DNA barcoding involves sequencing a standard region of DNA as a tool for species identification. However, there has been no agreement on which region(s) should be used for barcoding land plants. To provide a community recommendation on a standard plant barcode, we have compared the performance of 7 leading candidate plastid DNA regions (atpF-atpH spacer, matK gene, rbcL gene, rpoB gene, rpoC1 gene, psbK-psbI spacer, and trnH-psbA spacer). Based on assessments of recoverability, sequence quality, and levels of species discrimination, we recommend the 2-locus combination of rbcL+matK as the plant barcode. This core 2-locus barcode will provide a universal framework for the routine use of DNA sequence data to identify specimens and contribute toward the discovery of overlooked species of land plants.

Growing evidence of morphological diversity in angiosperm flowers, seeds and pollen from the mid Cretaceous and the presence of derived lineages from increasingly older geological deposits both imply that the timing of early angiosperm cladogenesis is older than fossil–based estimates have indicated. An alternative to fossils for calibrating the phylogeny comes from divergence in DNA sequence data. Here, angiosperm divergence times are estimated using non–parametric rate smoothing and a three–gene dataset covering ca. 75– of all angiosperm families recognized in recent classifications. The results provide an initial hypothesis of angiosperm diversification times. Using an internal calibration point, an independent evaluation of angiosperm and eudicot origins is performed. The origin of the crown group of extant angiosperms is indicated to be Early to Middle Jurassic (179–158 Myr), and the origin of eudicots is resolved as Late Jurassic to mid Cretaceous (147–131 Myr). Both estimates, despite a conservative calibration point, are older than current fossil–based estimates.

A phylogenetic analysis of a combined data set for 560 angiosperms and seven outgroups based on three genes, 18S rDNA (1855 bp), rbcL (1428 bp), and atpB (1450 bp) representing a total of 4733 bp is presented. Parsimony analysis was expedited by use of a new computer program, the RATCHET. Parsimony jackknifing was performed to assess the support of clades. The combination of three data sets for numerous species has resulted in the most highly resolved and strongly supported topology yet obtained for angiosperms. In contrast to previous analyses based on single genes, much of the spine of the tree and most of the larger clades receive jackknife support ≥50%. Some of the noneudicots form a grade followed by a strongly supported eudicot clade. The early-branching angiosperms are Amborellaceae, Nymphaeaceae, and a clade of Austrobaileyaceae, Illiciaceae, and SchiÍsandraceae. The remaining noneudicots, except Ceratophyllaceae, form a weakly supported core eumagnoliid clade comprising six well-supported subclades: Chloranthaceae, monocots, Winteraceae/Canellaceae, Piperales, Laurales, and Magnoliales. Ceratophyllaceae are sister to the eudicots. Within the well-supported eudicot clade, the early-diverging eudicots (e.g. Proteales, Ranunculales, Trochodendraceae, Sabiaceae) form a grade, followed by the core eudicots, the monophyly of which is also strongly supported. The core eudicots comprise six well-supported subclades: (1) Berberidopsidaceae/Aextoxicaceae; (2) Myrothamnaceae/Gunneraceae; (3) Saxifragales, which are the sister to Vitaceae (including Leea) plus a strongly supported eurosid clade; (4) Santalales; (5) Caryophyllales, to which Dilleniaceae are sister; and (6) an asterid clade. The relationships among these six subclades of core eudicots do not receive strong support. This large data set has also helped place a number of enigmatic angiosperm families, including Podostemaceae, Aphloiaceae, and Ixerbaceae. This analysis further illustrates the tractability of large data sets and supports a recent, phylogenetically based, ordinal-level reclassification of the angiosperms based largely, but not exclusively, on molecular (DNA sequence) data.

One of the biggest challenges for conservation biology is to provide conservation planners with ways to prioritize effort. Much attention has been focused on biodiversity hotspots. However, the conservation of evolutionary process is now also acknowledged as a priority in the face of global change. Phylogenetic diversity (PD) is a biodiversity index that measures the length of evolutionary pathways that connect a given set of taxa. PD therefore identifies sets of taxa that maximize the accumulation of 'feature diversity'. Recent studies, however, concluded that taxon richness is a good surrogate for PD. Here we show taxon richness to be decoupled from PD, using a biome-wide phylogenetic analysis of the flora of an undisputed biodiversity hotspot--the Cape of South Africa. We demonstrate that this decoupling has real-world importance for conservation planning. Finally, using a database of medicinal and economic plant use, we demonstrate that PD protection is the best strategy for preserving feature diversity in the Cape. We should be able to use PD to identify those key regions that maximize future options, both for the continuing evolution of life on Earth and for the benefit of society.

A phylogenetic analysis of a combined data set for 560 angiosperms and seven outgroups based on three genes, 18S rDNA (1855 bp), rbcL (1428 bp), and atpB (1450 bp) representing a total of 4733 bp is presented. Parsimony analysis was expedited by use of a new computer program, the RATCHET. Parsimony jackknifing was performed to assess the support of clades. The combination of three data sets for numerous species has resulted in the most highly resolved and strongly supported topology yet obtained for angiosperms. In contrast to previous analyses based on single genes, much of the spine of the tree and most of the larger clades receive jackknife support ≥50%. Some of the noneudicots form a grade followed by a strongly supported eudicot clade. The early-branching angiosperms are Amborellaceae, Nymphaeaceae, and a clade of Austrobaileyaceae, Illiciaceae, and SchiÍsandraceae. The remaining noneudicots, except Ceratophyllaceae, form a weakly supported core eumagnoliid clade comprising six well-supported subclades: Chloranthaceae, monocots, Winteraceae/Canellaceae, Piperales, Laurales, and Magnoliales. Ceratophyllaceae are sister to the eudicots. Within the well-supported eudicot clade, the early-diverging eudicots (e.g. Proteales, Ranunculales, Trochodendraceae, Sabiaceae) form a grade, followed by the core eudicots, the monophyly of which is also strongly supported. The core eudicots comprise six well-supported subclades: (1) Berberidopsidaceae/Aextoxicaceae; (2) Myrothamnaceae/Gunneraceae; (3) Saxifragales, which are the sister to Vitaceae (including Leea) plus a strongly supported eurosid clade; (4) Santalales; (5) Caryophyllales, to which Dilleniaceae are sister; and (6) an asterid clade. The relationships among these six subclades of core eudicots do not receive strong support. This large data set has also helped place a number of enigmatic angiosperm families, including Podostemaceae, Aphloiaceae, and Ixerbaceae. This analysis further illustrates the tractability of large data sets and supports a recent, phylogenetically based, ordinal-level reclassification of the angiosperms based largely, but not exclusively, on molecular (DNA sequence) data.

