Systematik, Phylogenie und Evolution von Suaeda, Untergattung Brezia (Chenopodiaceae)

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Projektbeschreibung

Die meisten der etwa 82 bisher beschriebenen Arten der Gattung Suaeda (Chenopodiaceae) sind Halophyten, die vor allem in den Salzmarschen der Küsten und an Salzseen und Depressionen der kontinentalen Steppen und Halbwüsten zu finden sind. Die Gattung ist weltweit verbreitet; das wichtigste Diversitätszentrum erstreckt sich von Westeuropa über den Mittelmeerraum bis nach Zentralasien. Die Mehrzahl der Suaeda-Arten – einschließlich der in Europa weit verbreiteten, einjährigen S. maritima und ihrer näheren Verwandtschaft – gehört in die Untergattung Brezia, die eine gut gestützte monophyletische Gruppe in den molekularen Stammbäumen bildet (Schütze et al. 2003, Schütze 2009). Die einzige Sektion der Untergattung, Brezia, enthält etwa 31 Arten und ist damit die größte Sektion von Suaeda. Es handelt sich gleichzeitig um die taxonomisch schwierigste Sektion der Gattung, da sich ihre Arten morphologisch nur wenig voneinander unterscheiden und gleichzeitig eine hohe phänotypische Plastitzität aufweisen.

Unser Projekt befasst sich mit Aspekten der Artabgrenzung und Verwandtschaftsbeziehungen, Hybridisierungsereignissen und retikulater Evolution sowie der Biogeographie und historischen Kolonisierungsmustern der Arten der Untergattung Brezia. Dazu werden phylogenetische und phylogeographische Analysen auf der Basis nukleärer ITS-Sequenzen und mit Hilfe von Chloroplastenmarkern durchgeführt. Die Studie umfasst das gesamte, weltweite Verbreitungsgebiet der Untergattung, mit einem Fokus auf den eurasischen und nordamerikanischen Arten. Verwandtschaftsbeziehungen zwischen ITS-Typen bzw. Chloroplasten-DNA-Haplotypen werden in Form molekularer Stammbäume und Netzwerke dargestellt, und mit der geographischen Verbreitung des gesammelten Pflanzenmaterials verglichen. Die molekularen Untersuchungen werden ergänzt durch morphologische, anatomische und karyologische Studien. Chromosomenzählungen werden von unserer Kooperationspartnerin Dr. M. Lomonosova vom Central Siberian Botanical Garden in Novosibirsk (Russland) durchgeführt. Es konnten bereits eine Reihe von Arten identifiziert werden, die sowohl allopolyploid sind als auch in den ITS- und Chloroplasten-Phylogenien unterschiedliche Positionen einnehmen, was auf einen hybridogenen Ursprung hinweist (Lomonosova et al. 2008). Artbildung durch retikulate Evolution scheint demnach eine gewichtige Rolle für die Diversifizierung der eurasischen Arten von Suaeda, Untergattung Brezia zu spielen.

Ein herausragendes früheres Ergebnis unserer Arbeiten an den Suaeoideen war der erstmali-ge Nachweis, dass die C4-Photosynthese bei einigen Arten (Bienertia, Borszczowia). stets in Einzelzellen abläuft

Projektleitung

  • Prof. Dr. Helmut Freitag
  • Prof. Dr. Kurt Weising

Laufzeit

08/2008 - 12/2013 (die Auswertungen laufen nach dem Ende des Förderungszeitraumes weiter.)

  • DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft), Bonn http://www.dfg.de 02/2010-01/2013.
  • BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung), Bonn (Reisemittel).

