Plastiden-Phylogenomik von Seerosen, mit Schwerpunkt auf Partitionierungsstrategien und der Entwicklung bioinformatischer Methoden

• Antragsteller: Michael Gruenstaeudl, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418670221

Seerosen und Verwandte bilden eine monophyletische Gruppe aquatischer, krautiger Pflanzen, die eine der frühesten Abspaltungen der Blütenpflanzen darstellt. Die erste phylogenomische Studie dieser Gruppe, basierend auf Daten kompletter Plastidengenome, wies auf eine mögliche Paraphylie der Seerosen in ihrer derzeitigen taxonomischen Abgrenzung hin. Darüber hinaus deutete die Studie eine starke Abhängigkeit der phylogenetischen Rekonstruktion auf die Auswahl der Datenpartitionierung an. Die Identifizierung und Anwendung passender Datenpartitionierungen sowie passender Nukleotidsubstitutionsmodelle für die einzelnen Partitionen sind ein zentraler Bestandteil der phylogenomischen Analyse. Rezente Software-Programme für die Identifizierung optimaler Datenpartitionierungen und Nukleotidsubstitutionsmodelle weisen jedoch nur eine teilweise Standardisierung in Bezug auf Datenformat und Analyse-Algorithmus auf. Folglich identifizieren unterschiedliche Software-Programme unterschiedliche Partitionierungsschemata und Substitutionsmodelle als optimal für den bisherigen Plastidengenom-Datensatz der Seerosen. Es ist derzeit nicht bekannt, ob diese Unterschiede auch zu signifikant unterschiedlichen Baumtopologien im Zuge einer Phylogenie-Rekonstruktion führen oder ob sie die Folge eines unzureichenden Taxon-Samplings darstellen. Das beantragte Forschungsprojekt hat zum Ziel, einen Datensatz kompletter Plastidengenom-Sequenzen zu erstellen, der den Großteil aller bekannten Arten der Seerosen und verwandter Linien umfasst. Auf Basis eines solch breiten Taxon-Samplings wird die Evolutionsgeschichte der Seerosen und der Einfluss unterschiedlicher Datenpartitionierungsschemata auf die Phylogenie-Rekonstruktion untersucht. Darüber hinaus untersucht das beantragte Forschungsprojekt den Einfluss unterschiedlicher Software-Programme auf die Identifizierung optimaler Datenpartitionierungen und Nukleotidsubstitutionsmodelle. Um diese spezielle Fragestellung analysieren zu können, wurde in Vorbereitung dieses Förderungsantrages ein Software-Script entwickelt, welches die Verwendung unterschiedlicher Software-Programme zur Identifizierung optimaler Datenpartitionierungen und passender Nukleotidsubstitutionsmodelle automatisiert und standardisiert. Basierend auf der Anwendung dieses Software-Scripts wird die Monophylie der Seerosen im Kontext unterschiedlicher Datenpartitionierungen neu bewertet. Durch das beantragte Forschungsprojekt erhält die wissenschaftliche Gemeinde ein besseres Verständnis über (a) die Monophylie der Seerosen in ihrer gegenwärtigen taxonomischen Abgrenzung, (b) die Sensitivität phylogenetischer Rekonstruktionen in Bezug auf Datenpartitionierung von Plastidengenomen sowie (c) den Einfluss spezifischer Software-Programme auf die Identifizierung optimaler Datenpartitionierungen und Nukleotidsubstitutionsmodelle. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes sind weitreichend und können unser Verständnis der frühen Angiospermen-Evolution beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Robert K. Jansen; John H. Wiersema, Ph.D.