Detailansicht
Molecular phylogeny and chromosome evolution of the genus Melampodium L. (Millerieae, Asteraceae)
Cordula Blöch
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Tod Stuessy
DOI
10.25365/thesis.11134
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29853.73402.460466-0
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Gattung Melampodium eignet sich gut für die Untersuchung der evolutionären Folgen von Chromosomenzahländerungen und Hybridisierungen. Melampodium umfasst 40 einjährige und mehrjährige Arten in sechs Sektionen und ist vorwiegend in Mittelamerika beheimatet. Chromosomenzahlen sind für alle Arten mit Ausnahme einer erst vor Kurzem beschriebenen Art bekannt. Die Gattung umfasst eine der längsten Ketten an haploiden Chromosomenzahlen innerhalb der Asteraceaen (n = 9, 10, 11, 12, 14, 18, 20, 23, 24, 27, 28, 30, 33). Diese lassen sich auf fünf Basischromosomenzahlen zurückführen. Die derzeitige Klassifizierung der Gattung basiert auf einer Kombination von morphologischen Merkmalen und Chromosomenzahlen.
Im ersten Kapitel wird eine auf Plastiden- und nukleären ITS-Sequenzdaten basierende molekulare Phylogenie präsentiert und die Klassifikation der Gattung getestet. Die Resultate lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1) Die Gattung Melampodium ist monophyletisch, wenn die beiden Gattungen Acanthospermum und Lecocarpus inkludiert werden; (2) Hybridisierungen und Retikulation haben zur Evolution der Gattung beigetragen, wie durch die fehlende Übereinstimmung von Plastiden- und Kernsequenzdaten angedeutet wird; (3) Drei der sechs Sektionen der Gattung Melampodium werden von beiden Markersystemen unterstützt und fünf durch den Plastidenstammbaum alleine; (4) Die Polyphylie der Sektion Alcina wird durch beide Markersysteme belegt; (5) Die fünf Basischromosomenzahlen der Gattung sind zumindest teilweise indikativ für die Phylogenie der Gattung.
Im zweiten Kapitel wird die Richtung der Chromosomenbasiszahländerungen (absteigend vs. aufsteigend) innerhalb der Gattung mit Hilfe von Plastiden- und Kernsequenzdaten unter Anwendung von Maximum Parsimony und Maximum Likelihood Characterstate-Reconstruction-Analysen untersucht. In allen Analysen wird x = 11 als die wahrscheinlichste Urchromosomenzahl der Gattung rekonstruiert. Die Anzahl der Linien der Basischromosomenzahl x = 10, die früher als ursprüngliche Basischromosomenzahl der Gattung postuliert wurde, ist nicht eindeutig. Durch die abweichende Positionierung einer Art kann weder ein einziger Ursprung noch die Entstehung in zwei verschiedenen Linien ausgeschlossen werden. Ebenso kann die Anzahl der Ursprünge der Basischromosomenzahl x = 9 nicht eindeutig festgelegt werden (einzelner Ursprung und nachfolgende Diversifikation bzw. Hybridisierung vs. zwei unabhängig voneinander entstandene Linien). Weiters unterstützen alle Analysen einen gemeinsamen Vorfahren der Basischromosomenzahlen x = 12 und 14, der wahrscheinlich auf x = 11 basierte. Absteigende Dysploidie ist in der Evolution von Melampodium häufiger als aufsteigende.
Das dritte Kapitel behandelt Hybridisierungs- und Polyploidiserungsvorgänge von allopolyploiden Arten der Serien Sericea und Melampodium (Sektion Melampodium). Mit einem kombinierten Ansatz (Sequenzdaten: Plastiden: matK, psb¬A-trnH; Kern-DNS: ITS, 5S rDNS Spacer, Low-Copy-Gen PgiC; Restriktionsmusteranalyse von ITS; rDNA-Lokalisierung; Genomgrößenmessung) wird der Ursprung der allopolyploiden Arten und die Genomreorganisation nach der der Polyploidisierung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Arten der Serien Melampodium, Cupulata s.str. und Glabribracteata als Elternarten beteiligt sind. Die Genomgrößen der allopolyploiden Hybridarten entsprechen relativ genau der Summe der Elternarten. Dies steht im Gegensatz zur beobachteten Reduktion beider rDNA-Loci, sowie zur kompletten Umwandlung der 35S-rDNA-Loci zum Typus eines Elternteils. Zwei allohexaploide Arten, Melampodium sericeum und M. pringlei, die die gleichen Elternarten teilen, zeigen verschiedenartige Genomreorganisationen.
