| License: Publishing license for publications including print on demand (5MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-169708
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.16970
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 20 May 2011 |
| Referee: | Prof. Dr. Christoph Oberprieler and Prof. Dr. Günther Rudolf Heubl |
| Date of exam: | 3 November 2009 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Group Plant Systematics and Evolution (Prof. Dr. Christoph Oberprieler) |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Leptinella, Asteraceae, Anthemideae, southern hemisphere, New Zealand, sequencing, AFLP, molecular phylogeny, polyploidy, sex expression |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 580 Botanical sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 16970 |
Abstract (English)
The genus Leptinella Cass. (Compositae, Anthemideae) is widely distributed in the southern hemisphere (Australia, Chatham Islands, New Guinea, New Zealand, South America, sub-Antarctic Islands). Leptinella comprises 42 taxa and consists of small perennial and predominantly procumbent herbs. The genus is characterised by a remarkable variety in sex expression: there are populations with ...
Abstract (English)
The genus Leptinella Cass. (Compositae, Anthemideae) is widely distributed in the southern hemisphere (Australia, Chatham Islands, New Guinea, New Zealand, South America, sub-Antarctic Islands). Leptinella comprises 42 taxa and consists of small perennial and predominantly procumbent herbs. The genus is characterised by a remarkable variety in sex expression: there are populations with monoecious, paradioecious, and dioecious plants. Additionally, Leptinella forms an impressive polyploid complex with chromosome numbers ranging from tetraploid to a chromosome set of 2n = 24x.
In the present thesis, different molecular methods are used to reconstruct the phylogenies of the genus Leptinella and related genera. The obtained molecular phylogenies are then used to a) investigate the intergeneric and infrageneric relationships of Leptinella, b) elucidate the origin, the biogeography and the divergence time of the genus, and c) reconstruct the evolution of polyploidy and sex expression in Leptinella.
Chapter 2 deals with the intergeneric relationships of Leptinella. One region from the nuclear (ITS) and the chloroplast genome (ndhF) were chosen for amplification and sequencing to reconstruct the molecular phylogeny of the southern hemisphere members of the tribe Anthemideae. The analyses show that the subtribes sensu Bremer and Humphries (1993) are polyphyletic. As a consequence of the non-monophyletic nature of these subtribes, an alternative generic grouping of the southern hemisphere Anthemideae is discussed (Osmitopsis, Cotula-group, Athanasia-grade, Pentzia-clade). The study shows that the genus Leptinella is a member of the basal Cotula-group which also contains seven southern African genera, the South American genus Soliva, and the widespread southern hemisphere genus Cotula.
Chapter 3 and 4 deal with the infrageneric phylogeny of the genus Leptinella. For this purpose two different methods were used: DNA sequencing and AFLP fingerprinting. Both methods are suitable for the determination of taxon groups within Leptinella, but failed to resolve the relationships of single taxa. The extensive hybridization and polyploidization in combination with low genetic variation due the young age of Leptinella may be the main points to explain the observed patterns.
In chapter 3, three different markers from the nuclear (ITS) and from the chloroplast genome (psbA-trnH, trnC-petN) were sequenced for Leptinella and other members of the Cotula-group. The analyses show that Leptinella is not monophyletic and the genus is nested within Cotula. However, Leptinella and Cotula alpina form a moderate support monophyletic clade in the combined dataset. In the cpDNA and nrDNA dataset this group is not monophyletic. The division of Leptinella into three subgenera according to Lloyd (1972c) is only partly supported by the molecular data. The genus Leptinella is split in two well supported groups: The filicula-group contains taxa from New Guinea and one taxon from Australia. The remaining taxa of Leptinella from New Zealand, South America, the Chatham Islands, the sub-Antarctic islands, and three further taxa from Australia belong to the Leptinella main clade. The latter group is divided into six further groups (dioica-, longipes-, minor-, plumosa-, pectinata-, pyrethrifolia-group). Within these groups most taxa are not monophyletic.
