Molekulare Systematik der Chenopodiaceae und Evolution des C4-Photosynthesesyndroms

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Projektbeschreibung

Die Familie der Chenopodiaceen (Gänsefußgewächse) umfasst über 100 Gattungen mit ca. 1600 Arten, darunter Kulturpflanzen wie die Zuckerrübe und den Spinat. Chenopodiaceen besiedeln bevorzugt Steppen und Halbwüsten sowie Salzstandorte, Äcker und Ruderalstandorte. Ein erheblicher Anteil der Arten ist zur C4-Photosynthese befähigt.

Ein von 2000 bis 2004 von der DFG gefördertes Gemeinschaftsprojekt mit Frau Dr. Kadereit von der Universität Mainz befasste sich mit der Phylogenie und Systematik der Chenopodiaceae unter besonderer Berücksichtigung der Evolution des C4-Photosynthese- Syndroms. Mit Hilfe vergleichender Sequenzierung ausgewählter Chloroplasten- und Kern-DNA-Abschnitte wurden molekulare Stammbäume erstellt, um (1) die Stellung der Chenopodiaceae innerhalb der Ordnung Caryophyllales, (2) ihre Abgrenzung gegenüber den nah verwandten Amaranthaceae (Fuchsschwanzgewächse), in die sie heute vielfach einbezogen werden, (3) die Hauptabstammungslinien innerhalb der Chenopodiaceen sowie (4) die Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb von ausgewählten Unterfamilien und Triben zu klären. Begleitend dazu erfolgte eine eingehende anatomische Analyse der Photosyntheseorgane. Diese erlaubt uns, vor dem Hintergrund der molekularen Phylogenien die Evolution der mehrfach parallel entstandenen C4-Strukturen aufzuklären und damit Diversifizierungsmuster zu analysieren, die eng mit der Erschließung extremer Lebensräume verknüpft sind. Dieses umfangreiche Projekt wird nach dem Ende der regulären Förderung durch verschiedene Teilprojekte fortgeführt. Erfolgreich abgeschlossen wurden bisher umfassende molekularsystematische und anatomische Studien auf der Ebene der Gesamtfamilie der Chenopodiaceae (Kadereit et al. 2003; 2005), der Unterfamilien Suaedoideae (Schütze et al. 2003), Salicornioideae (Kadereit et al. 2006) und Camphorosmeae (Kadereit und Freitag 2011, Freitag & Kadereit 2013, Kadereit et al. 2014) sowie der Gattung Salicornia (Kadereit et al. 2007). Eine Multigen-Analyse zur definitiven Klärung der verwandtschaftlichen Beziehungen zwischen Chenopodiaceae und Amaranthaceae und eine Detailuntersuchung der Sektion Salsoleae hinsichtlich ihrer systematischen Gliederung und der Evolution der C4-Merkmale sind im Gange. Daneben wurden mehrere spezielle taxonomische Probleme geklärt bzw. als Proposals zur Entscheidung vorbereitet (Freitag & Sennikov 2014, Sennikov & Freitag 2014, Freitag & Iamonico 2015, Mosyakin, Rilke & Frei-tag 2015). 

Projektleitung

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

Laufzeit

10/2000 - 12/2013 (das Projekt wird fortgeführt)

Kooperationen

  • Dr. Gudrun Kadereit, Institut f. Spezielle Botanik, Universität Mainz.
  • Prof. Dr. Thomas Borsch, Botanischer Garten und Botanisches Museum, FU Berlin.
  • Prof. Dr. D. Iamonico, Laboratory of Phytogeography and Applied Geobotany, Uni-versity of Rome.Prof. Dr. S. Mosyakin, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev
  • Dr. S. Rilke, Institute of Biology and Landscape Ecology, University of Greifswald

Publikationen (seit 2000)