Abstract
(Englisch)
The genus Melampodium (Asteraceae) is a group very well-suited to study the evolutionary consequences of chromosome number change and reticulation. The genus comprises a moderate number (40) of annual and perennial species classified into six sections. The genus is centered in tropical to subtropical Mexico, southwestern United States, Brazil and Colombia. Chromosome numbers and karyotypes are now known for all species except for the recently described species Melampodium moctezumum. The genus displays a wide range of haploid chromosome numbers (n = 9, 10, 11, 12, 14, 18, 20, 23, 24, 27, 28, 30, 33), one of the longest series in family Asteraceae. These haploid chromosome numbers can be allocated to five basic chromosome numbers (x = 9, 10, 11, 12, and 14). The current classification of the genus is based primarily on a combination of morphological characters and basic chromosome numbers.
The first chapter of the thesis presents a molecular phylogeny of the genus based on analyses of plastid and nuclear DNA markers, which is also used to test the current taxonomic classification. Results show that: (1) Melampodium is monophyletic if closely related genera Acanthospermum and Lecocarpus are included; (2) reticulation and hybridization events have repeatedly contributed to the evolution of Melampodium as inferred from incongruencies between plastid and nuclear phylogenies; (3) three of the six sections of the current classification are supported by both marker systems, with five out of the six sections supported by the plastid phylogeny alone; (4) section Alcina encompassing three species has been inferred as polyphyletic in both marker sets; and (5) basic chromosome numbers correlate (at least partly) with the phylogeny of the genus.
In the second chapter the directionality of the chromosome number change has been investigated using plastid matK and nuclear ribosomal ITS phylogenies of the diploid taxa and applying maximum parsimony and maximum likelihood-based reconstruction methods. All analyses support x = 11 as the most likely ancestral basic chromosome number for the genus. The basic chromosome number of x = 10, previously hypothesized to be ancestral for the genus, was reconstructed to originate once (plastid data) or twice (nuclear data). Similarly, the chromosomal base number of x = 9 has likely originated twice independently, but a single origin cannot be excluded. The chromosomal base numbers x = 12 and 14 have been shown to be derived from a common ancestor most likely based on x = 11. Descending dysploidy was shown to be more prevalent than ascending dysploidy.
The third chapter examines the hybridization events leading to the origin of six allopolyploid species of sers. Sericea and Melampodium (sect. Melampodium), and their subsequent genome evolution. A combined approach employed sequencing of plastid (matK, psbA-trnH) and nuclear DNA regions (ITS, 5SrDNA spacer, low copy PgiC gene), restriction pattern analyses of ITS, 5S and 35S rDNA mapping in the chromosomes using fluorescence in situ hybridization (FISH), and flow cytometry for genome size measurements. These allowed inferring the origins of allopolyploids and tracing genome restructuring following the polyploid establishment. Species of sers. Melampodium, Cupulata s.str., and ser. Glabribracteata were shown to be involved as parental taxa in hybridization events leading to the origin of six allopolyploid species. The genome size additivity observed in all polyploids contrasts with 35S rDNA loci loss and conversion and, albeit to lesser extent, with loss of 5S rDNA loci. Two allohexaploids, Melampodium pringlei and M. sericeum, despite originating from the same parental taxa, have been shown to follow different genome restructuring pathways.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Melampodium molecular phylogeny chromosome evolution dysploidy polyploidy reticulation
Schlagwörter
(Deutsch)
Melampodium molekulare Phylogenie Chromosomenevolution Dysploidie Retikulation Polyploidie
Autor*innen
Cordula Blöch
Haupttitel (Englisch)
Molecular phylogeny and chromosome evolution of the genus Melampodium L. (Millerieae, Asteraceae)
Paralleltitel (Deutsch)
Molekulare Phylogenie und Chromosomenevolution der Gattung Melampodium L. (Millerieae, Asteraceae)
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
148 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Andrew Leitch ,
Ingo Schubert
AC Nummer
AC08255702
Utheses ID
10046
Studienkennzahl
UA | 091 | 438 | |