Phylogenie der Melastomataceae auf der Basis genomischer Daten

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Gudrun Kadereit; Marie Claire Veranso-Libalah, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Evolution und Systematik der Pflanzen und Pilze
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441541553

Die Melastomataceae zählen zu den zehn artenreichsten Blütenpflanzenfamilien der Welt, mit ca. 3500 Arten im tropischen Amerika und ca. 1600 Arten in den Tropen Afrikas und Asiens. Die bislang einzige familienweite molekular-phylogenetische Analyse von Clausing and Renner (2001), basierte auf drei sanger-sequenzierten Abschnitten des Chloroplastengenoms und nur 54 Arten (~1% der Familie). Die Variation innerhalb dieser Abschnitte ist nicht ausreichend, aber auch neuere Analysen auf Grundlage des gesamten Chloroplastengenoms zeigen keine bessere Auflösung der molekularen Stammbäume in Teilgruppen der Melastomataceae. Das Fehlen robuster, aufgelöster Stammbäume sowie der Mangel an phylogenomischen Markern und Protokollen in dieser Familie behindert tiefer gehende evolutionäre und ökologische Studien (z.B. zu buzz-pollination, Ameisen-Pflanzen Interaktionen oder Evolution von Wuchsformen), und dies obwohl die Familie in nahezu allen tropischen Vegetationstypen mit hoher Diversität vertreten ist und somit die ideale Pflanzengruppe darstellt, um die Evolution tropischer Vegetation zu untersuchen. In den letzten Jahren haben sich neue Methoden etabliert, bei denen DNA-Marker-Bibliotheken, die große Teile des Genoms repräsentieren, mittels Massensequenzierung multilocus-Datensätze liefern, die sich für phylogenomische Analysen eignen und ein besseres Verständnis der Arten-Stammbäume liefern. Wir haben zwei dieser Methoden ausgewählt: (1) Die Hyb-Seq-Methode, die das sog. "target enrichment" von nukleären Genen und "genome skimming" vereint. Hierbei werden wir für das Einfangen der Zielgene sowohl angiospermenweite als auch speziell für die Melastomataceae konzipierte Sonden verwenden. Unser Ziel ist dabei gemeinsam mit Kooperationspartnern in den USA und Brasilien eine robuste Phylogenie der Melastomataceae mit einer sehr guten Taxonauswahl zu erstellen. Alle Labore werden dieselben Protokolle und Sonden benutzen, um die Daten kombinieren zu können, wobei wir uns mit ca. 350 Arten auf die Gattungen der altweltlichen Melastomataceae konzentrieren. Ein weiteres Ziel ist eine detaillierte phylogenetische Analyse der artenreichen, altweltlichen Tribus Dissochaeteae. Hierzu wird (2) die HyRAD-Methode angewendet werden, die vor allem nicht-kodierende Abschnitte der DNA einbezieht und somit in jungen Verwandtschaftskreisen informativ ist, und es erlaubt degradierte DNA von Herbarmaterial zu nutzen. Durch eine Modifikation des HyRAD-Protokolls werden wir lange, informative Loci generieren, die sich zur Berechnung von Art-Stammbäumen eignen. Unser Ziel ist es diese Methode an zwei artenreichen Linien der Dissochaeteae, Medinilla von Madagascar (ca. 70 spp.) und die südostasiatische Linie der Lehnsträucher (Dissochaeta und Verwandte, ca. 98 spp.) zu testen. Beide Methoden sowie die neue Rückgratphylogenie auf der Grundlage genomischer Daten werden systematische Arbeiten beschleunigen und evolutionäre und ökologische Forschung in der Familie beflügeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen