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Molecular phylogeny, evolution and biogeography of Ranunculus (Ranunculaceae) and related genera

Zade Khatere Emad

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Elvira Hörandl

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DOI

10.25365/thesis.9371

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29744.01248.803365-6

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Diese Dissertation hat zum Ziel, eine Rekonstruktion der Phylogenie und der Biogeographie der Ranunculeae mit dem Schwerpunkt auf der Gattung Ranunculus s. str. zu erstellen. Ranunculus s.str ist eine kosmopolitische, von tropischen bis in arktische Gebiete verbreitete Gattung und mit ca. 600 Arten die größte innerhalb der Ranunculaceae. Die in dieser Arbeit durchgeführte molekular-phylogenetische Untersuchung von Ranunculus, basierend Sequenzen der Kern- und Chloroplasten-DNS (ITS, matK/trnK, psbJ-petA), bietet die Basis für das Verständnis von Verwandtschaftsverhältnissen, Biogeographie und Evolution innerhalb der Gattung genauso wie zu verwandten Gattungen. Die Kombination dieser molekularen Daten von ca. 240 Arten, gesammelt über das gesamte Verbreitungsgebiet der Tribus. resultierte in einer großen Klade, die Ranunculus s.str. beinhaltet, jedoch Laccopetalum, Krapfia, Ceratocephala, Myosurus, Ficaria, Coptidium, Beckwithia, Cyrtorhyncha, Halerpestes, Peltocalathos, Callianthemoides und Arcteranthis exkludiert. Morphologische Untersuchungen unterstützen die Schlussfolgerung, dass eine Gliederung in mehrere kleine Gattungen und eine große Gattung Ranunculus s.str. die phylogenetischen Verhältnisse sowie die morphologische Diversität innerhalb der Tribus bestmöglich reflektiert. Die Altersbestimmung der Ranunculeae basierend auf molekular-genetischen Datierungsmethoden deutet darauf hin, dass die Diversifizierung der Tribus höchst-wahrscheinlich zwischen dem späten Eozän und dem späten Miozän erfolgt ist. Biogeograpische Analysen weisen auf einen nordhemisphärischen Ursprung der Tribus und darauf folgende mehrfache Kolonialisierung der Südhemisphäre hin. Die Verbreitung zwischen den Kontinenten fand sowohl durch Fernverbreitung als auch durch Vikarianz statt. In Vorderasien folgten der Isolation des westlichen Mediterrangebietes vom Kaukasusgebiet während des messinischen Zeitalters mehrere Zyklen von Arealerweiterungen und Artbildung in beiden Gebieten. Während des Pliozäns und des Pleistozäns fanden Radiationen innerhalb der Tribus unabhängig voneinander in westmediterran-makaronesischen Gebieten und in der sommertrockenen, ostmediterranen Irano-Turanischen Region statt. Dabei erfolgten drei voneinander unabhängige ökologische Wechsel zu humiden Klimaten in den Alpen und im Himalaya-Gebirge. In eiszeitlich vergletscherten Gebieten kam es nach der letzten Eiszeit zu sehr schnellen Kolonisierungen, und damit zur vermehrten Artbildung und zu lokalen Radiationen. Dieses Muster spiegelt sich in einer Klade, die sowohl arktische, zentralasiatische, nordamerikanische Gebirgssippen als auch europäische Tieflandsarten beinhaltet. In Nordamerika führte die Verfügbarkeit verschiedenster Habitate innerhalb eines sehr großflächigen Areals zur allopatrischen Speziation und adaptiver Radiation. Im Gegensatz dazu sind die Arten im Himalayagebiet ausschließlich in einer sehr engen ökologischen Zone im hochalpinen Bereich zu finden, wodurch verstärkt Hybridisierung erfolgt. Die Arktis wurde mehrfach und ohne deutliche Radiationen kolonisiert. Zusammenfassend lässt sich aus dieser Arbeit schließen, dass die Gattung Ranunculus nicht nur das Potential zur globalen Fernverbreitung, sondern auch zur raschen Artbildung aufweist.

Abstract

(Englisch)

The thesis aims at a reconstruction of the phylogeny and biogeographical history of Ranunculeae, with a focus on Ranunculus s.str. Ranunculus s.str. is a cosmopolitan genus with approximately 600 species and the largest genus in Ranunculaceae. Ranunculus is distributed on all continents and it has a worldwide distribution from the Tropics to the arctic and subantarctic zones. A molecular phylogenetic analysis based on nuclear and plastid markers (ITS, matK/trnK, psbJ-petA) provides the framework for understanding relationships, biogeography and character evolution in Ranunculus and related genera. Combined molecular data of c. 240 species from all continents reveal a large core clade comprising Ranunculus s.str., excluding the small genera Laccopetalum, Krapfia, Ceratocephala, Myosurus, Ficaria, Coptidium, Beckwithia, Cyrtorhyncha, Halerpestes, Peltocalathos, Callianthemoides, and Arcteranthis, but including the water-buttercups and the monotypic genus Aphanostemma. Molecular and morphological data reveal that a classification accepting several small genera and one big genus Ranunculus s.str. reflects best the phylogeny and the morphological diversity of the tribe. Age estimates based on molecular dating suggest that Ranunculeae diversified between the late Eocene and the late Miocene. Biogeographical analysis suggests a northern hemispheric origin of the tribe and multiple colonization of the S. hemisphere. Results of biogeographical analyses of Ranunculus s.str. support multiple colonizations of all continents. Dispersals between continents must have occurred via migration over land bridges, or via long distance dispersal. In southern Eurasia, isolation of the western Mediterranean and the Caucasus region during the Messinian was followed by range expansions and speciation in both areas. In the Pliocene and Pleistocene, radiations happened independently in the summer-dry W. Mediterranean-Makaronesian and in the E. Mediterranean-Irano-Turanian regions, with three independent shifts to alpine humid climates in the Alps and in the Himalayas. In previously glaciated areas, rapid colonization was followed by speciation, and regional radiations. This pattern is seen in a clade comprising arctic, Central Asian, North American and European lowland taxa. In North America, the availability of a large area and a broad range of habitats triggered allopatric speciation and adaptive radiation. In contrast, in the Himalayas, the alpine species are restricted to a narrow ecological zone in high altitudes, resulting in extensive hybridization. The Arctic was colonized multiple times without a pronounced radiation. Altogether, the success of Ranunculus can be referred to a high ability not only to long-distance dispersal to new areas but also to rapid speciation.

Autor*innen

Zade Khatere Emad

Haupttitel (Englisch)

Molecular phylogeny, evolution and biogeography of Ranunculus (Ranunculaceae) and related genera

Paralleltitel (Deutsch)

Molekulare Phylogenie, Evolution und Biogeographie von Ranunculus (Ranunculaceae) und verwandten Gattungen

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

182 S. : Ill., graph. Darst., Kt.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Dirk Albach ,

Christoph Oberprieler

Klassifikationen

42 Biologie > 42.21 Evolution ,

42 Biologie > 42.59 Botanik: Sonstiges

AC Nummer

AC08092486

Utheses ID

8450

Studienkennzahl

UA | 091 | 438 | |

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