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Konowalik, Kamil

Reconstructing reticulate relationships in the polyploid complex of Leucanthemum Mill. (Compositae, Anthemideae)

Konowalik, Kamil (2015) Reconstructing reticulate relationships in the polyploid complex of Leucanthemum Mill. (Compositae, Anthemideae). Dissertation, Universität Regensburg.

Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 23 Okt 2015 14:24
Hochschulschrift der Universität Regensburg
DOI zum Zitieren dieses Dokuments: 10.5283/epub.30913


Zusammenfassung (Englisch)

The genus Leucanthemum consists of ca. 56 taxa occurring mainly in Southern and Central Europe. While there are 19 diploid taxa (2n = 2x = 18) the rest of the genus is formed by an unbroken polyploid chain ranging from tetraploid (2n = 4x = 36) to dokosaploid (2n = 22x = 198). Because of richness in polyploids this genus provides an ideal study system to examine various aspects of polyploidy. ...

The genus Leucanthemum consists of ca. 56 taxa occurring mainly in Southern and Central Europe. While there are 19 diploid taxa (2n = 2x = 18) the rest of the genus is formed by an unbroken polyploid chain ranging from tetraploid (2n = 4x = 36) to dokosaploid (2n = 22x = 198). Because of richness in polyploids this genus provides an ideal study system to examine various aspects of polyploidy. This thesis is the starting point to unravel phylogenetic relationships within the whole genus. In this study sampling of all recognized taxa in the genus Leucanthemum is provided with the main aim to reconstruct phylogenetic relationships. The thesis is divided into three chapters with focus on: 1) phylogeny of diploids and homoploid hybrid speciation incidence, 2) phylogeny of all taxa including polyploids, 3) phylogeny and evolutionary processes within L. glaucophyllum group and closely related species. Phylogenies are reconstructed with usage of low-copy nuclear genes sequenced by 454 sequencing accompanied by chloroplast markers. Species tree is constructed in the first Chapter together with species network and hybrid index for all diploid taxa. It reveals that Leucanthemum is monophyletic and that fifteen out of nineteen diploid taxa experienced homoploid hybrid speciation or severe gene flow among species. As a consequence the particular branches in the phylogeny gain rather low support but with robust division of diploids into two groups present in all analyses. In the second Chapter the phylogeny of all taxa is reconstructed as species network which recovers high level of reticulation among them with main finding that taxa from the same geographic area show affinity irrespective of their ploidy level. The third Chapter focuses in more detail on a smaller group of high polyploids related to a decaploid L. glaucophyllum. With reconstruction of species network, nested clade analysis on chloroplast network, and AFLP clustering it brings insights into relationships in this group. It also sheds light on the phylogeography of L. pallens and suggest that gene flow among the same and different ploidy levels is likely occurring. Furthermore new octoploid race is found in Esterell Massif and its relation to other taxa is discussed. The results pinpoint hybridization as one of the major processes in the evolution of the genus Leucanthemum. It influences speciation on the diploid level, enables formation of polyploids and contributes to the reticulate evolution among them in general, and specifically in taxa related to L. glaucophyllum.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Die Gattung Leucanthemum umfasst ca. 56 Sippen und ist vor allem in Süd- und Zentzraleuropa verbreitet. Neben 19 diploiden Arten (2n = 2x = 18) kommen in der Gattung polyploide Arten vor, die eine ununterbrochene Reihe zwischen dem tetraploiden (2n = 4x = 36) und dokosaploiden Niveau (2n = 22x = 198) bilden. Daher bildet die Gattung ein ideales Modellsystem, um Polyploidie und Polyploidkomplexe ...

