Abstract Summary: Phylogenetic comparative methods are essential for addressing evolutionary hypotheses with interspecific data. The scale and scope of such data have increased dramatically in the past few years. Many existing approaches are either computationally infeasible or inappropriate for data of this size. To address both of these problems, we present geiger v2.0 , a complete overhaul of the popular R package geiger . We have reimplemented existing methods with more efficient algorithms and have developed several new approaches for accomodating heterogeneous models and data types. Availability and implementation: This R package is available on the CRAN repository http://cran.r-project.org/web/packages/geiger/ . All source code is also available on github http://github.com/mwpennell/geiger-v2 . geiger v2.0 depends on the ape package. Contact: mwpennell@gmail.com Supplementary information: Supplementary data are available at Bioinformatics online

Premise of the Study Large phylogenies can help shed light on macroevolutionary patterns that inform our understanding of fundamental processes that shape the tree of life. These phylogenies also serve as tools that facilitate other systematic, evolutionary, and ecological analyses. Here we combine genetic data from public repositories (GenBank) with phylogenetic data (Open Tree of Life project) to construct a dated phylogeny for seed plants. Methods We conducted a hierarchical clustering analysis of publicly available molecular data for major clades within the Spermatophyta. We constructed phylogenies of major clades, estimated divergence times, and incorporated data from the Open Tree of Life project, resulting in a seed plant phylogeny. We estimated diversification rates, excluding those taxa without molecular data. We also summarized topological uncertainty and data overlap for each major clade. Key Results The trees constructed for Spermatophyta consisted of 79,881 and 353,185 terminal taxa; the latter included the Open Tree of Life taxa for which we could not include molecular data from GenBank. The diversification analyses demonstrated nested patterns of rate shifts throughout the phylogeny. Data overlap and inference uncertainty show significant variation throughout and demonstrate the continued need for data collection across seed plants. Conclusions This study demonstrates a means for combining available resources to construct a dated phylogeny for plants. However, this approach is an early step and more developments are needed to add data, better incorporating underlying uncertainty, and improve resolution. The methods discussed here can also be applied to other major clades in the tree of life.

Summary Understanding the dynamics of speciation, extinction and phenotypic evolution is a central challenge in evolutionary biology. Here, we present BAMM tools, an r package for the analysis and visualization of macroevolutionary dynamics on phylogenetic trees. BAMM tools is a companion package to BAMM , an open‐source program for reversible‐jump MCMC analyses of diversification and trait evolution. Functions in BAMM tools operate directly on output from the BAMM program. The package is oriented towards reconstructing and visualizing changes in evolutionary rates through time and across clades in a Bayesian statistical framework. BAMM tools enables users to extract credible sets of diversification shifts and to identify diversification histories with the maximum a posteriori probability. Users can compare the fit of alternative diversification models using Bayes factors and by directly comparing model posterior probabilities. By providing a robust framework for quantifying uncertainty in macroevolutionary dynamics, BAMM tools will facilitate inference on the complex mixture of processes that have shaped the distribution of species and phenotypes across the tree of life.

The use of transcriptomic and genomic datasets for phylogenetic reconstruction has become increasingly common as researchers attempt to resolve recalcitrant nodes with increasing amounts of data. The large size and complexity of these datasets introduce significant phylogenetic noise and conflict into subsequent analyses. The sources of conflict may include hybridization, incomplete lineage sorting, or horizontal gene transfer, and may vary across the phylogeny. For phylogenetic analysis, this noise and conflict has been accommodated in one of several ways: by binning gene regions into subsets to isolate consistent phylogenetic signal; by using gene-tree methods for reconstruction, where conflict is presumed to be explained by incomplete lineage sorting (ILS); or through concatenation, where noise is presumed to be the dominant source of conflict. The results provided herein emphasize that analysis of individual homologous gene regions can greatly improve our understanding of the underlying conflict within these datasets. Here we examined two published transcriptomic datasets, the angiosperm group Caryophyllales and the aculeate Hymenoptera, for the presence of conflict, concordance, and gene duplications in individual homologs across the phylogeny. We found significant conflict throughout the phylogeny in both datasets and in particular along the backbone. While some nodes in each phylogeny showed patterns of conflict similar to what might be expected with ILS alone, the backbone nodes also exhibited low levels of phylogenetic signal. In addition, certain nodes, especially in the Caryophyllales, had highly elevated levels of strongly supported conflict that cannot be explained by ILS alone. This study demonstrates that phylogenetic signal is highly variable in phylogenomic data sampled across related species and poses challenges when conducting species tree analyses on large genomic and transcriptomic datasets. Further insight into the conflict and processes underlying these complex datasets is necessary to improve and develop adequate models for sequence analysis and downstream applications. To aid this effort, we developed the open source software phyparts ( https://bitbucket.org/blackrim/phyparts ), which calculates unique, conflicting, and concordant bipartitions, maps gene duplications, and outputs summary statistics such as internode certainy (ICA) scores and node-specific counts of gene duplications.

Summary While phylogenies have been getting easier to build, it has been difficult to reuse, combine and synthesize the information they provide because published trees are often only available as image files, and taxonomic information is not standardized across studies. The Open Tree of Life ( OTL ) project addresses these issues by providing a digital tree that encompasses all organisms, built by combining taxonomic information and published phylogenies. The project also provides tools and services to query and download parts of this synthetic tree, as well as the source data used to build it. Here, we present rotl , an R package to search and download data from the Open Tree of Life directly in R. rotl uses common data structures allowing researchers to take advantage of the rich set of tools and methods that are available in R to manipulate, analyse and visualize phylogenies. Here, and in the vignettes accompanying the package, we demonstrate how rotl can be used with other R packages to analyse biodiversity data. As phylogenies are being used in a growing number of applications, rotl facilitates access to phylogenetic data and allows their integration with statistical methods and data sources available in R.

