Polyploidy is a prominent evolutionary process, particularly in plants. It is known to rapidly trigger a number of morphological, phenological, and ecological shifts, and may give rise to immediate post-zygotic isolation between the newly formed polyploids and their diploid progenitors. Consequently, it is considered to be the single most common mechanism of sympatric speciation. Various studies ...
Abstract (English)
Polyploidy is a prominent evolutionary process, particularly in plants. It is known to rapidly trigger a number of morphological, phenological, and ecological shifts, and may give rise to immediate post-zygotic isolation between the newly formed polyploids and their diploid progenitors. Consequently, it is considered to be the single most common mechanism of sympatric speciation. Various studies have either analyzed the phylogenetic patterns associated with polyploidy, or the mechanisms underlying polyploid speciation. By contrast, the thesis at hand combines these two approaches to provide a comprehensive picture of evolution by polyploidy in four species from the genus Leucanthemum, including one diploid, one tetraploid, and two hexaploid taxa. It particularly aims at the questions whether the investigated taxa are monophyletic, which species have been involved in the formation of the polyploids, and whether the members of the study group are reproductively isolated from each other. Sequencing of two markers from the chloroplast genome demonstrates that the diploid species L. pluriflorum represents the maternal parent of the three polyploid taxa, and further suggests that there were at least three independent genome duplication events. Furthermore, the analysis of ETS sequence variation shows that L. pluriflorum was formed presumably by homoploid hybrid speciation, and that the polyploids arose from this species by whole genome duplication. By contrast, the AFLP analysis reveals considerable genetic differentiation between the diploid and the polyploids, thereby indicating that other species might have played a role in the evolutionary history of the investigated polyploids. Finally, crossing experiments conducted between the four taxa rather showed that inter-ploidy crosses basically were capable of producing viable offspring. However, flow cytometrical analysis of 233 individuals demonstrates that inter-cytotype mating is rare, and consequently it can be assumed that pre-zygotic barriers and reduced fitness of inter-cytotype hybrids play a decisive role in the reproductive isolation of polyploid Leucanthemum species.
Translation of the abstract (German)
Polyploidie ist ein bedeutender Evolutionsprozess, insbesondere im Pflanzenreich. Sie beeinflusst eine Reihe von morphologischen, phänologischen und ökologischen Veränderungen die zur Entstehung neuer Arten innerhalb einer oder weniger Generationen führen können. Weiter wird Polyploidie als der wichtigste Mechanismus sympatrischer Speziation angesehen. Zahlreiche Studien haben sich entweder mit ...
Translation of the abstract (German)
Polyploidie ist ein bedeutender Evolutionsprozess, insbesondere im Pflanzenreich. Sie beeinflusst eine Reihe von morphologischen, phänologischen und ökologischen Veränderungen die zur Entstehung neuer Arten innerhalb einer oder weniger Generationen führen können. Weiter wird Polyploidie als der wichtigste Mechanismus sympatrischer Speziation angesehen. Zahlreiche Studien haben sich entweder mit den phylogenetischen Mustern polyploider Artbildung, oder mit deren Mechanismen beschäftigt haben. Im Gegensatz dazu versucht die vorliegende Arbeit, beide Herangehensweisen zu nutzen um ein möglichst umfassendes Bild von polyploider Evolution zu erhalten. Als Untersuchungsgruppe wurden vier Arten aus der Gattung Leucanthemum gewählt, bestehend aus einer diploiden, einer tetraploiden sowie zwei hexaploiden Arten. Insbesondere sollte herausgefunden werden, wie die polyploiden Spezies einstanden sind, und ob zwischen den unterschiedlichen Ploidiestufen Kreuzungsbarrieren ausgebildet sind. Die Sequenzierung zweier Chloroplastenmarker ergab, dass die in der Untersuchungsgruppe enthaltene diploide Art L. pluriflorum die mütterliche Elternart der Polyploiden darstellt, und dass es im Laufe der Evolution der Gruppe zu mehreren Polyploidisierungsereignissen gekommen sein muss. Des Weiteren zeigte die Sequenzierung des ETS-Markers auf dem Kerngenom, dass diese Diploide wahrscheinlich durch homoploide hybridogene Artbildung entstanden ist. Im Gegensatz zu den Ergebnissen der Sequenzierung einzelner Marker des Chloroplasten- und Kerngenoms legen AFLP-Fingerprintanalysen die Vermutung nahe, dass bei der Entstehung der Polyploiden neben L. pluriflorum noch andere Arten beteiligt waren. Im letzten Teil der vorliegenden Arbeit wurde durch Kreuzungsexperimente untersucht, ob die in der Untersuchungsgruppe auftretenden unterschiedlichen Zytotypen reproduktiv voneinander isoliert sind oder nicht. Die Versuche ergaben, dass prinzipiell alle Ploidiestufen miteinander kreuzbar sind, während bei der zytologischen Untersuchung von 233 Individuen aus den natürlichen Population keine Hybridisierung der Zytotypen nachgewiesen werden konnte. Dies deutet darauf hin, dass neben post-zygotischen Barrieren wohl auch prä-zygotische Mechanismen für die reproduktive Isolation der Arten in der Untersuchungsgruppe eine Rolle spielen.
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