Die Gattung Leucanthemum umfasst ca. 56 Sippen und ist vor allem in Süd- und Zentzraleuropa verbreitet. Neben 19 diploiden Arten (2n = 2x = 18) kommen in der Gattung polyploide Arten vor, die eine ununterbrochene Reihe zwischen dem tetraploiden (2n = 4x = 36) und dokosaploiden Niveau (2n = 22x = 198) bilden. Daher bildet die Gattung ein ideales Modellsystem, um Polyploidie und Polyploidkomplexe zu studieren. Die vorliegende Arbeit bildet dabei den Startpunkt für die Rekonstruktion der phylogenetischen Beziehungen innerhalb der Gattung.
Die vorliegende Arbeit gliedert sich in drei Abschnitte: (1) Rekonstruktion der phylogenetischen Beziehungen zwischen den diploiden Vertretern der Gattung; (2) Rekonstruktion der phylogenetischen Beziehungen zwischen diploiden und polyploiden Vertretern der Gattung; (3) phylogenetische Beziehungen innerhalb der L. glaucophyllum-Gruppe.
Die phylogenetischen Beziehungen innerhalb der Gattung fußen auf Sequenzinformation von Kern- und Chloroplasten-Abschnitten, die über 454-Sequenzierung oder traditionelle Sanger-Sequenzierung ermittelt wurden. Basierend auf Gen-Stammbäumen werden im ersten Kapitel die phylogenetischen Beziehungen zwischen den untersuchten diploiden Leucanthemum-Sippen mittels Art-Stammbaum-Rekonstruktionsmethoden, Art-Netzwerk-rekonstruktionen und durch die Berechnung von Hybrid-Indices ermittelt. Es zeigte sich, dass die Gattung Leucanthemum eine monophyletische Gattung darstellt und dass 15 der untersuchten 19 diploiden Sippen entweder einen hybridogenen Ursprung haben oder zumindest durch intensiven Genfluss zwischen den Sippen gekennzeichnet sind. Dies resultiert in sehr schwachen Unterstützungswerten in der phylogenetischen Rekonstruktion; unzweifelhaft zeigt sich jedoch eine Zweiteilung der Gattung.
Im zweiten Kapitel der vorliegenden Arbeit wird versucht, mittels Konstruktion von Art-Netzwerken die phylogenetischen Beziehungen zwischen den diploiden und polyploiden Arten der Gattung zu ermitteln. Es finden sich hochgradig retikulate Beziehungen zwischen den Sippen, aber auch geographische Gruppen, die über verschiedene Ploidiestufen nahe Verwandtschaft aufweisen.
Das dritte Kapitel widmet sich dem Studium der phylogenetisch-phylogeographischen Beziehungen in der hochgradig polyploiden Sippengruppe um die dekaploide Art L. glaucophyllum unter Benutzung von Art-Netzwerk-Rekonstruktionen, einer Nested-Clade-Analyse basierend auf Chloroplasten-Sequenzdaten und AFLP-Fingerprintings. Zudem zeigen phylogeographische Analysen der hexaploiden Art L. pallens, dass Genfluus sowohl auf einem Ploidieniveau als auch über verschiedenen Ploidiestufen hinweg vorkommen. Darüberhinaus wird eine neu gefundene oktoploide Population aus dem südfranzösischen Esterell-Massiv beschrieben und ihre Beziehungen zu anderen Leucanthemum-Arten diskutiert.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen auf eindrucksvolle Weise die Wichtigkeit retikularer Prozesse in der Evolution der Gattung Leucanthemum. Hybridisierung beeinflusste damit die Entwicklungsgeschickte der diploiden Artenund ermöglichte die Bildung von (allo)polyploiden Sippen in der Gattung.


Beteiligte Einrichtungen


Details

DokumentenartHochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Datum23 Oktober 2015
Begutachter (Erstgutachter)Prof. Dr. Christoph Oberprieler
Tag der Prüfung23 Oktober 2014
InstitutionenBiologie und Vorklinische Medizin > Institut für Pflanzenwissenschaften > Arbeitsgruppe Evolution und Systematik der Pflanzen (Prof. Dr. Christoph Oberprieler)
Stichwörter / KeywordsLeucanthemum, phylogeny, species tree, network reconstruction, polyploidy, hybridization, species network, AFLP, next generation sequencing
Dewey-Dezimal-Klassifikation500 Naturwissenschaften und Mathematik > 580 Pflanzen (Botanik)
StatusVeröffentlicht
BegutachtetJa, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstandenJa
URN der UB Regensburgurn:nbn:de:bvb:355-epub-309135
Dokumenten-ID30913

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