Dokument: Hybridization and Wild Tomato
| Titel: | Hybridization and Wild Tomato | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=44032 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20171027-141753-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Beddows, Thomas [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Rose, Laura [Gutachter] Prof. Dr. Lercher, Martin [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Evolution, hybridization, speciation | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | This thesis consists of two first-author research manuscripts and an introduction to the topic of plant hybridization. Hybridization can be a significant force in evolution, including in the origin of new species and the transfer of genetic material between species. However, the importance of hybridization to the evolutionary history of plants is tied to its frequency in the wild. Furthermore, hybridization frequency may differ between phylogenetic groups and could also depend on an organisms ecophysiological traits.
The first manuscript, “Factors determining hybridization rate in plants,” estimates the frequency of hybridization in the vascular plants of Michigan. This estimation is followed by a novel approach to test the association of hybridization rate with various ecological and physiological factors. In total 17.5% of species were found to hybridize and there were 0.127 unique hybrids per non-hybrid species. Hybridization rates were significantly different between life forms and life histories: 97% of hybridizing species are perennial, and long-lived life forms such as trees, shrubs, and fern allies have the highest rates of hybridization. Habitat disturbance was also found to be associated with hybridization rate: species restricted to more undisturbed plant communities hybridize less whereas species in disturbed habitats hybridize more. This indicates that habitat disturbance is critical to the formation and establishment of hybrids. The data also indicated that hybridization is concentrated in particular taxonomic groups but that there is no broad effect of phylogeny on hybridization rate. This is the first study to test any ecological or physiological factors on the hybridization rate in plants, and the intriguing results have important implications for the evolutionary interpretation of hybridization and could also help guide taxonomic decision making. The second manuscript, “Population genomics reveals a new wild tomato species with a history of hybridization,” is a phylogenomic case study of hybridization in wild tomatoes. The tomato clade includes 12 wild species distributed in western South America. Transcriptomes from individuals of 38 different populations were sequenced and combined with published data to build a comprehensive genomic dataset for the entire clade. The first accomplishment of this study was to resolve phylogenetic relationships and clarify taxonomy in wild tomatoes. The main body of the work, however, focuses on the population genetics of two highly variable species: Solanum peruvianum and S. chilense. The most polymorphic species, S. peruvianum, is shown to have two geographical subpopulations. Solanum chilense is found to have distinct southern coastal populations with reduced heterozygosity, and this indicates a recent expansion south following speciation from S. peruvianum ca. 1.25 million years ago. The comprehensive sampling revealed that discontinuous populations currently described as S. chilense are genetically intermediate between S. chilense and S. peruvianum. Based upon molecular, morphological, and crossing data, we test the hypothesis that these discontinuous 'S. chilense' populations are an example of hybrid speciation. Homoploid hybrid speciation is rarely reported, and we discuss the difficulties in identifying it and differentiating between alternative demographic scenarios. Overall, this discovery presents a new opportunity to understand the genomic outcomes of hybridization in plants, and identifies putatively adaptive genetic structure in both S. peruvianum and S. chilense. Taken together, the manuscripts in this thesis provide both broad insight into hybridization in plants and a detailed analysis of the outcomes of hybridization in the tomato clade.Die vorliegende Arbeit umfasst zwei Erstautormanuskripte und