SSK-DNA-Projekt 2005

Anfang 2005 entschieden wir uns für die Durchführung von für DNA-Analysen. Am Institut für Spezielle Botanik der Friedrich-Schiller-Universität Jena fanden wir interessierte Wissenschaftler für unser Vorhaben. Da noch relativ wenige detaillierte molekulare Studien über südamerikanische Kakteen vorlagen, auf die zurück gegriffen werden konnte, mussten zunächst die Grundlagen für DNA-Analysen an Kakteen erweitert werden. In einer Pilotstudie mit 36 Pflanzenproben wurde untersucht, ob DNA-Sequenzierungen bei Kakteen zuverlässige Ergebnisse im Hinblick auf ihre verwandtschaftlichen Beziehungen liefern können.

Nach erfolgreicher Etablierung einer geeigneten Methode konnte ein erster, vorläufiger Stammbaum mit einem Chloroplastenmarker (atpB-rbcL IGS) erstellt werden. Für eine seriöse Auswertung erwies sich der eingesetzte Marker jedoch als unzureichend. Ein zweiter Marker (trnL-trnF IGS) wurde eingesetzt und der Stammbaum überarbeitet. Außerdem hatte sich gezeigt, dass die bisherige Auswahl der Gattungen nicht ausreichte, um sichere Aussagen über ihre Verwandtschaft zueinander zu machen. Es war nötig, alle Tribus und Subtribus der relevanten Stammbaumabschnitte in die Analysen einzubeziehen. Hierfür wurden 44 weitere Taxa für die Untersuchungen ausgewählt (hauptsächlich Säulenkakteen).

Durch diese Maßnahmen konnte ein erheblich verbesserter Stammbaum rekonstruiert werden. Dennoch ließen die Daten noch keine endgültigen Schlüsse zu, da viele Äste in der Nähe der Wurzel schlechte statistische Unterstützungen hatten. Der noch immer vorläufige Baum deutete darauf hin, dass Trichocereeae, Browningieae, Notocacteae und Cereeae keine natürlichen Gruppen seien. Es ließen sich aber keine gesicherten Aussagen machen, ob dies tatsächlich so sei oder ob dies nur an der schlechten Auflösung der molekularen Marker läge. Das gleiche Problem bestand bei den Gattungen Rebutia (sensu Backeberg), Sulcorebutia und Weingartia. Zulässig waren zu diesem Zeitpunkt nur die Aussagen, dass Weingartia zwar nicht mit Gymnocalycium, aber sehr eng mit Cintia verwandt ist, dass Weingartia und Sulcorebutia enger miteinander verwandt sind als beide mit Rebutia, und dass es zwei Gruppen von Rebutien gibt. Es war unabdingbar, einen dritten Marker für alle bisher bearbeiteten Proben einzusetzen. Dieser dritte Marker (trnK-rps16 IGS) wurde vom Institut für Spezielle Botanik der Universität Jena entwickelt und für unsere Zwecke zum ersten Mal eingesetzt. Außerdem wurden weitere 18 Taxa einbezogen.

Mitte 2006 gab es endgültige Stammbäume. Insgesamt waren 98 Taxa mit 3 Markern untersucht worden, von denen 87 ein brauchbares Ergebnis brachten.

Der Forschungsbericht wurde im August 2007 im American Journal of Botany veröffentlicht:

Ritz, C. M., Martins, L., Mecklenburg, R., Goremykin, V., Hellwig, F. H. (2007): The molecular phylogeny of Rebutia (Cactaceae) and its allies demonstrates the influence of paleogeography of the evolution of South American mountain cacti. American Journal of Botany: 94 (8):1321-1332).

Artikel: American Journal of Botany

SSK-Kontakt: Dr. Christiane Ritz Christiane.Ritz@senckenberg.de

Die wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeit, die in einen biogeographischen Zusammenhang gestellt wurden, sind:

Die Gattung Rebutia ist nicht monophyletisch, da Rebutia s.s. getrennt von Aylostera und Mediolobivia in den Stammbäumen erscheint.
Die Gattungen Sulcorebutia, Weingartia und Cintia sind sehr eng miteinander verwandt.
Die Gattungen Gymnocalycium und Weingartia sind nicht enger miteinander verwandt.
Die cephalientragenden Kakteen (z.B. Arrojadoa, Coleocephalocereus, Micranthocereus, Melocactus, Discocactus) aus den Bergregionen in Nordostbrasilien sind eng miteinander verwandt und deutlich von den andinen Kakteen getrennt.
Diese Zweiteilung zwischen andinen und nordostbrasilianischen Kakteen könnte durch die Andenhebung und die damit verbundenen Meereseinströmungen auf den südamerikanischen Kontinent während des Miozäns verursacht worden sein.

Vorgestellt wurden Teilergebnisse der Studie in Posterform unter dem Titel "Rebutia and its allies - a phylogenetic study of South American cacti" auf dem 29. Kongress der International Organization for Succulent Plant Study in Zürich (17.-21.09.2006) und auf dem 17. Internationalen Symposium (Biodiversity and Evolutionary Biology) der Deutschen Botanischen Gesellschaft in Bonn (24.-28.09.2006).

Dieses Projekt wurde mit Spenden teilfinanziert und mit öffentlichen Mitteln vom Freistaat Thüringen gefördert. Darüber hinaus beteiligte sich das Institut für Spezielle Botanik der Universität Jena an den Kosten.

Weingartia cintiensis

Lobivia lateritia

Weingartia purpurea

Alle Fotos auf dieser Website © Ingrid&Rainer Mecklenburg

Neowerdermannia vorwerckii

Lobivia tiegeliana

Weingartia westii

In unseren Untersuchungen verwenden wir für alle Taxa die Nomenklatur nach Anderson (2005)ANDERSON, E. F. 2005. Das große Kakteenlexikon. Eugen Ulmer, Stuttgart., außer für die Gattung Weingartia , deren Nomenklatur Augustin und Hentzschel (2002) AUGUSTIN, K. und G. HENTZSCHEL. 2002. Die Gattung Weingartia Werdermann. Gymnocalycium 15: 453-472. entnommen ist. ('Geläufiger Name')

Die untersuchten Pflanzen sind in Übereinstimmung mit dem Washingtoner Artenschutzübereinkommen (CITES) herangezogen oder erworben worden. Sie sind Nachzuchten unserer Mitglieder aus Samen von dokumentierten Standorten oder wurden dem Botanischen Garten der Universität Jena entnommen oder von den Kakteengärtnereien Knebel (Bad Ems), Köhres (Erzhausen) und Piltz (Düren) gespendet oder von Haage (Erfurt) und Uhlig (Kernen) gekauft. Das Pflanzenmaterial befindet sich zu Dokumentationszwecken oder zur weiteren Beobachtung in der Sukkulentensammlung des Botanischen Gartens der Universität Jena.

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