The biodiversity of apomictic polyploid plants: the Ranunculus auricomus complex (DFG Project, SPP TaxonOMICS, 2017-2020)

Polyploidy and hybridization are important processes in plant evolution, and often are connected to reproduction via asexually formed seed (apomixis). Apomictic polyploid complexes usually comprise a few sexual progenitor species, and numerous apomictic hybrid derivatives. In apomictic lineages the lack of recombination and cross-fertilization can eventually result in numerous clonal hybrid lineages, which can fix certain morphological and ecological traits. However, facultative sexuality and crossings between lineages results in the formation of numerous morphological phenotypes, which have been traditionally described as agamospecies without regarding any evolutionary or genetic background. To overcome this solely descriptive and impracticable classification of ill-founded entities, the project aiming at a classification concept based on evolutionary concepts that are better comparable to sexual plant species. We will analyze the Eurasian Ranunculus auricomus complex (>830 described morphospecies) by using a combination of methods: (1) a combination of two innovative next-generation sequencing methods, ie. target enrichment of nuclear genes combined to plastid genome skimming (Hyb-Seq) and restriction site-associated DNA sequencing (RAD-seq). Target enrichment of a subset of nuclear genes is expected to resolve the phylogenetic framework of sexual progenitor species and parentage of hybrid derivatives, while RAD-seq will be used to analyze post-origin evolution, genetic stability and diversity within and among apomictic lineages; (2) flow cytometry will be used to determine ploidy levels and degree of facultative sexuality via flow cytometric seed screening (FCSS); (3) digital imaging of plants, geometric morphometrics and multivariate statistical analysis will be used to objectively assess morphological differentiation among taxa and diversity within taxa. Classification will be based on a combination of results to recognize only established evolutionary units as species. Collaborations with other projects include the development of a comprehensive species concept for classification of asexual organisms and for plant polyploid complexes, and methodical aspects.



Polyploidie und Hybridisierung stellen wichtige Prozesse in der Pflanzenevolution dar, und sind oft mit Fortpflanzung mittels asexueller Samenproduktion verbunden (Apomixis). Apomiktische Polyploid-Komplexe umfassen einige wenige sexuelle Arten, und zahlreiche Hybriden-Derivate. In apomiktischen Hybriden kann das Fehlen von Rekombination und Kreuzbefruchtung zur Entstehung zahlreicher klonaler Linien führen, die bestimmte morphologische und ökologische Eigenschaften genetisch fixieren. Durch fakultative Sexualität und Kreuzungen können daher unzählige morphologische Phänotypen entstehen, die traditionell als Arten beschrieben worden sind. Um diese typologische und impraktikable Taxonomie zu überwinden, zielt das Projekt darauf, evolutionäre Einheiten zu klassifizieren, die mit sexuellen Arten besser vergleichbar sind. Wir werden den eurasiatischen Ranunculus auricomus-Komplex (>830 beschriebene Artn) mit einer Kombination von Methoden analysieren: (1) eine Anwendung von zwei genomischen Methoden (target enrichment und restriction site associated DNA sequencing, RAD-seq). Bei Target enrichment wird ein ausgesuchtes subset von Kern-Genen sequenziert, um das phylogenetische Grundgerüst des Komplexes zu rekonstruieren. RAD-seq verwendet eine Vielzahl anonymer Marker aus dem gesamten Genom, um die Evolution und genetische Diversität innerhalb und zwischen apomiktischen Linien zu analysieren. (2) Durchflusszytometrie wird verwendet, um Ploidiestufen und Grad der fakultativen Sexualität anhand von Samen zu erfassen. (3) Digitalisierte Bildgebung der Pflanzen, verbunden mit geometrischer Morphometrie, wird die Unterschiede und Diversität im Phänotyp objektiv erfassen. Die Klassifizierung der Arten wird auf einer Kombination der Ergebnisse beruhen, um etablierte evolutionäre Linien als Arten zu erfassen. In Zusammenarbeit mit anderen Forschergruppen wird ein umfassendes Artkonzept erstellt und methodische Aspekte verbessert werden.

[PI: Prof. Elvira Hörandl]