  • Iamonico, D., Friis, I., Jarvis, C.E., Freitag, H. (2015) - Nomenclatural notes on the genus Pteranthus (Caryophyllaceae) with lectotypifications of the names Camphorosma pteranthus and Pteranthus trigynus, and comments on Forsskål’s seeds sent from Egypt. – Taxon, 64: 816-821
  • Freitag, H. & Iamonico, D. (2015) – Lectotypification of the name Polycnemum majus (Amaranthaceae s.str.). Phytotaxa 202: 235-236.
  • Mosyakin, SL, Rilke, S., Freitag, H. (2014) (2323) Proposal to conserve the name Salsola (Chenopodiaceae s.str., Amaranthaceae sensu APG) with a conserved type. Taxon 63: 1134-1135.
  • Freitag, H. & Sennikov A. (2014) (2256) Proposal to conserve the name Salsola sedoides Pall. against S. sedoides L. (Amaranthaceae / Chenopodiaceae). Taxon 63: 186-187.
  • Sennikov, A., Freitag, H. (2014) The nomenclatural history of Salsola sedoides L. and Salsola sedoides Pall. (Suaedoideae and Camphorosmoideae, Chenopodiaceae / Amaranthaxeae). Taxon 63: 151-160..
  • Freitag, H., Kadereit, G. (2013) C3 and C4 leaf anatomy types in Camphorosmeae (Camphorosmoideae, Chenopodiaceae). Plant Syst. Evol. 299.
  • Kadereit, G., Freitag, H. (2011): Molecular phylogeny of Camphorosmeae (Camphorosmoideae, Chenopodiaceae): implications for biogeography, evolution of C4 photosynthesis and taxonomy. Taxon 60: 51-78.
  • Uotila, P., Freitag, H. (2011) Chenopodiaceae. – Pp. 129 in Greuter, W. & Raab Straube, E. (eds.), Notula ad floram euro-mediterraneam pertinentes No. 27  (Euro+Med Notulae 5). Willdenowia 41(1).
  • Freitag, H.(2011) Typification of Salicornia perennans Willd. (Chenopodiaceae / Amaranthaceae) and the significance of names by Pallas. Willdenowia 41: 231-237.
  • Freitag, H., Atamov, V., Cetin, E., Aslan, M. (2009) The genus Halothamnus (Jaub. & Spach (Chenopodiaceae) in Turkey. Turk. J. Bot. 33: 325-334.
  • Akopian, J., Gabrielyan, I., Freitag, H. (2008) Fossil fruits of Salsola L. s.l. and Halanthium K. Koch (Chenopodiaceae) from Lower Pleistocene lacustrine sediments in Armenia. Feddes Repertorium 119: 225-236.
  • Weising, K., Freitag, H. (2007) Phylogeography of halophytes from European coastal and inland habitats. Zool. Anzeiger 246: 279-292.
  • Kadereit, G., Ball, P., Beer, S., Mucina, L., Sokoloff, D., Teege, P., Yaprak, A.E., Freitag, H. (2007): A taxonomic nightmare comes true: phylogeny and biogeography of glassworts (Salicornia L., Chenopodiaceae). Taxon 56: 1143-1170.
  • Kadereit, G., Mucina, H., Freitag, H. (2006) Phylogeny of Salicornioideae (Chenopodiaceae): diversification, biogeography and evolutionary trends in leaf and flower morphology. Taxon 55: 617-642.
  • Kadereit, G., Gotzek, D., Jacobs, S., Freitag, H. (2005) Origin and age of Australian Chenopodiaceae. Organisms, Diversity and Evolution 5: 59-80.
  • Kadereit, G., Borsch,. T., Weising, K., Freitag, H. (2003) Phylogeny of Amaranthaceae and Chenopodiaceae and the evolution of C4 photosynthesis. Int. J. Plant Sci. 164: 959-986.
  • 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.
  • Freitag, H., Stichler, W. (2002) Bienertia cycloptera Bunge ex Boiss., Chenopodiaceae, another C4 plant without Kranz tissues. Plant Biol. 4: 121-131.
  • Voznesenskaya, E.V., Franceschi, V.R., Kiirats, O., Artyusheva, E.G., Freitag, H., Edwards, G. (2002) Proof of C4 photosynthesis without Kranz anatomy in Bienertia cycloptera (Chenopodiaceae). The Plant Journal 31: 649-662.
  • Voznesenskaya, E.V., Franceschi, V.R., Kiirats, O., Freitag, H., Edwards, G. (2001) Kranz anatomy is not essential for terrestrial C4 plant photosynthesis. Nature 414:543-546.
  • Freitag, H., Stichler, W. (2000) A remarkable new leaf type with unusual photosynthetic tissue in a Central Asiatic genus of Chenopodiaceae. Plant Biol. 2: 154-160
  • Freitag, H., Duman, H. (2000) An unexpected new taxon of Salsola from Turkey. Edinburgh J. Bot. 57: 339-348.

Abgeschlossene Qualifikationsarbeiten

  • Schütze, Peter (2009): Molekulare Systematik der Gattung Suaeda (Chenopodiaceae) und Evolution des C4-Photosynthesesyndroms, Dissertation.
  • Gorke, Sebastian (2006): Entwicklung molekularer Mitochondrien- Marker für die Familie der Chenopodiaceae, Diplomarbeit.

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