The worldwide endoparasite family Apodanthaceae (Cucurbitales): Its natural history, biogeography, taxonomy, and plastid genome

• Applicant: Professorin Dr. Susanne Sabine Renner
• Subject Area: Evolution and Systematics of Plants and Fungi ; Plant Physiology ; Systematics and Morphology (Zoology)
• Term: from 2013 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 235565135

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Innerhalb der Blütenpflanzen entstand Parasitismus 13-mal, in vier dieser Fälle kam es zum Endoparasitismus, bei dem die Parasiten keinerlei Stengel oder Blätter bilden und nur als Blüte und Frucht aus dem Wirt ‚herauskommen’. In diesem Projekt wurden Systematik, Biogeographie und Plastiden-Genomreduktion bei den Apodanthaceae untersucht, einer der vier Endoparasiten-Familien. Die Apodanthaceae (Cucurbitales) sind weltweit verbreitet, und zu Beginn dieses Projektes gingen wir von 18 Arten aus, zu deren Biologie wir Daten in Australien, Zimbabwe und im Iran sammelten. Im Projekt wurde ein molekularer Stammbaum für alle Vertreter erstellt wobei neue Ansätze für dessen Datierung mit molekularen Uhrmodellen benutzt wurden. Der Stammbaum zusammen mit einer klassischtaxonomischen Bearbeitung von Herbarmaterial zeigte, dass nur 10 biologische Arten anerkannt werden können, deren Wirtspezifität und geographische Verbreitung nun klar sind. Die vollständig assemblierten Plastiden-Genome einer afrikanischen und einer australischen Art zeigen, dass nur noch 4-5 funktionierende Gene vorhanden sind. Im Vergleich zu Exo-Parasiten und Myko-heterotrophen Parasiten scheinen also die Plastiden von Endoparasiten wesentlich stärker reduziert zu sein. Um diese Hypothese zu testen, haben wir mit den gleichen Hoch-Durchsatz-Sequenziermethoden noch das Plastiden-Genom der Cynomoriaceen assembliert, einer Exoparasiten Familie, die etwa gleich alt ist wie die Apodanthaceae (80-100 Millionen Jahre) und die zudem vor unserem Projekt noch nicht sicher im Stammbaum und Ordnungssystem der Angiospermen eingeordnet war. Tatsächlich enthält das Plastidengenome der Cynomoriaceen, welche sich als Saxifragales entpuppten, noch 27 Gene, ist also weit weniger reduziert als das der Apodanthaceae.

Publications

• 2013. Pollination and mating systems of Apodanthaceae and the distribution of reproductive traits in parasitic angiosperms. American Journal of Botany 100(6): 1083–1094
  Bellot, S., and S. S. Renner
  
• 2014. Exploring new dating approaches for parasites: The worldwide Apodanthaceae (Cucurbitales) as an example. Molecular Phylogenetics and Evolution 80: 1-10
  Bellot, S., and S. S. Renner
  
• 2014. The systematics of the worldwide endoparasite family Apodanthaceae (Cucurbitales), with a key, a map, and color photos of most species. Phytokeys 36: 41-57
  Bellot, S., and S. S. Renner
  
• 2016. The plastomes of two species in the endoparasite genus Pilostyles (Apodanthaceae) each retain just five or six possibly functional genes. Genome Biology and Evolution 8(1): 189-201
  Bellot, S., and S. S. Renner
  
• Assembled plastid and mitochondrial genomes, as well as nuclear genes, place the parasite family Cynomoriaceae in the Saxifragales. Genome Biology and Evolution, Volume 8, Issue 7, 1 July 2016, Pages 2214–2230
  Bellot, S., N. Cusimano, G. Sun, S.X. Luo, S. Zarre, A. Gröger, E. Temsch, and S. S. Renner