Kooperationen

  • Dr. M. Lomonosova, Cetral Siberian Botanical Garden, Novosibirsk
  • Wayne R. Ferren, Channel Islands Restoration, Carpinteria, Ca, USA

Publikationen (seit 2003)

  • Brandt R, Lomonosova M, Weising K, Wagner N, Freitag H. - Phylogeny and biogeography of Suaeda subg. Brezia (Chenopodiaceae / Amaranthaceae) in the Americas. Submitted to Plant Syst Evol.
  • Prinz, K., Weising, K., Hensen, I. (2013) Habitat fragmentation and recent bottlenecks influence genetic diversity and differentiation of the Central European halophyte Suaeda maritima (L.) Dumort. (Chenopodiaceae) Amer. J. Bot., 100: 2210-2218.
  • Freitag, H., Brandt, R., Chatrenoor, T, Akhani, H. (2013) Suaeda iranshahrii, a new species of Suaeda subgenus Brezia (Chenopodiaceae) from the Persian Gulf coasts. Rostaniha 14(1),14: 68-80.
  • Lomonosova, M., Freitag, H. (2011): Typification of plant names in Suaedoideae (Chenopodiaceae) published by P. Pallas, C.A. Meyer and A. Bunge. Willdenowia 41: 217-229.
  • Freitag, H., Lomonosova, M (2010).: Suaeda - In Schnittler, M., Zemmrich, A. & Starke, S., Virtual Flora of Mongolia (equivalent to c. 20 pages). - available from the internet by greif.uni-greifswald.de/floragreif/.
  • Prinz, K., Hensen, I., Debener, T., Schie, S., Weising, K. (2009) Microsatellite markers for the tetraploid halophyte Suaeda maritima (L.) Dumort. (Chenopodiaceae). Mol Ecol. Resources, 9: 1247-1249 9: 1247-1249 .
  • Prinz, K., Weising, K., Hensen, I. (2009) Genetic structure of coastal and inland populations of the annual halophyte Suaeda maritima (L.) Dumort. in Central Europa, inferred from amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers. Plant Biol., in press.
  • Lomonosova, M.N., Freitag, H. (2008) The genus Suaeda in Asian Russia. Rastitel´n. Mira Aziatsk. Ross. 2: 12-19.
  • Lomonosova, M.N., Brandt, R., Freitag, H. (2008) Suaeda corniculata (Chenpodiaceae) and related taxa from Eurasia. Willdenowia 38: 81-109.
  • Weising, K., Freitag, H. (2007) Phylogeography of halophytes from European coastal and inland habitats. Zool. Anzeiger 246: 279-292.
  • Voznesenskaya, E.V., Chuong, S.D.X., Koteyeva, N.K., Franceschi, V.R., Freitag, H., Edwards, G.E. (2007): Structural, biochemical, and physiological characterization of C4 photosynthesis in species having two vastly different types of Kranz anatomy in genus Suaeda (Chenopodiaceae). Plant Biol. 8: 745-757.
  • Schütze, P., Freitag, H., Weising, K. (2003) An integrated molecular and morphological study of the subfamily Sueadoideae Ulbr. (Chenopodiaceae). Plant Syst. Evol. 239: 257-286.

Abgeschlossene Qualifikationsarbeiten

  • Schütze, Peter (2009): Molekulare Systematik der Gattung Suaeda (Chenopodiaceae) und Evolution des C4-Photosynthesesyndroms, Dissertation.
  • Prinz, Kathleen (2009) Populationsgenetische und ökologische Untersuchungen zur Besiedlung und Bedeutung anthropogener Binnensalzstellen, Dissertation.
  • Spickmann, Carolin (2008): Populationsgenetische Untersuchungen an Suaeda maritima s. l. in Ober- und Mittelitalien, Diplomarbeit.
  • Brandt, Ronny (2007): Phylogeographie der Suaeda maritima / salsa Gruppe (Chenopodiaceae) in Eurasien, Diplomarbeit.
  • Möller, Susanne (2005): Speziation und Biogeographie von Suaeda-Arten an europäischen Küsten, Diplomarbeit.
  • Reinl, Danny (2003): Entwicklung und Charakterisierung von Chloroplasten-Mikrosatellitenmarkern für die Gattung Suaeda (Chenopodiaceae), Diplomarbeit.
  • Steinbach, Sandra (2003): Entwicklung und Charakterisierung von AFLP-Markern für die Gattung Suaeda (Chenopodiaceae), Diplomarbeit.

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