Speziation, Phylogenie und Barcoding von Peronospora

Peronospora ist die artenreichste Gattung der obligat parasitischen Falschen Mehltaupilze (Peronosporales, Oomycetes). Sie enthält Pathogene von zahlreichen Kultur- und Nutzpflanzen. Zahlreiche Wirte aus 48 Wirtsfamilien der Angiospermen sind betroffen, und die Artenzahl wird je nach Standpunkt zwischen 65 und ca. 400 angegeben, was zu einer beträchtlichen Verwirrung bei Artumschreibung, Taxonomie und Wirtsspektrum führt. Trotz der ökonomischen und ökologischen Bedeutung gibt es keine moderne systematische Monographie. Genauere Untersuchungen über die Stammesgeschichte, evolutive Radiation, Artbildung und -abgrenzung fehlen. Bisher gibt es bei Peronospora (wie für die gesamten Oomyzeten auch) kein verläßliches molekulares Identifikationssystem ("molekulares Barcoding"), das den hohen Qualitätskriterien des Barcodings genügt, trotz der Vorteile, die dieses für verläßliche Routinebestimmungen bietet. Deshalb verfolgt das Projekt folgende Ziele: a. Eine umfassende Multigen-Phylogenie von Peronospora soll anhand von ausgewählten, mitochondrialen und nukleären Markern erstellt werden, um detaillierte Einsichten zur phylogenetischen Verwandtschaft und Radiation innerhalb der Gattung zu gewinnen. b. Artbildung und Wirt-Parasit Radiation sollen bei ausgewählten Verwandtschaftskreise genauer anhand mehrerer informativer mitochondrialer und nukleärer Marker untersucht werden. Ausgewählte Peronospora-Gruppen sollen als Modelle für die Mikroevolution dienen und sollen bezüglich Arten und Areal umfassend besammelt werden sollen. Die Kophylogenie zwischen Pathogenen und Wirten soll mit den kombinierten Sequenzdaten untersucht werden. c. Artkonzept und -abgrenzung werden in den für die Mikroevolution ausgewählten Gruppen anhand der Multi- Gen Daten untersucht werden. Das Konzept der Genealogical Concordance of the Phylogenetic Species Recognition (GCPSR) soll anhand der mitochondrialen und nukleären Marker angewendet werden. d. Taxonomische Revisionen zur Klärung nomenklatorischer Unsicherheiten sollen durchgeführt werden und sollen zu einer stabile Nomenklatur als Grundlage für sichere Bestimmung führen. Morphologische Untersuchungen von Herbarbelegen werden dazu durchgeführt werden. e. Neue Peronospora-Arten sollen nach gründlichen morphologischen und molekularen Untersuchungen formal beschrieben werden. f. Die im Projekt untersuchten variablen Marker (inklusive der Standard-Genregion für molekulares Barcoding, cox1) sollen auf ihre Eignung für die molekulare Artbestimmung untersucht werden. Die Ergebnisse sind die Entscheidungsgrundlage für die Auswahl einer offiziellen Barcoding-Region für Falsche Mehltaupilze. Die Sequenzdaten werden in BOLD (Barcode of Life Data Systems) hinterlegt werden. Um die Untersuchungen zu ermöglichen, wird die umfangreiche Sammlung des Antragstellers durch frische Aufsammlungen aus verschiedenen Gebieten vervollständigt werden.

Peronospora ist die wichtigste Gattung der pflanzenparasitischen Falschen Mehltaupilze (Peronosporales, Oomyzeten) in Bezug auf Artenzahl und Anzahl von betroffenen Angiospermen-Wirten. Sie enthält Parasiten von wichtigen Nutz- und Kulturpflanzen. Trotz ihrer ökonomischen und ökologischen Bedeutung waren viele Aspekte zur Evolution, Stammesgeschichte, Wirtsspektrum, Artbildung und zuverlässige Artbestimmung im Detail nicht ausreichend untersucht bzw. unbekannt.Ein wesentliches Ergebnis des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines zuverlässigen molekularen Identifikationssystems von Peronospora Arten ("Molekulares Barcoding") mit drei Genmarkern (ITS, cox1, cox2), wobei cox1 und cox2 eine sehr zuverlässige Artbestimmung ermöglichen. Arten, die mit morphologischen Merkmalen nicht sicher bestimmt werden können, sind nun mit DNA-Sequenzen eindeutig bestimmbar. Sequenzdaten von mehr als 700 gut dokumentierten Aufsammlungen von ca. 200 Peronospora Arten wurden am Barcode of Life Data Systems (BOLD) hinterlegt. Diese frei zugängliche Online-Ressource wird ein wichtiger Referenzstandard zur zuverlässigen Artbestimmung von Peronospora für ein weites Spektrum an Anwendern (z. B. Phytopathologen, Quarantäneinspektoren, Landwirtschaft, Gartenbau) sein.Um die Verwandtschaftsbeziehungen und evolutionäre Muster (Wirts-Parasitenbeziehungen, Artbildung) zu untersuchen, wurden Multigen-Analyse mit 6 Genen von 200 Peronospora Arten durchgeführt. Diese Untersuchungen ergaben ein häufiges evolutionäres Wechseln zu unverwandten Wirten, und Ko-phylogenie zwischen Wirten und Parasiten konnte nicht nachgewiesen werden. Häufige evolutionäre Wirtswechsel in Verbindung mit hoher Wirtsspezifität sind für die rasche Artbildung und die hohe Artenzahl in Peronospora hauptverantwortlich.Eine hohe Wirtsspezifität für die meisten Peronospora Arten konnte bestätigt werden, und sie sind meist auf nur einen oder wenige nahe verwandte Wirte beschränkt. In einigen Fällen wurden mehr als eine Peronospora Art auf demselben Wirt gefunden. Es zeigte sich auch, dass viele traditionell gefasste Arten aus mehreren, oft gar nicht näher verwandten Arten bestehen, was eine Revision der Arten und eine Neuklassifikation notwendig macht. Dies wurde bzw. wird derzeit für einige Gruppen durchgeführt. Außerdem wurden einige Peronospora Arten aufgrund der molekularphylogenetischen Ergebnisse in die Gattung Hyaloperonospora überführt. Viele Arten können morphologisch nicht eindeutig bestimmt werden (kryptische Arten), und die Biodiversität ist viel höher als gemeinhin angenommen. Neue Arten wurden entdeckt und beschrieben und Artkonzepte geklärt, was vielfach wichtige Bedeutung für Phytopathologie und Quarantänemaßnahmen hat. Ein wichtiges Beispiel sind etwa die Peronospora Arten auf Mohn (Papaver), die genauer untersucht wurden. Vom Schlafmohn (Papaver somniferum) wurde eine neue Art beschrieben, die schwere Schäden an Mohnkulturen verursacht und deshalb hohe Relevanz für die Mohnproduktion hat.