Taxonomische Überarbeitung der Gattung Leontopodium

Das präsentierte Projekt umfasst die gesamte taxonomische Revision der Gattung Leontopodium mittels morphologischer, genetischer und chemotaxonomischer Untersuchungen. In der Vergangenheit hat die Gattung Leontopodium mit ihrem bekanntesten Vertreter, dem einheimischen Edelweiß, nur wenig taxonomische Beachtung erhalten. So ist zum Beispiel kaum bekannt, dass es neben der einheimischen europäischen Art rund vierzig weitere Edelweiß-Arten gibt. Die höchste Artendichte und damit wahrscheinlich die ursprüngliche Heimat dieser Pflanzenfamilie, findet man in Zentralasien. Damit stellt die Gattung ein klassisches Verbreitungsbeispiel der Evolution der Eurasischen Flora dar. Die letzte und einzige taxonomische Gattungsüberarbeitung stammt aus dem Jahr 1927, als N. Handel-Mazzetti einundvierzig eigenständige Arten, sowie einige Hybriden beschrieb, wobei die Artenabgrenzung bekannter weise schwierig und nicht immer eindeutig ist. Im Zuge dieses Projekts wird die morphologisch taxonomische Klassifizierung der Gattung durch den Vergleich einer großen Zahl an Herbarbelegen und gesammelten Pflanzen überarbeitet und aktualisiert werden mit dem Ziel eine verfeinerten Klassifizierung und eine morphologisch - biometrischer Beschreibung aller Arten zu erhalten. Die Ergebnisse dieser klassischen botanischen Methode werden gleichzeitig mittels moderner genetischer Methoden (DNA-Sequenzierung, AFLP und phylogenetischer Analyse) überprüft. Die Sequenzierung berücksichtigt dabei sowohl nukleare ITS Sequenzen als auch Chloroplasten-DNA-Regionen, wie trnH-psbA und die gesamte matK Region, sowie geeignete low copy nuclear genes. Die Resultate der AFLP Experimente sollen vor allem die Fragen der genetischen Divergenz, der Hybridisierung, der Polyploidisation sowie der Phylogeographie der beiden europäischen Vertreter L. alpinum und L. nivale klären. Ergänzende, Untersuchungen des sekundären Pflanzeninhaltsstoffmusters der einzelnen Leontopodium-Vertreter erfolgen mittels 1H-NMR-Spektroskopie. Der Einsatz dieser Methode erlaubt gegenüber klassischen analytisch-chemotaxonomischen Techniken die Untersuchung von hochkomplexen Proben bei gleichzeitigem hohem Probendurchsatz. Voraussetzung für eine Erfassung eines Pflanzeninhaltsstoffes ist dabei nur ein chemisches Grundgerüst, das mindestens ein Wasserstoffatom enthalten muss, wohin hingegen andere Detektionsmethoden von physikalisch-chemischen Eigenschaften wie z.B. UV-Absorption, Ionisierung(srate) oder einer Änderung des Brechungsindexes abhängig sind. Zur Durchführung wird das gemahlene Pflanzenmaterial (100 mg) direkt mit NMR-Lösungsmittel extrahiert und in handelsüblichen NMR-Röhrchen vermessen. Das erhaltene Protonenspektrum wird mittels Hauptkomponentenanalyse (PCA) ausgewertet und gibt neben der Auswertung im "cluster plot" auch direkt strukturelle Informationen (chemischer shift, Multiplizität des NMR-Signals) über die diskriminierenden Inhaltsstoffe wieder. Die kombinierten Ergebnisse dieses interdisziplinären Projektes sollten zu einer übersichtlichen, weltweiten (Eurasiaweiten) Überarbeitung der Gattung Leontopodium (und Sinoleontopodium) unter Berücksichtigung geographischer und bio-systematischer Aspekte führen, welche in Form einer modernen, übersichtlichen Monographie dieser bemerkenswerten und typisch alpinen Gattung zusammengefasst wird.

Das einheimische Edelweiß stellt wohl eine der bekanntesten und symbolträchtigsten Pflanzen des Alpenraums dar. Relativ unbekannt ist hingegen, dass die Edelweiß-Familie ca. 35 unterschiedliche Vertreter aufweist deren Hauptverbreitungsgebiet in Asien (z.B. das Tibetische Plateau, die Steppen der Mongolei usw.) liegt. Ziel der durchgeführten Untersuchungen war die Abklärung der Verwandtschaftsverhältnisse der Europäischen und Asiatischen Edelweiß-Arten. Die Versuche folgten dabei zwei unterschiedlichen Strategien: die Analyse der genetische Merkmale sowie ein Vergleich der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe. Die genetischen Untersuchungen wurden an 216 Individuen aus 38 Populationen aus 16 unterschiedlichen Edelweiß-Arten durchgeführt. Der Großteil der untersuchten Proben stammte dabei aus der Provinz Yunnan/China und wurde ergänzt durch Proben aus der Mongolei, Bulgarien und der Schweiz. Der Vergleich der genetischen Fingerabdrücke der Proben mittels AFLP erlaubte die Einordnung der Proben in zehn unterschiedliche Gruppen, wobei die europäischen und mongolischen Arten als monophyletische Gruppen klassifiziert werden konnten. Der Ursprung aller Edelweiß-Arten liegt mit größter Wahrscheinlichkeit in der chinesischen Himalaya-Region. Der Vergleich der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe der Wurzeln der gesammelten Edelweiß-Arten mittels 1 H- NMR-metabolic profiling und HPLC-ESI-MS und Auswertung der erhaltenen Daten mittels multivariater Statistikmethoden ergab im Unterschied zu den genetischen Untersuchungen eine Einteilung in zwei ( 1 H-NMR- metabolic profiling) bzw. drei (HPLC-ESI-MS) unterschiedliche Hauptgruppen. Die NMR-Experimente unterschieden vor allem zwischen Proben mit hohen Konzentrationen an Fettsäuren und Saccharose sowie Proben mit hohen Gehalten an Kaurensäure-Derivaten. Im Unterschied dazu ergaben die HPLC-ESI-MS Analysen eine Einteilung in drei Hauptgruppen, wobei hier die Konzentration an Bisabolan-Derivaten und Kaurensäure ausschlaggebend war. Der Einsatz der verwendeten Techniken zur Untersuchung der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe erlaubte eine Festigung der Erkenntnisse der genetischen Analysen und zeigt dabei neue Möglichkeiten in der Chemotaxonomie auf.