Phylogenetic relationships and incidence of polyploidy in aquatic species of genus Ranunculus (Ranunculus sect. Batrachium) in Austria

Polyploidie tragt als evolutionarer Prozess zur Diversifizierung und Artbildung hoherer Pflanzen bei. Sie beeinflusst sowohl die genetische Struktur als auch den Phanotyp, und damit Okologie und Verbreitung, von Organismen. Dennoch ist Polyploidie in aquatischen Makrophyten wenig erforscht. Es wird vermutet, dass die Etablierung hoherer Ploidiegrade in Wasserpflanzen, die einen erhohten Bedarf speziell von Nitraten und Phosphaten zur DNS-Replikation aufweisen, von hoheren Nahrstoffkonzentrationen gefordert wird. Oft sind diese Konzentrationen in anthropogen beeinflussten Gewassern erhoht. Ranunculus sect. Batrachium ist ein exzellentes Modellsytem, um diese Zusammenhange zu analysieren. Die Sektion ist mit zehn Arten in Osterreich vertreten und fur einige davon sind mehrere Ploidiegrade bekannt. Hauptziel der Studie war es, die Haufigkeit von Polyploidie in diesen Arten zu analysieren und ihre phylogenetischen Beziehungen zu entwirren. Korrelationen zwischen erhohten Nahrstoffkonzentrationen, Landnutzungstyp und dem Auftreten hoherer Ploidiegrade wurden gepruft. Hierzu wurden Populationen in zahlreichen Gewassern Osterreichs beprobt. Weiters wurden phylogenetische, genetische und wasserchemische Daten genutzt, um den Einfluss von Polyploidie auf die Evolution dieser Pflanzengruppe in Beziehung zu Nahrstoffverfugbarkeit zu verstehen. Dazu wurde die Genomgrose von 116 Individuen von 36 Probestellen mittels Durchflusszytometrie bestimmt. Chromosomenzahlung bestatigen die Ploidiegrade von funf Arten. 35S und 5S rDNA Loci Signale wurden in sieben Arten und einem moglichen Hybriden mittels FISH lokalisiert. Phylogenetische Beziehungen wurden durch die Analyse von Plastid- (rpl32-trnL, rps16-trnK) und Nuklear- (ITS1, ITS2) rDNA Regionen ermittelt. Fur alle beprobten Wasserkorper wurde die Landnutzung ihrer Umgebung, Nitrat-, Nitrit-, Phosphatkonzentrationen und elektrische Leitfahigkeit (EC) bestimmt. Eine Basis-Chromosomenzahl von x = 8 in allen untersuchten Arten wurde bestatigt, vier verschiedene Ploidiegrade (2x, 3x, 4x, 6x) gefunden. Zwei Arten waren ausschlieslich diploid, je vier waren mit einer (hoheren) bzw. mehreren Ploidiegraden vertreten. Signifikante interspezifische Genomgrosen-Variationen innerhalb der Ploidiegrade aller untersuchten Arten wurden eruiert. Arten mit mehreren Ploidiegraden erfuhren Genomverkleinerungen mit steigender Ploidie. Die meisten Arten besasen je einen 5S und 35S rDNA Lokus pro monoploidem Genom. Tetraploider R. baudotii und ein moglicher Hybrid wiesen eine verringerte 35S rDNA Loci Zahl auf. Alle analysierten Arten waren derart nah verwandt, dass sich nur eine schlechte Auflosung der phylogenetischen Baume ergab. Wahrend sich die isolierte phylogenetische Lage von diploidem R. circinatus und R. rionii bestatigte, fand sich R. trichophyllus in mehreren Subkladen. Dies steht in Einklang mit der hohen phanotypischen und genetischen Variabilitat der Art. An den meisten Standorten wurden niedrige Nahrstoffkonzentrationen gemessen. Es konnten weder Korrelationen zwischen Landnutzung und Nitrat-, Nitrit-, Phosphat-konzentration und EC der Gewasser, noch zwischen Genomgrose (1C-Wert) und Nitrat-, Nitrit-konzentration oder EC gefunden werden. Eine signifikant negative Korrelation zwischen Genomgrose und Phosphatkonzentration wurde nachgewiesen. Das Auftreten von Polyploidie innerhalb und zwischen Arten, die hohe genetische Diversitat und mogliche Hybridisierung verschiedener Arten liesen keine klare Art-Abgrenzung zu. Diese Muster legen nahe, dass das Auftreten von Polyploidie in aquatischen Makrophyten nicht ausschlieslich von Landnutzung und wasserchemischen Parametern abhangt.