| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (59MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-318911
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.31891
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 2 März 2016 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Christoph Oberprieler |
| Tag der Prüfung: | 27 Februar 2015 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Pflanzenwissenschaften > Arbeitsgruppe Evolution und Systematik der Pflanzen (Prof. Dr. Christoph Oberprieler) |
| Stichwörter / Keywords: | polyploidy, phylogeny, species network |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 580 Pflanzen (Botanik) |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 31891 |
Zusammenfassung (Englisch)
Polyploidy is a common feature in plants with 35% of angiosperms being polyploid species. Polyploidization has been proposed as one of the most important speciation mechanism in plants, with 15% of all speciation events in flowering plants and 31% in ferns entailing an increase in the number of complete chromosome sets. The frequency of polyploid species formation under natural conditions is ...
Zusammenfassung (Englisch)
Polyploidy is a common feature in plants with 35% of angiosperms being polyploid species. Polyploidization has been proposed as one of the most important speciation mechanism in plants, with 15% of all speciation events in flowering plants and 31% in ferns entailing an increase in the number of complete chromosome sets. The frequency of polyploid species formation under natural conditions is often found to be enhanced by environmental changes, such as the large-scale re-structuring of species’ ranges during Pleistocene glaciation cycles. Because of the prominence of polyploidy in flowering plants, understanding how new polyploid species are formed and become established is fundamental to our appreciation of plant biodiversity.
In the present thesis we aim to investigate the processes producing diversification (and consequently speciation) in the subtribe Leucanthemopsidinae (Compositae, Anthemideae). We approach diversification in the Leucanthemopsidinae at three different hierarchical levels: i) at the genus level, providing a comprehensive phylogeny for the subtribe; ii) at the species level, with particular attention to the origin of polyploids in the genus Leucanthemopsis; iii) at the infraspecific level, investigating the role of polyploidy and past glacial history on the ongoing diversification processes in the species L. alpina.
The subtribe Leucanthemopsidinae constitutes a suitable study group, including four genera (three of which monospecific), one representing a polyploidy complex of mountain/alpine species. Using coalescent-based species tree reconstruction methods, we proved the monophyly of the Leucanthemopsidinae, as well as the monophyly of the genera included in it. The rare Iberian endemic species Castrilanthemum debeauxii occupies an early-diverging position in the subtribe and diverged from the lineage giving rise to the other genera already in the Early Miocene (13.2–20.8 Ma). The phylogenetic distinctiveness and geographical rarity impart evolutionary importance to this enigmatic species, although a possible recent change in live-form from perennial to annual makes its classification as a “living fossil” problematic.
Polyploidy seems to be the primary evolutionary force for evolution and species formation in the genus Leucanthemopsis. Using a novel approach for reconstructing phylogenetic networks in polyploidy complexes, jointly taking into account both incomplete lineage sorting (ILS) and hybridization (allopolyploidy), we reconstruct the reticulate evolution of the genus. For the scope, we used sequence information from four single/low copy nuclear genes and two chloroplast regions (psbA-trnH and trnC-petN). Allelic variation was inferred for the nuclear genes through Roche 454 next generation pyrosequencing. Results from the phylogenetic reconstruction indicate that both auto- and allopolyploidy were involved in the formation of the different polyploid taxa of the genus and that two independent (allo)polyploidization events need to be assumed for the formation of the Iberian tetraploid taxa. It is hypothesized that species range expansions during the past glacial cycles established contact zones between oro-Mediterranean and meso-Mediterranean diploid Leucanthemopsis species, allowing for hybridization and formation of the allopolyploid taxa.
In contrast to these findings on the generic level, the role of polyploidy as an evolutionary process driving diversification in the alpine plant L. alpina is found to be of minor importance. Phylogeographical studies based on chloroplast sequence variation (psbA-trnH and trnC-petN) and AFLP fingerprinting indicate that polyploid lineages originated multiple times and do not show morphological or genetic distinctiveness compared to the diploids. The morphological variability observed nowadays in the species follows rather a west-east geographic pattern in the Alps. Finding a good correspondence of genetic groups within the species with well-known areas housing refugia in the Alps and in the Pyrenees during the past glaciation cycles, Pleistocene glacial history played most likely a stronger role in shaping the genetic variation than polyploidization.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Polyploidie ist ein häufig anzutreffendes Merkmal von Pflanzen und man findet bei 35% der Angiospermen Polyploiden vor. Polyploidisierung wird als eine der wichtigsten Artbildungsmechanismen von Pflanzen erachtet. Bei den Bedecktsamer macht Polyploidisierung 15%, bei Farnen 31% der Artenbildungssereignisse aus, was eine Erhöhung der Anzahl der Chromosomensätze nach sich zieht. Die Häufigkeit der ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Polyploidie ist ein häufig anzutreffendes Merkmal von Pflanzen und man findet bei 35% der Angiospermen Polyploiden vor. Polyploidisierung wird als eine der wichtigsten Artbildungsmechanismen von Pflanzen erachtet. Bei den Bedecktsamer macht Polyploidisierung 15%, bei Farnen 31% der Artenbildungssereignisse aus, was eine Erhöhung der Anzahl der Chromosomensätze nach sich zieht. Die Häufigkeit der Entstehung polyploider Arten wird unter natürlichen Bedingungen oft durch Umweltveränderungen, wie z.B. Der Restruktion der Arten während der Pleistozän Eiszeiten beeinflusst. Wegen der wichtigen Rolle die Polyploidie bei Angiospermen spielt, ist es hinsichtlich Pflanzen Biodiversität von fundamentaler Bedeutung zu verstehen wie neue polyploide Arten entstehen und sich behaupten.
Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, die Prozesse, die Diversifikation (und daher Artenbildung) hervorruft, hinsichtlich des Subtribus Leucanthemopsidinae (Compositae, Anthemideae) zu untersuchen. Wir untersuchen die Diversifikation der Leucanthemopsidinae auf drei verschiedenen hierarchischen Ebenen: i) auf der Gattungsebene und zeigen hierbei die Phylogenie des Subtribus auf; ii) auf der Artebene mit Schwerpunkt auf der Herkunft von Polyploiden in der Gattung Leucanthemopsis; iii) auf einer intraspezifischen Ebene und untersuchen die Rolle der Polyploidie und die Rolle der letzten Eiszeit hinsichtlich der Diversifikationsprozesse in der Art Leucanthemopsis alpina. Der Subtribus Leucanthemopsidinae stellt eine passende Untersuchungsgruppe dar, da sie vier Gattungen (von welchen 3 Monoarten sind) beinhaltet und eine der Gattungen aus einem Polyploid-Komplex von Gebirgs-/alpinen Arten besteht.
Wir konnten die Monophylie der Leucanthemopsidinae sowie die Monophylie aller Gattungen der Subtribus aufzeigen, indem wir die Koaleszenz-basierte Artenbaum-Rekonstruktionsmethode benutzten. Die seltene iberische endemische Art Castrilanthemum debeauxii besetzt eine basale Position im Subtribus und zweigte sich von den anderen drei Gattungen bereits im Früh-Miozän (13.2–20.8 Ma) ab. Die phylogenetische Besonderheit und geographische Seltenheit verleiht dieser enigmatischen Art eine evolutionäre Bedeutung, obwohl eine mögliche rezente Veränderung von mehrjähriger zur einjährigen Pflanze ihre Klassifikation als “lebendiges Fossil” problematisch macht.
Polyploidie scheint eine ursprünglich evolutionäre Kraft für die Entwicklung und Artenentstehung in der Gattung Leucanthemopsis darzustellen. Wir rekonstruierten die Evolution der Gattung durch eine neue Methode zur Rekonstruktion von phylogenetischen Netzwerken in polyploiden Komplexen und berücksichtigten sowohl Incomplete Lineage Sorting (ILS) als auch Hybridisation (Allo-polyploidie). Um dies zu erreichen benutzten wir Sequenzen von vier low-copy Kerngenen und zwei Chloroplastenregionen (psbA-trnH and trnC-petN). Allelvariation der Kerngene wurden durch Roche 454 Next Generation Pyrosequenzierung abgeleitet.
Ergebnisse der phylogenetischen Rekonstruktion weisen darauf hin, dass sowohl Auto- und Allo-polyploidie eine wichtige Rolle in der Entstehung von verschiedenen Polylpoidie-Taxa der Gattungen spielten und dass zwei unabhängige (Allo-)Polyploidisierungen für die Entwicklung der Iberischen tetraploiden Taxa vermutet werden sollten. Man nimmt an, dass während der letzten Eiszeiten und wegen der Ausbreitung der Artenvielfalt Kontaktzonen zwischen Oro-Mediterannean und Meso-mediterannean diploiden Leucanthemopsis Taxa entstanden und so Hybridisierung und Entwicklung der alloploiden Taxa erlaubten.
Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen auf Gattungsebene ist die Rolle der Polyploidie als evolution-steuerndes Element der Diversifikation der alpinen Pflanze L. alpina untergeordnet. Phylogenetische Studien basierend auf Chloroplastensequenzvariationen (psbA-trnH and trnC-petN) und AFLP fingerprinting zeigen, dass polyploide Abstammungen mehrfach entstanden und dass Polyploiden keine morphologische oder genetische Besonderheiten im Vergleich zu Diploiden zeigen. Die morphologische Variabilität, welche heute in den Arten beobachtet wird, folgt eher einem geographischen West-Ost-Muster in den Alpen. Da man eine gute Überstimmung der genetischen Gruppen innerhalb der Arten mit bekannten Gebieten die in den Alpen und Pyrenäen während der letzten Eiszeiten als Refugien dienten, spielte die Pleistozäneiszeiten eine stärkere Rolle in der Gestaltung der genetische Variation als die Polyploidisierung.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 23:55
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