DNA barcoding is a technique in which species identification is performed by using DNA sequences from a small fragment of the genome, with the aim of contributing to a wide range of ecological and conservation studies in which traditional taxonomic identification is not practical. DNA barcoding is well established in animals, but there is not yet any universally accepted barcode for plants. Here, we undertook intensive field collections in two biodiversity hotspots (Mesoamerica and southern Africa). Using >1,600 samples, we compared eight potential barcodes. Going beyond previous plant studies, we assessed to what extent a "DNA barcoding gap" is present between intra- and interspecific variations, using multiple accessions per species. Given its adequate rate of variation, easy amplification, and alignment, we identified a portion of the plastid matK gene as a universal DNA barcode for flowering plants. Critically, we further demonstrate the applicability of DNA barcoding for biodiversity inventories. In addition, analyzing >1,000 species of Mesoamerican orchids, DNA barcoding with matK alone reveals cryptic species and proves useful in identifying species listed in Convention on International Trade of Endangered Species (CITES) appendixes.

Angiosperms are among the major terrestrial radiations of life and a model group for studying patterns and processes of diversification. As a tool for future comparative studies, we compiled a supertree of angiosperm families from published phylogenetic studies. Sequence data from the plastid rbcL gene were used to estimate relative timing of branching events, calibrated by using robust fossil dates. The frequency of shifts in diversification rate is largely constant among time windows but with an apparent increase in diversification rates within the more recent time frames. Analyses of species numbers among families revealed that diversification rate is a labile attribute of lineages at all levels of the tree. An examination of the top 10 major shifts in diversification rates indicates they cannot easily be attributed to the action of a few key innovations but instead are consistent with a more complex process of diversification, reflecting the interactive effects of biological traits and the environment.

Following (1) the large-scale molecular phylogeny of seed plants based on plastid rbcL gene sequences (published in 1993 by Chase et al., Ann. Missouri Bot. Gard. 80:528–580) and (2) the 18S nuclear phylogeny of flowering plants (published in 1997 by Soltis et al., Ann. Missouri Bot. Gard. 84:1–49), we present a phylogenetic analysis of flowering plants based on a second plastid gene, atpB, analyzed separately and in combination with rbcL sequences for 357 taxa. Despite some discrepancies, the atpB-based phylogenetic trees were highly congruent with those derived from the analysis of rbcL and 18S rDNA, and the combination of atpB and rbcL DNA sequences (comprising ∼3000 base pairs) produced increased bootstrap support for many major sets of taxa. The angiosperms are divided into two major groups: noneudicots with inaperturate or uniaperturate pollen (monocots plus Laurales, Magnoliales, Piperales, Ceratophyllales, and Amborellaceae–Nymphaeaceae–Illiciaceae) and the eudicots with triaperturate pollen (particularly asterids and rosids). Based on rbcL alone and atpB/rbcL combined, the noneudicots (excluding Ceratophyllum) are monophyletic, whereas in the atpB trees they form a grade. Ceratophyllum is sister to the rest of angiosperms with rbcL alone and in the combined atpB/rbcL analysis, whereas with atpB alone, Amborellaceae, Nymphaeaceae, and Illiciaceae/Schisandraceae form a grade at the base of the angiosperms. The phylogenetic information at each codon position and the different types of substitutions (observed transitions and transversions in the trees vs. pairwise comparisons) were examined; taking into account their respective consistency and retention indices, we demonstrate that third-codon positions and transitions are the most useful characters in these phylogenetic reconstructions. This study further demonstrates that phylogenetic analysis of large matrices is feasible.

To study the inter- and infrafamilial phylogenetic relationships in the order Caryophyllales sensu lato (s.l.), ∼930 base pairs of the matK plastid gene have been sequenced and analyzed for 127 taxa. In addition, these sequences have been combined with the rbcL plastid gene for 53 taxa and with the rbcL and atpB plastid genes as well as the nuclear 18S rDNA for 26 taxa to provide increased support for deeper branches. The red pigments of Corbichonia, Lophiocarpus, and Sarcobatus have been tested and shown to belong to the betacyanin class of compounds. Most taxa of the order are clearly grouped into two main clades (i.e., "core" and "noncore" Caryophyllales) which are, in turn, divided into well-defined subunits. Phytolaccaceae and Molluginaceae are polyphyletic, and Portulacaceae are paraphyletic, whereas Agdestidaceae, Barbeuiaceae, Petiveriaceae, and Sarcobataceae should be given familial recognition. Two additional lineages are potentially appropriate to be elevated to the family level in the future: the genera Lophiocarpus and Corbichonia form a well-supported clade on the basis of molecular and chemical evidence, and Limeum appears to be separated from other Molluginaceae based on both molecular and ultrastructural data.