The study shows that Leptinella has radiated in the Miocene to Pleistocene. The estimated divergence time for Leptinella is much younger as the supposed break-up of the Gondwana continent. Therefore, the current distribution of Leptinella could be explained only by long distance dispersal events.
In chapter 4, AFLP fingerprinting was used to study the phylogeny of the Leptinella main group. The AFLP analysis resulted in three main groups (taxon group A-C) and several subgroups. These groups are partly congruent with the results of the sequencing analysis presented in chapter 3. The results indicate different evolutionary histories of group A and C. Taxon group C is characterised by extensive hybridization and polyploidization, whereas both processes are less frequent in taxon group A. Furthermore, new ploidy level estimations for Leptinella are provided this chapter.
Chapter 5 focuses on the evolution of dimorphic sex expression and polyploidy in Leptinella. For this purpose, sex expression and ploidy levels are mapped on the phylogenetic tree of chapter 3. The study shows that monoecy is the ancestral sex expression in Leptinella and dimorphic sex expression (dioecy, paradioecy) has evolved independently at least four times from monoecy.
Additionally, a weak correlation was found between dimorphic sex expression and polyploidy. However, neither of two diametrical hypotheses about the correlation of dioecy and polyploidy by Westergaard (1958; break down of dimorphic sex expression through polyploidization) and Miller and Venable (2000; polyploidy as a trigger of the evolution of dioecy) was able to explain the observed patterns in Leptinella.
Translation of the abstract (German)
Die südhemisphärische Gattung Leptinella Cass. (Compositae, Anthemideae) umfasst 42 Taxa und ist in Australien, Neuguinea, Neuseeland, Südamerika, auf den Chatham Islands und den subantarktische Inseln verbreitet. Leptinella besteht aus kleinen mehrjährigen und meist niederliegenden Kräutern. Die Gattung zeigt eine erstaunliche Vielfalt in den Geschlechterverhältnissen: es gibt Populationen mit ...
Translation of the abstract (German)
Die südhemisphärische Gattung Leptinella Cass. (Compositae, Anthemideae) umfasst 42 Taxa und ist in Australien, Neuguinea, Neuseeland, Südamerika, auf den Chatham Islands und den subantarktische Inseln verbreitet. Leptinella besteht aus kleinen mehrjährigen und meist niederliegenden Kräutern. Die Gattung zeigt eine erstaunliche Vielfalt in den Geschlechterverhältnissen: es gibt Populationen mit monözischen, paradiözischen und diözischen Pflanzen. Außerdem bildet Leptinella einen umfangreichen Polyploid-Komplex (4x - 24x).
In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene molekulare Methoden verwendet um Phylogenien der Gattung Leptinella und verwandeter Gruppen zu rekonstruieren. Basierend auf diesen molekularen Phylogenien sollen a) die Verwandtschaftsverhältnisse einerseits innerhalb der Gattung Leptinella und anderseits zwischen den Gattungen der südhemisphärischen Anthemideae rekonstruiert werden, b) die Abstammungsgeschichte, die Biogeographie und die divergence time der Gattung Leptinella untersucht werden und c) die Evolution von Polyploidie und Geschlechterverhältnissen in Leptinella rekonstruiert werden.
Kapitel 2 beschäftigt sich mit der molekularen Phylogenie der südhemisphärischen Anthemideae. Es wurde jeweils ein Marker aus dem Kern- (ITS) und dem Chloroplast-Genome (ndhf) für alle südhemisphärischen Gattungen sequenziert. Die Analysen zeigen, dass die Subtriben sensu Bremer und Humphries (1993) nicht monophyletisch sind. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb eine alternative Gliederung diskutiert (Osmitopsis, Cotula-group, Anthanasia-grade, Pentzia-group). Die Gattung Leptinella gehört zur basalen Cotula-group. Diese Gruppe besteht aus sieben südafrikanischen Gattungen, der südamerikanischen Gattung Soliva und der in der Südhemisphäre weitverbreiteten Gattung Cotula.