eine Einleitung in das Thema der Pflanzenhybride. Hybridisierung kann eine die Evolution bestimmende Kraft, bis hin zur Entstehung neuer Arten, sein. Ihr Einfluss auf die evolutionäre Geschichte der Pflanzen wird allerdings von ihrer Häufigkeit in der Natur bestimmt. Des Weiteren kann sich die Hybridisierungsfrequenz zwischen phylogenetischen Gruppen unterscheiden und außerdem in Abhängigkeit zu den ökophysilogischen Merkmalen des Organismus stehen. Das erste Manuskript, "Factors determining hybridization rate in plants", untersucht und schätzt die Häufigkeit von Hybridisierungen in Gefäßpflanzen im Bundestaat Michigan, U.S.A. ab. Diese Abschätzung bildet die Grundlage einer neuen Methode, um die hybridisierungsraten in Pflanzen in Abhängigkeit von ökologischen und physiologische Faktoren zu ermitteln. Insgesamt konnten 17,5% der untersuchten Arten hybridisieren und es gibt 0,127 einzigartige Hybride pro nicht-hybrider Art. Dabei sind die Hybridisierungsraten signifikant unterschiedlich zwischen Lebensforme und -geschichte: 97% der hybridisierenden Arten sind mehrjährig. Langlebige Arten, wie Bäume, Sträucher und "fern allies" haben die höchsten Hybridisierungsraten. Die Störung eines Habitats ist mit der Hybridisierungsrate assoziiert, das bedeutet, dass Arten die auf ungestörte Pflanzengemeinschaften begrenzt sind, weniger hybridisieren als Arten in gestörten. Dies zeigt, dass die Störung des Habitats eine kritische Komponente für die Entstehung und Etablierung von Hybriden ist. Die Daten zeigen auch, dass Hybridisierung auf bestimmte taxonomische Gruppen konzentriert ist, trotzdem hat die Phylogenie insgesamt keine Auswirkungen auf die Hybridisierungsrate. Diese Studie ist die erste, die ökologische und physiologische Faktoren nutzt, um die Hybridisierungsraten in Pflanzen zu ermitteln. Die Ergebnisse haben weitreichende Auswirkungen auf Verständnis von Hybridisierung auf die Evolution und könnte helfen taxonomischen Entscheidungen zu treffen. Das zweite Manuskript, "Population genomics reveals a new wild tomato species with a history of hybridization", ist eine phylogenetische Fallstudie von Hybridisierung in Wildtomaten. Die untersuchte Tomatenklade umfasst 12 Wildarten, deren Lebensraum das westliche Südamerika ist. Transkriptome von Individuen aus 38 unterschiedlichen Populationen wurden sequenziert und zusammen mit bereits publizierten Daten in einem umfassenden genomischen Datensatz der gesamten Klade analysiert. Als ein erstes Ergebnis kann diese Arbeit die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse der Wildtomaten auflösen und verbessern. Das Hauptaugenmerk des Manuskripts liegt aber auf der Populationsgenetik zweier hochvariabler Arten: Solanum peruvianum und S. chilense. Für die Art mit den meisten Polymorphismen, S. peruvianum, wird gezeigt, dass sie, genetisch wie geographisch, aus zwei Subpopulationen besteht. Solanum chilense hat ausgeprägte südliche, küstennahe Populationen, die eine reduzierte Heterozygosität besitzen. Dies weist auf eine jüngere Erweiterung des Lebensraums nach Süden und der Abspaltung von S. peruvianum vor ca. 1,25 Millionen Jahren hin. Die umfassende Sammlung von Individuen zeigt, dass unabhängige Populationen, welche momentan als S. chilense beschrieben werden, genetisch zwischen S. chilense und S. peruvianum stehen. Basierend auf molekularen, morphologischen und Kreuzungsdaten konnten wir die Hypothese, dass diese unabhängigen 'S. chilense' Populationen ein Beispiel für Artbildung durch Hybridisierung sind, überprüfen. Artbildung durch homoploide Hybridisierung ist kaum bekannt, daher diskutieren wir die Schwierigkeiten bei der Identifizierung und Unterscheidung zwischen den alternativen demographischen Szenarien. Insgesamt bietet diese Entdeckung neue Möglichkeiten die Resultate von Hybridisierungen in Pflanzen zu verstehen und zeigt eine neue adaptive genetische Struktur in S. peruvianum und S. chilense. Zusammenfassend betrachtet, tragen diese Arbeiten zu einem besseren Verständnis von Hybridbildung in Pflanzen bei und zeigen eine detaillierte Analyse der Ergebnisse von Hybridisierung in der Klade der Tomaten. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 27.10.2017 | |||||||
| Dateien geändert am: | 27.10.2017 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 19.08.2017 | |||||||
| Datum der Promotion: | 25.10.2017 |
