Was treibt die evolutionäre Diversifizierung in einem Biodiversitäts-Hotspot an? Ein 'Next Generation' phylogenetischer Ansatz zum Vergleich von drei Gruppen der Mega-Gattung Erica in der Kapflorenregion

• Antragsteller: Dr. Nicolai M. Nürk, seit 12/2018
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251415172

Die Kapflorenregion in Südafrika ist ein botanischer Hotspot und repräsentiert ein ideales System um biologische Vielfalt zu erforschen. Das Gesamtgebiet der Kapflorenregion ist klein, aber die Anzahl von Pflanzenarten die man dort finden kann ist unverhältnismäßig hoch, so gibt es erstaunliche 70% der Arten sonst nirgendwo in der Welt. Die größte Kap-clade, die Gattung Erica (Ericaceae), die alleine 7% der Flora ausmacht, ist darum ein Schlüsseltaxon für das Verständnis der grundlegenden Faktoren der Evolution von Artenvielfalt. Während der hier beantragten Fortsetzung meines Projektes beabsichtige ich einige der wahrscheinlichsten Faktoren als mögliche Ursachen für die hohe Pflanzenvielfalt in der Kapflorenregion zu testen. Dies soll mit Hilfe der drei folgenden Erica Gruppen mit jeweils eng verwandten Arten stattfinden: die imbricata/coccinea Gruppe (Daten im laufenden Projekt schon gesammelt), die abietina/viscaria Gruppe, und E. plukenetii. Diese Gruppen bestehen aus etwa 34 Arten, meist mit sehr eingeschränkter Verbreitung, die durch Variation in floralen Makro-morphologischen Merkmalen gekennzeichnet sind, was in der Regel die Bestäubung durch verschiedene Vektoren signalisiert. Das geringe Alter der Divergenz der Arten und Populationen dieser Gruppen bedeutet, dass phylogenetische Spuren von evolutiven Ereignissen, wie zum Beispiel Ausbreitung in ein anderes Gebiet, wahrscheinlich nicht durch nachfolgende Ereignisse maskiert wurden. Retikuläre Prozesse, wie Hybridisierung und koaleszente Wahrscheinlichkeiten, können aber auf dieser Ebene zu beträchtlichen Unterschieden in den Genbäumen führen, was in den imbricata/coccinea Daten offensichtlich ist. Genaue phylogenetische Schlußfolgerungen sind unter diesen Umständen nur möglich, wenn wir Genbäume adäquat beproben und die zugrundeliegenden Prozesse angemessen modellieren. Zu diesem Zweck schlage ich vor, unser, für Erica optimiertes, 'hybridisation capture' und Hochdurchsatz-Sequenzierungs-Protokoll zu verwenden um 132 DNA Sequenzmarker (die jeweils bis zu c. 7 Kb lange sind) für jeweils 72 repräsentative Exemplare der zusätzlichen Gruppen zu bekommen. Zum Zweck der verbesserten Repräsentation von Populationen werden wir einen multiplex PCR Ansatz verwenden um einige Marker für bis zu 192 weitere Proben zu sequenzieren. Durch die Analyse der Daten mit koaleszens-basierenden Methoden werden wir sinnvolle, eventuell netzförmige, Artbäumen erhalten. Die Artbäume der drei Gruppen können dann wiederum unabhängig verwendet werden um mit weiteren phylogenie-basierten Auswertungsmethoden konkurrierende Modelle von geographischer Ausbreitung und Merkmalsevolution zu testen. Zu den bekanntesten Modellen gehören allopatrische Artbildungs- und das Grant-Stebbins-Model für Bestäuber-basierte Artbildung. Die Analysen dieser Daten werden wahrscheinlich tiefgreifende Einblicke in die Prozesse der Art-Divergenz ergeben, sowohl in der Kapflorenregion als auch im Allgemeinen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Michael Pirie, bis 12/2018