Kapitel 3 und 4 beschäftigen sich mit der Phylogenie von Leptinella. Hierfür wurden zwei verschiedene molekulare Methoden angewandt: DNA-Sequenzierung und AFLP-Fingerprinting. Beide Methoden sind geeignet zur Identifizierung von Artengruppen innerhalb der Gattung Leptinella, es ist jedoch mit Hilfe beider Methoden nicht gelungen, die Beziehung der einzelnen Arten untereinander aufzuklären. Die wahrscheinlichen Gründe sind die extensive Hybridisierung und Polyploidisierung sowie die geringe genetische Variation zwischen den Arten.
In Kapitel 3 werden die Ergebnisse der Sequenzierung von drei verschiedenen Markern (ITS, psbA-trnH, trnC-petN) für Leptinella und andere Gattungen der Cotula-group dargestellt. Die Analysen zeigen, das Leptinella nicht monophyletisch ist. Jedoch ist Leptinella + Cotula alpina monophyletisch im kombinierten Datensatz, aber nicht in den einzelnen Datensätzen. Die Untergliederung von Leptinella in drei Untergattungen (Lloyd 1972c) wird durch die molekularen Daten nur teilweise bestätigt. Die Gattung Leptinella ist in zwei gut gestützte Gruppen geteilt: Die basale filicula-group beinhaltet Arten aus Neuguinea und eine australische Art. Die restlichen Arten aus Australien, Neuseeland, Südamerika, den Chatham Islands und den subantarktischen Inseln gehören zur Leptinella main group. Die zuletzt genannte Gruppe kann noch in sechs weitere Untergruppen gliedert werden (dioica-, longipes-, minor-, plumosa-, pectinata, und pyrethrifolia-group). Die verschieden Leptinella-Gruppen entstanden im Miozän, Pliozän und Pleistozän. Dieser Zeitraum ist deutlich jünger als die Aufspaltung des Gondwana-Kontinents; deshalb kann das Verbreitungsmuster von Leptinella nur durch verschiedene long distance dispersal Ereignisse erklärt werden.
In Kapitel 4 werden die Ergebnisse der AFLP-Analyse der Leptinella main group dargestellt. Mit Hilfe der AFLP-Analyse wurde eine Untergliederung dieser Gruppe in drei Hauptgruppen (Taxon-Gruppen A, B, C) und verschieden Untergruppen gefunden. Die Ergebnisse der AFLP-Analyse sind allerdings nur teilweise kongruent zu den Resultaten der Sequenzierung in Kapitel 3. Taxon-Gruppe C ist durch intensive Hybridisierung und Polyploidizierung gekennzeichnet, diese beiden Prozesse sind weniger häufig in Gruppe A. Desweiteren beinhaltet Kapitel 4 zahlreiche neue Ploidiestufen Bestimmungen mittels flow cytometry.
Die Evolution der Geschlechterverhältnisse und von Polyploidie in Leptinella werden in Kapitel 5 behandelt. Zu diesem Zweck wurden Geschlechterverhältnisse und Chromosomennummern auf den phylogenetischen Stammbaum geplottet. Die Studie zeigt, dass Monözie der ursprüngliche Zustand in Leptinella ist, und dass sich Diözie und Paradiözie mindestens viermal unabhängig von Monözie entwickelt haben.
Es wurde eine schwache Korrelation zwischen diözischen Geschlechterverhältnis und Polyploidie gefunden. Allerdings kann keine der beiden gegensätzlichen Hypothesen zu Diözie und Polyploidie von Westergaard (1958; Zusammenbruch von Diözie durch Polyploidisierung) beziehungsweise von Miller und Venable (2000; Polyploidie fördert Entstehung von Diözie) das beobachtete Muster in Leptinella erklären.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 08:15
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