Summary Our growing understanding of the plant tree of life provides a novel opportunity to uncover the major drivers of angiosperm diversity. Using a time‐calibrated phylogeny, we characterized hot and cold spots of lineage diversification across the angiosperm tree of life by modeling evolutionary diversification using stepwise AIC (MEDUSA). We also tested the whole‐genome duplication ( WGD ) radiation lag‐time model, which postulates that increases in diversification tend to lag behind established WGD events. Diversification rates have been incredibly heterogeneous throughout the evolutionary history of angiosperms and reveal a pattern of ‘nested radiations’ – increases in net diversification nested within other radiations. This pattern in turn generates a negative relationship between clade age and diversity across both families and orders. We suggest that stochastically changing diversification rates across the phylogeny explain these patterns. Finally, we demonstrate significant statistical support for the WGD radiation lag‐time model. Across angiosperms, nested shifts in diversification led to an overall increasing rate of net diversification and declining relative extinction rates through time. These diversification shifts are only rarely perfectly associated with WGD events, but commonly follow them after a lag period.

Abstract Summary The ease with which phylogenomic data can be generated has drastically escalated the computational burden for even routine phylogenetic investigations. To address this, we present phyx: a collection of programs written in C ++ to explore, manipulate, analyze and simulate phylogenetic objects (alignments, trees and MCMC logs). Modelled after Unix/GNU/Linux command line tools, individual programs perform a single task and operate on standard I/O streams that can be piped to quickly and easily form complex analytical pipelines. Because of the stream-centric paradigm, memory requirements are minimized (often only a single tree or sequence in memory at any instance), and hence phyx is capable of efficiently processing very large datasets. Availability and Implementation phyx runs on POSIX-compliant operating systems. Source code, installation instructions, documentation and example files are freely available under the GNU General Public License at https://github.com/FePhyFoFum/phyx Supplementary information Supplementary data are available at Bioinformatics online.

Abstract Recently, approaches that estimate species divergence times using fossil taxa and models of morphological evolution have exploded in popularity. These methods incorporate diverse biological and geological information to inform posterior reconstructions, and have been applied to several high-profile clades to positive effect. However, there are important examples where morphological data are misleading, resulting in unrealistic age estimates. While several studies have demonstrated that these approaches can be robust and internally consistent, the causes and limitations of these patterns remain unclear. In this study, we dissect signal in Bayesian dating analyses of three mammalian clades. For two of the three examples, we find that morphological characters provide little information regarding divergence times as compared to geological range information, with posterior estimates largely recapitulating those recovered under the prior. However, in the cetacean dataset, we find that morphological data do appreciably inform posterior divergence time estimates. We supplement these empirical analyses with a set of simulations designed to explore the efficiency and limitations of binary and 3-state character data in reconstructing node ages. Our results demonstrate areas of both strength and weakness for morphological clock analyses, and help to outline conditions under which they perform best and, conversely, when they should be eschewed in favour of purely geological approaches.

ABSTRACT Recent studies have demonstrated that conflict is common among gene trees in phylogenomic studies, and that less than one percent of genes may ultimately drive species tree inference in supermatrix analyses. Here, we examined two datasets where supermatrix and coalescent-based species trees conflict. We identified two highly influential “outlier” genes in each dataset. When removed from each dataset, the inferred supermatrix trees matched the topologies obtained from coalescent analyses. We also demonstrate that, while the outlier genes in the vertebrate dataset have been shown in a previous study to be the result of errors in orthology detection, the outlier genes from a plant dataset did not exhibit any obvious systematic error and therefore may be the result of some biological process yet to be determined. While topological comparisons among a small set of alternate topologies can be helpful in discovering outlier genes, they can be limited in several ways, such as assuming all genes share the same topology. Coalescent species tree methods relax this assumption but do not explicitly facilitate the examination of specific edges. Coalescent methods often also assume that conflict is the result of incomplete lineage sorting (ILS). Here we explored a framework that allows for quickly examining alternative edges and support for large phylogenomic datasets that does not assume a single topology for all genes. For both datasets, these analyses provided detailed results confirming the support for coalescent-based topologies. This framework suggests that we can improve our understanding of the underlying signal in phylogenomic datasets by asking more targeted edge-based questions.

[Premise of the Study] Phylogenetic support has been difficult to evaluate within the plant tree of life partly due to the difficulty of distinguishing coflicted versus poorly informed branches. As datasets continue to expand in both breadth and depth, new support measures are needed that are more efficient and informative. [Methods] We describe the Quartet Sampling (QS) method, a quartet-based evaluation system that synthesizes several phylogenetic and genomic analytical approaches. QS characterizes discordance in large-sparse and genome-wide datasets, overcoming issues of alignment sparsity and distinguishing strong conflict from weak support. We test QS with simulations and recent plant phylogenies inferred from variously sized datasets. [Key Results] QS scores demonstrate convergence with increasing replicates and are not strongly affected by branch depth. Patterns of QS support from different phylogenies leads to a coherent understanding of ancestral branches defining key disagreements, including the relationships of Ginkgo to cycads, magnoliids to monocots and eudicots, and mosses to liverworts. The relationships of ANA grade angiosperms, major monocot groups, bryophytes, and fern families are likely highly discordant in their evolutionary histories, rather than poorly informed. QS can also detect discordance due to introgression in phylogenomic data. [Conclusions] The QS method represents an efficient and effective synthesis of phylogenetic tests that offer more comprehensive and specific information on branch support than conventional measures. The QS method corroborates growing evidence that phylogenomic investigations that incorporate discordance testing are warranted to reconstruct the complex evolutionary histories surrounding in particular ANA grade angiosperms, monocots, and non-vascular plants.