutionary processes. The assignment of fossil flowers to extant clades has traditionally relied on morphological similarity and on apomorphies shared with extant taxa. The use of explicit phylogenetic analyses to establish their affinity has so far remained limited. In this study, we built a comprehensive framework to investigate the phylogenetic placement of 24 exceptionally preserved fossil flowers. For this, we assembled a new species-level dataset of 30 floral traits for 1201 extant species that were sampled to represent the stem and crown nodes of all angiosperm families. We explored multiple analytical approaches to integrate the fossils into the phylogeny, including different phylogenetic estimation methods, topological-constrained analyses, and a total evidence approach combining molecular and morphological data of extant and fossil species. Our results were widely consistent across approaches, with minor differences in the support of fossils at different phylogenetic positions. The placement of some fossils is in agreement with previously suggested relationships, but for others, a new placement is indicated. We also identified fossils that are well constrained within particular extant families, whereas others showed high phylogenetic uncertainty. Finally, we present recommendations for future total evidence analyses, regarding the selection of fossils and appropriate methodologies, and provide some perspectives on how to integrate fossils into the investigation of divergence times and the temporal evolution of morphological traits.

ABSTRACT Telopea speciosissima, the New South Wales waratah, is an Australian endemic woody shrub in the family Proteaceae. Waratahs have great potential as a model clade to better understand processes of speciation, introgression and adaptation, and are significant from a horticultural perspective. Here, we report the first chromosome-level genome for T. speciosissima . Combining Oxford Nanopore long-reads, 10x Genomics Chromium linked-reads and Hi-C data, the assembly spans 823 Mb (scaffold N50 of 69.0 Mb) with 97.8 % of Embryophyta BUSCOs complete. We present a new method in Diploidocus ( https://github.com/slimsuite/diploidocus ) for classifying, curating and QC-filtering scaffolds, which combines read depths, k-mer frequencies and BUSCO predictions. We also present a new tool, DepthSizer ( https://github.com/slimsuite/depthsizer ), for genome size estimation from the read depth of single copy orthologues and estimate the genome size to be approximately 900 Mb. The largest 11 scaffolds contained 94.1 % of the assembly, conforming to the expected number of chromosomes (2 n = 22). Genome annotation predicted 40,158 protein-coding genes, 351 rRNAs and 728 tRNAs. We investigated CYCLOIDEA ( CYC ) genes, which have a role in determination of floral symmetry, and confirm the presence of two copies in the genome. Read depth analysis of 180 ‘Duplicated’ BUSCO genes suggest almost all are real duplications, increasing confidence in protein family analysis using annotated protein-coding genes, and highlighting a possible need to revise the BUSCO set for this lineage. The chromosome-level T. speciosissima reference genome (Tspe_v1) provides an important new genomic resource of Proteaceae to support the conservation of flora in Australia and further afield.

Abstract Variation in species richness across the tree of life, accompanied by the incredible variety of ecological and morphological characteristics found in nature, has inspired many studies to link traits with species diversification. Angiosperms are a highly diverse group that has fundamentally shaped life on earth since the Cretaceous, and illustrate how species diversification affects ecosystem functioning. Numerous traits and processes have been linked to differences in species richness within this group, but we know little about how these interact and their relative importance. Here, we synthesized data from 152 studies that used state-dependent speciation and extinction (SSE) models on angiosperm clades. Intrinsic traits related to reproduction and morphology were often linked to diversification but a set of universal drivers did not emerge as traits did not have consistent effects across clades. Importantly, dataset properties were correlated to SSE model results - trees that were larger, older, or less well-sampled tended to yield trait-dependent outcomes. We compared these properties to recommendations for SSE model use and provide a set of best practices to follow when designing studies and reporting results. Finally, we argue that SSE model inferences should be considered in a larger context incorporating species’ ecology, demography and genetics.

Abstract Determining the link between genomic and phenotypic evolution is a fundamental goal in evolutionary biology. Insights into this link can be gained by using a phylogenetic approach to test for correlations between rates of molecular and morphological evolution. However, there has been persistent uncertainty about the relationship between these rates, partly because conflicting results have been obtained using various methods that have not been examined in detail. We carried out a simulation study to evaluate the performance of five statistical methods for detecting correlated rates of evolution. Our simulations explored the evolution of molecular sequences and morphological characters under a range of conditions. Of the methods tested, Bayesian relaxed-clock estimation of branch rates was able to detect correlated rates of evolution correctly in the largest number of cases. This was followed by correlations of root-to-tip distances, Bayesian model selection, independent sister-pairs contrasts, and likelihood-based model selection. As expected, the power to detect correlated rates increased with the amount of data, both in terms of tree size and number of morphological characters. Likewise, the performance of all five methods improved when there was greater rate variation among lineages. We then applied these methods to a data set from flowering plants and did not find evidence of a correlation in evolutionary rates between genomic data and morphological characters. The results of our study have practical implications for phylogenetic analyses of combined molecular and morphological data sets, and highlight the conditions under which the links between genomic and phenotypic rates of evolution can be evaluated quantitatively.

Traits with intuitive names, a clear scope and explicit description are essential for all trait databases. The lack of unified, comprehensive, and machine-readable plant trait definitions limits the utility of trait databases, including reanalysis of data from a single database, or analyses that integrate data across multiple databases. Both can only occur if researchers are confident the trait concepts are consistent within and across sources. Here we describe the AusTraits Plant Dictionary (APD), a new data source of terms that extends the trait definitions included in a recent trait database, AusTraits. The development process of the APD included three steps: review and formalisation of the scope of each trait and the accompanying trait description; addition of trait metadata; and publication in both human and machine-readable forms. Trait definitions include keywords, references, and links to related trait concepts in other databases, enabling integration of AusTraits with other sources. The APD will both improve the usability of AusTraits and foster the integration of trait data across global and regional plant trait databases.