Phylogenetik & Biogeographie von Nicotiana Sekt. Suaveolente

Die Gattung Nicotiana zählt zur Pflanzenfamilie der Solanaceae (Nachtschattengewächse) die von hoher wirtschaftlicher Bedeutung ist. Die Familie der Nachtschattengewächse umfasst einige sehr wichtige Nutzpflanzen (z.B. Kartoffel Solanum tuberosum, Tomaten Solanum lycopersicum, Melanzani Solanum melongena, Paprika und Chilis Capsicum spp., Tabak Nicotiana spp.) sowie Zierpflanzen (z.B. Petunia spp.). In diesem Projekt wird die Sektion Suaveolentes der Gattung Nicotiana untersucht. Der Großteil der Arten dieser Sektion ist in Australien endemisch. Die Sektion Suaveolentes ist wahrscheinlich das Ergebnis von natürlicher Allopolyploidie; die Hybridisation zwischen zwei nicht sehr nahe miteinander verwandten Arten gefolgt von einer Verdoppelung des gesamten Genoms. Mit der Evolution neuer Arten der Gattung Nicotiana Sektion Suaveolentes und der Reduktion der Chromosomenzahl, besetzten diese das trockene Innere von Zentral- und Südaustralien, wo sie heute am vielfältigsten sind. Gegenwärtig existieren jedoch zwei grundlegend unterschiedliche Erklärungen für die aktuelle Verteilung von Nicotiana Sektion Suaveolentes in Australien. Nach Meinung australischer Forscher ist der Vorfahre von Nicotiana Sektion Suaveolentes, wie fast alle anderen australischen Pflanzengruppen, etwa 20 Millionen Jahre alt und war früher auf dem ganzen Kontinent verbreitet, lange bevor die Aridifizierung vor sieben Millionen Jahren begann. In diesem Szenario sind die gegenwärtigen Verteilungsmuster der modernen Arten auf die Vikarianz über 20 Millionen Jahre zurückzuführen. Im Gegensatz dazu, neuere Forschungen, basierend auf Analysen der molekulare Uhr und wenigen Arten der Sektion Suaveolentes, ergaben, dass das Alter der Sektion nur sechs Millionen Jahre beträgt. Die Ausbreitung in die Eremäische Zone begann erst vor zwei Millionen Jahren. Um diese zwei verschiedenen Meinungen über die Verteilung der Sektion in der Eraemäischen Zone zu testen, erstreben wir, einen gut aufgelösten phylogenetischen Baum für die 45 Arten der Sektion Suaveolentes mit Nicotiana africana als Außengruppe zu erstellen. Wir beabsichtigen die Verwendung einer DNA-Sequenziertechnik mit hohem Durchsatz. Diese Methode wird uns zehntausende variable Stellen liefern, von denen erwartet wird, dass sie großes Potential für eine Artabgrenzung sowie zur Klärung phylogenetischer Fragestellungen haben. Um die evolutionären Details und Prozesse dieser Gruppe besser zu verstehen, wird eine Analyse auf Populationsniveau, basierend auf derselben Methode, durchgeführt. Diese Informationen werden verwendet, um die historische Demografie dieser Gruppe einschließlich Datierung zu untersuchen, was Hinweise auf die Verbreitung der Sektion Suaveolentes, sowie auf Variationen der Populationsgrößen und des Genflusses geben wird. Gut aufgelöste phylogenetische Verwandtschaftsbeziehungen werden auch das biogeographische Muster und die Veränderungen der Chromosomenzahlen und Genomgrößen in der Sektion Suaveolentes klären.

Mit Unterstützung durch Experten (Taxonomie und Feldforschung der Gattung Nicotiana), welche das benötigte Material aus Australien zu Verfügung stellten, konnte durch dieses Projekt ein wichtiger Beitrag für die Öffentlichkeit geleistet werden. Im Quarantäne-Gewächshaus der Kew Royal Botanic Gardens wurden Pflanzen mittels des gesammelten Saatguts gezogen und vermehrt. Die Setzlinge wurden sorgfältigst untersucht, teilweise neue Arten beschrieben und deren morphologischen Merkmale durch das Erstellen von Zeichnungen festgehalten. Die Laborarbeit wurde von qualifiziertem Personal der Abteilung für Systematik und Evolutionsbotanik durchgeführt, die Auswertung und Analyse der generierten Daten durch einen am Projekt beteiligten Postdoc. Die Beiträge der im Projekt Involvierten ermöglichte die Veröffentlichung der Ergebnisse des Projekts, welche Raum für zukünftige Arbeit innerhalb der Gattung Nicotiana und anderen Pflanzengruppen schaffen.