Molecular phylogenetic inferences on the position of the Mollusca within the Lophotrochozoa

Abstract

Die phylogenetische Position der Mollusken innerhalb der Trochozoa sowie die interne Evolution der Klassen der Mollusca sind weitgehend unbekannt und wurden in meiner Arbeit anhand molekularer Merkmale untersucht. Phylogenomische Analysen zeigten in der Vergangenheit eine gute Auflösung für ursprüngliche Speziationsereignisse. Daher wurden hier drei neue EST Datensätze generiert: für Sipunculus nudus (Sipuncula), Barentsia elongata (Kamptozoa) und Lepidochitona cinerea, (Polyplacophora, Mollusca). Zusätzlich wurden gezielt Gene verschiedener Mollusken mittels RT-PCR amplifiziert. rnSowohl Kamptozoen als auch Sipunculiden wurden aufgrund morphologischer Kriterien bisher als mögliche Schwestergruppe der Mollusken gehandelt, aber die hier erzielten Ergebnisse zur Evolution der Hämerythrine, Gen-Anordnungen der mitochondrialen Genome und phylogenetische Analysen der ribosomalen und der mitochondriellen Proteine stützen diese Hypothese nicht. Die Position der Kamptozoa erwies sich hier generell als unbeständig; phylogenomische Analysen deuten eine Nähe zu den Bryozoen an, aber diese Position wird stark durch die Auswahl der Taxa beeinflusst. Dagegen weisen meine Analysen klar auf eine nähere Beziehung zwischen Annelida und Sipuncula hin. Die ribosomalen Proteine zeigen Sipuncula (und Echiura) sogar als Subtaxa der Anneliden. Wie den Mollusken fehlt den Sipunculiden jegliche Segmentierung und meine Ergebnisse legen hier die Möglichkeit des Verlusts dieses Merkmals innerhalb der Anneliden bei den Sipunculiden nahe. Innerhalb der Mollusken wurden die Solenogastren bereits als Schwestergruppe aller rezenten Mollusken vorgeschlagen. Im Rahmen meiner Arbeit wurden von drei verschiedenen Solenogastren-Arten die ersten zuverlässigen 18S rRNA-Sequenzen ermittelt, und es zeigte sich, dass alle bisher veröffentlichten 18S-Sequenzen dieser Molluskenklasse höchst unvollständig oder fehlerhaft sind. rnRibosomale Proteine sind gute phylogenetische Marker und hier wurden die Auswahl und Anzahl dieser Gene für phylogenetische Analysen optimiert. Über Sonden-basierte Detektion wurde eine sampling-Strategie getestet, die im Vergleich mit standard-phylogenomischen Ansätzen zukünftige molekulare Stammbaumrekonstruktionen mit größerem Taxonsampling ermöglicht.rn

The position of the Mollusca in the phylogenetic system is uncertain and their internal relationships are only scarcely known. To infer mollusk phylogeny three EST-datasets were generated: Sipunculus nudus (Sipuncula), Barentsia elongata (Kamptozoa) and Lepidochitona cinerea, (Polyplacophora, Mollusca). These data were supplemented by single gene amplification experiments. rnKamptozoa and Sipuncula were both discussed as possible molluscan sistergroups, but all data presented here favor a close relationship of Sipuncula with annelids: (i) monomeric hemerythrins are similar in annelids and sipunculids; (ii) mitochondrial gene order support Annelida as their sistergroup, and (iii) phylogenetic analyses of mitochondrial protein-coding genes and nuclear ribosomal proteins suggest annelid sensu lato comprising Annelida, Echiura and Sipuncula. As molluscs, Sipuncula lack segmentation and these findings have important consequences to interpret the evolution of metamerism, because here molecular phylogenetic analyses suggest that segmentation can get lost. Morphological characters robustly support a clade comprising Mollusca and Kamptozoa but molecular inferences show an unsettled position of Kamptozoa. Within the Mollusca, Solenogastres were previously proposed as possible sistergroup to all remaining extant mollusks. For the first time, valid 18S sequences from the Solenogastres were amplified here and are included in molecular analyses demonstrating huge substitution rate heterogeneity within Mollusca. A possible route to infer their phylogenetic position is suggested using ribosomal protein genes. Subsequently selection of marker genes for concatenation and number of genes included, respectively alignment size is optimized performing ML per site inferences. Finally eighteen carefully selected ribosomal protein genes are suggested to be economically efficient recovering the major molluscan clades. Medium scale datasets will allow extended taxon sampling, because the reduction in gene number, compared to phylogenomic approaches, enables the application of alternative sampling strategies, other than EST-sequencing. Probe detection of cDNA library clones carrying these genes is introduced here as feasible strategy to assemble species rich datasets.rn