Rekonstruktion evolutionärer molekularer Differenzierungsmuster an ausgewählten pflanzlichen Modellgattungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes sind signifikante Beiträge zum Verständnis intragenerischer Differenziemngsprozesses an Hand der kemkodierten ribosomalen Spacer dreier Modellgattungen (Acer, Quercus, Platanus) geleistet worden. Durch die enge Kooperation mit Paläobotanikern, Bioinformatikern und systematisch-ausgerichteten Botanikern (Morphologie, Analyse der cpDNA) konnten auftretende Probleme angegangen und gelöst werden. Neue Auswertungsmethoden wurden entwickelt, die den spezifischen Anforderungen der erhobenen Daten entsprechen. Mit neuen Wegen der Sequenzauswertung - Motivanalyse, Netzwerk-basierte Rekonstmktionen, Methoden zur Analyse intraindividueller Variabilität, Reduzierung der Anzahl von original taxanomic units ohne Verlust von phylogenetischer Information, Anwendung von Nicht-Alignment basierten Methoden auf ITS-Datensätze - wurden (a) systematische Probleme der Datenbasis - ITS als "multicopy Marker" stark beeinflußt durch Retikulationsphänomene und incomplete concerted evolution, Problem der Inkongruenz zwischen genomischen und plastiden Sequenzdaten - als auch (b) generelle evolutionäre Fragestellungen - incomplete lineage sorting, Speziation, anzestrale Retikulation, Korrelation mit dem Fossilbefund - angegangen. Die Ergebnisse zeigen, daß das Potential der kernkodierten ribosomalen Spacer zur Klärung evolutionärer Zusammenhänge innerhalb der Arten, aber auch oberhalb der Gattungen, nahezu unerschöpflich ist. Grundbedingung der Analyse ist jedoch, daß klassisch-genutzte Methoden zur Baumrekonstruktion in den Hintergrund treten und durch neue Methodiken ergänzt und weiterentwickelt werden. Darüber hinaus liefern die im Rahmen des Projektes gesammelten Aspekte der Evolution der kernkodierten ribosomalen Spacer in den drei Modellorganismen tiefe Einblicke in generelle Mechanismen der molekularen Differenzierung. Die Ergebnisse der Motivanalysen und der Vergleich innerhalb höherer Hierarchien machen klar, daß die tatsächliche Fixierung der statistisch auftretenden Mutationen im Genpool eines Organismus unterschiedlichen Zwängen unterliegt, die bisher kaum verstanden sind. Unter Ausnutzung des aktuo-paläontologischen Ansatzes für evolutionäre Fragestellungen, der detaillierten Beschreibung intragenerischer Differenzierungsprozesse (Stichworte: reticulate evolution, incomplete lineage sorting) bzw. dem Abgleich von Rezentdaten (Biogeographie, molekulare Sequenzdaten) mit dem Fossilbefund kann die Evolution einer Gattung im Detail rekonstruiert werden, wie hier am Beispiel von Acer, Quercus und Platanus gezeigt. Darüber hinaus dient dies der Validierung neu entwickelter bzw. neu angewendeter Methoden. Die Ergebnisse des Projektes dienen einem besseren Verständnis taxonomischer Systeme (Konzept und Konzeption der „Art") und damit der Erfassung von Biodiversität.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2006). A nuclear ribosomal DNA phylogeny of Acer inferred with maximum likelihood, splits graphs, and motif analyses of 606 Sequences. Evolutionary Bioinformatics, 2, S. 279-294
Grimm, G. W., S. S. Renner, A. Stamatakis und V. Hemleben
- (2007). Coding of intraspecific nucleotide polymorphisms: a tool to resolve reticulate evolutionary relationships in the ITS of beech trees {Fagus L., Fagaceae). Systematics and Biodiversity, 5, S. 291-309
Grimm, G. W., T. Denk und V. Hemleben
- (2007). The evolution of dioecy, heterodichogamy, and labile sex expression. Acer. Evolution, 61 , S. 2701-2719
Renner, S. S., L. Beenken, G. W. Grimm, A. Kocyan und R. E. Ricklefs
- (2007). The evolutionary history and systematics of Acer section Acer - a case study of low-level phylogenetics. Plant Systematics and Evolution, 267, S. 215-253
Grimm, G. W., T. Denk und V. Hemleben
- (2008). General functions to transform associate data to host data, and their use in phylogenetic inference from sequences with intra-individual variability. BMC Evolutionary Biology, 8, 86
Göker, M. und G. W. Grimm
- (2008). ITS evolution in Platanus: homoeologues, pseudogenes, and ancient hybridisation. Annals of Botany, 101, S. 403-419
Grimm, G. W. und T. Denk
- (2008). Rooting and dating maples (Acer) with an uncorrelated-rates molecular clock: Implications for North American/Asian range disjunctions. Systematic Biology, 57, S. 795-808
Brenner, S. S., G. W. Grimm, G. M. Schneeweiss, T. F. Stuessy und R. E. Ricklefs
- 2009. Significance of pollen characteristics for infrageneric classification and phylogeny in Quercus (Fagaceae). International Journal of Plant Science, 170(7)
Denk, T. und G. W. Grimm
