Authors:	Gerschwitz-Eidt, Michael Alexander
Advisor:	Kadereit, Joachim W.
Title:	Phylogenie und Evolution von Saxifraga sect. Saxifraga subsect. Arachnoideae (Saxifragaceae)
Online publication date:	6-Apr-2023
Year of first publication:	2023
Language:	german
Abstract:	Saxifraga sect. Saxifraga subsect. Arachnoideae, ein erst vor wenigen Jahren beschriebenes Taxon, ist hauptsächlich in den europäischen Alpen verbreitet. Sie ist in Bezug auf die ökologische Diversifizierung ungewöhnlich, da sie sowohl Arten großer Höhen aus offenen alpinen Lebensräumen als auch Arten der tieferen Lagen aus schattigen Lebensräumen wie unter überhängenden Felsen und an Höhleneingängen enthält. Ziel dieser Arbeit ist es, die Ursachen für diese bemerkenswerte ökologische Diversifizierung zu erforschen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die bisherige Artenzusammensetzung der Untersektion auf Basis morphologischer und molekularer Daten (ITS, trnL–trnF, rpl32–trnL(UAG)) revidiert. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit schließe ich, dass die Untersektion zwölf Arten umfasst, nämlich S. aphylla, S. arachnoidea, S. berica, S. facchinii, S. hohenwartii, S. muscoides, S. paradoxa, S. petraea, S. prenja, S. presolanensis, S. sedoides und S. tenella. Von diesen Arten wird mit der vorliegenden Arbeit der erste molekulare Beweis für die Zugehörigkeit von S. muscoides und S. prenja zu S. subsect. Arachnoideae erbracht. Weiterhin umfasst der erste Teil der Arbeit eine erweiterte morphologische Charakterisierung der Untersektion und einen Bestimmungsschlüssel für ihre Arten. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde mit einem Target Enrichment-DNA-Sequenzierungsansatz und einer vollständigen Artenstichprobe die Phylogenie der Untersektion Arachnoideae rekonstruiert und datiert. Der phylogenetische Baum wurde in Verbindung mit Landolt-Indikatorwerten dazu verwendet, die Evolution der Temperatur-, Licht- und Boden-pH-Präferenz in dieser Linie zu rekonstruieren. Außerdem wurden auf Basis der DNA-Sequenzdaten die Ploidiestufen der subsect. Arachnoideae bestimmt. Saxifraga subsect. Arachnoideae ist vermutlich im Ursprung eine hexaploide Linie, die rediploidisiert ist und mit S. sedoides, S. hohenwartii und S. prenja sekundär eine tetraploide Klade hervorgebracht hat. Saxifraga facchinii wurde als Hybridart identifiziert. Die Diversifizierung der Untersektion Arachnoideae fand im späten Pliozän und im Pleistozän statt. Sowohl die Diversifizierung zwischen als auch innerhalb der Kladen war weitgehend allopatrisch und Arten aus schattigen Lebensräumen mit geringen Lichtansprüchen entstanden in bereits bekannten peripheren Glazialrefugien. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass sich die niedrigen Lichtbedürfnisse entwickelt haben, als Arten in peripheren Kaltzeit-Refugien von konkurrenzfähigerer Warmzeit-Vegetation in marginale Lebensräume verdrängt wurden, was sehr wahrscheinlich zu adaptiver Evolution führte. Saxifraga sect. Saxifraga subsect. Arachnoideae, a recently recognized taxon, is distributed mainly in the European Alpen. It is unusual in terms of ecological diversification by containing both high elevation species from exposed alpine habitats and low elevation species from shady habitats such as overhanging rocks and cave entrances. My aim is to explore the drivers of this remarkable ecological diversification. In the first section of this thesis, the previous species composition of the subsection was revised based on morphological and molecular data. From the results of this work, I conclude that the subsection includes twelve species, namely S. aphylla, S. arachnoidea, S. berica, S. facchinii, S. hohenwartii, S. muscoides, S. paradoxa, S. petraea, S. prenja, S. presolanensis, S. sedoides, and S. tenella. Of these, I provide the first molecular evidence for the membership of S. muscoides and S. prenja in S. subsect. Arachnoideae. Furthermore, this thesis includes an extended morphological characterization of the subsection and an identification key to its species. In the second section of this thesis, using a target enrichment DNA-sequencing approach and a complete species sample, I reconstructed and dated the phylogeny of subsection Arachnoideae. Using Landolt indicator values, this phylogenetic tree was used for the reconstruction of the evolution of temperature, light and soil pH requirements in this lineage. The DNA sequence data was further used to infer the ploidy levels of subsect. Arachnoideae. Saxifraga subsect. Arachnoideae is likely of hexaploid origin, but became diploid again and secondary gave rise to a tetraploid clade with S. sedoides, S. hohenwartii and S. prenja. Saxifraga facchinii was identified as a hybrid species. Diversification of subsect. Arachnoideae took place in the late Pliocene and the Pleistocene. Both diversification among and within clades was largely allopatric, and species from shady habitats with low light requirements originated in well-known peripheral glacial refugia. I hypothesize that low light requirements evolved when species in cold-stage peripheral refugia were forced into marginal habitats by more competitive warm-stage vegetation, thus very likely resulting in adaptive evolution.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences 580 Pflanzen (Botanik) 580 Botanical sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-8954
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-5fbe999e-0c7f-4556-b9c1-8d0b5513613d0
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	CC BY
Information on rights of use:	https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Extent:	138 Seiten ; Illustrationen, Diagramme
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