Evolutionary patterns and processes in the genus Potentilla L. (Rosaceae) [Elektronische Ressource] / presented by Juraj Paule

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Evolutionary patterns and processes in the genus Potentilla L. (Rosaceae) Dissertation Juraj PAULE 2010  Dissertation submitted to the Combined Faculties for Natural Sciences and for Mathematics of the Ruperto‐Carola University of Heidelberg, Germany for the degree of Doctor of Natural Sciences  presented by                         Mgr. Juraj PAULE, M.Sc. born in Zvolen, Slovakia Oral examination: 23 July 2010      Evolutionary patterns and processes  in the genus Potentilla L. (Rosaceae)                           Referees: Prof. Dr. Marcus A. Koch Prof. RNDr. Karol Marhold, CSc.    to my family  Contents  CONTENTS..........................................................................................................................................7 SUMMARY.........................................................................................................................................11 ZUSAMMENFASSUNG..................................................................................................................13 INTRODUCTION.............................................................................................................................15 1.1 SOURCES OF PLANT VARIATION AND EVOLUTION...................................................................15 1.2 HYBRIDISATION, POLYPLOIDISATION AND APOMIXIS........

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Ajouté le 01 janvier 2010
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Langue English
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Evolutionary patterns and processes
in the genus Potentilla L. (Rosaceae)
Dissertation
Juraj PAULE
2010 
 
Dissertation 
submitted to the 
Combined Faculties for Natural Sciences and for Mathematics 
of the Ruperto‐Carola University of Heidelberg, Germany 
for the degree of 
Doctor of Natural Sciences  
presented by 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mgr. Juraj PAULE, M.Sc. 
born in Zvolen, Slovakia 
Oral examination: 23 July 2010   
 
 
 
Evolutionary patterns and processes  
in the genus Potentilla L. (Rosaceae) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referees: 
Prof. Dr. Marcus A. Koch 
Prof. RNDr. Karol Marhold, CSc.














 
 
 
to my family 
Contents 

CONTENTS..........................................................................................................................................7 
SUMMARY.........................................................................................................................................11 
ZUSAMMENFASSUNG..................................................................................................................13 
INTRODUCTION.............................................................................................................................15 
1.1 SOURCES OF PLANT VARIATION AND EVOLUTION...................................................................15 
1.2 HYBRIDISATION, POLYPLOIDISATION AND APOMIXIS..............................................................16 
1.3 POTENTILLA AS A RESEARCH TARGET.......................................................................................17 
1.4 OVERVIEW OF THE CHAPTERS...................................................................................................18 
1.5 REFERENCES...............................................................................................................................19 
A COMPREHENSIVE CHLOROPLAST DNA‐BASED PHYLOGENY OF THE GENUS 
POTENTILLA (ROSACEAE): IMPLICATIONS FOR ITS GEOGRAPHIC ORIGIN, 
PHYLO‐GEOGRAPHY AND GENERIC CIRCUMSCRIPTION.............................................23 
2.1 INTRODUCTION..........................................................................................................................23 
2.2 MATERIAL AND METHODS........................................................................................................25 
2.2.1 Plant material......................................................................................................................25 
2.2.2 DNA extraction...................................................................................................................26 
2.2.3 PCR and DNA sequencing.................................................................................................26 
2.2.4 Phylogenetic reconstruction................................................................................................27 
2.2.5 Molecular clock estimates....................................................................................................28 
2.2.6 Biogeography....29 
2.2.7 Diversity........30 
2.3 RESULTS......................................................................................................................................30 
2.3.1 Sequence variation...............................................................................................................30 
2.3.2 Phylogenetic relationships...................................................................................................31 
2.3.4 Diversification in time.........................................................................................................35 
2.3.5 Biogeography.......................................................................................................................35 
2.4 DISCUSSION.40 
2.4.1 Phylogenetic relationships and taxonomic implications.....................................................40 
2.4.2 Biogeographic and evolutionary history..............................................................................43 
2.4.2.1  history of the Potentillinae and Potentilla s.str...........................44 
2.4.2.2 The colonization of North America........................................................................45 
2.4.2.3 Biogeography of the Potentilla core group............................................................47 
2.4.2.4 The fossil record47 
2.4.2.5 Pliocenic radiations...................................................................................................49 
2.5 CONCLUSIONS............................................................................................................................50 
2.6 REFERENCES...............................................................................................................................51 
POLYPLOIDY IN POTENTILLA ARGENTEA L. GROUP........................................................57 
3.1 INTRODUCTION..........................................................................................................................57 
3.2 MATERIAL AND METHODS........................................................................................................60 
3.2.1 Plant material......................................................................................................................60 
73.2.2 Chromosome counts and DNA ploidy level estimation.......................................................60 
3.2.3 DNA extraction...................................................................................................................61 
3.2.4 CpDNA amplification and sequencing...............................................................................61 
3.2.5 AFLP analysis.....................................................................................................................62 
3.2.6 Data Analyses......................................................................................................................63 
3.2.6.1 Chloroplast sequence data analysis and phylogenetic inference.......................63 
3.2.6.2 AFLP data analyses...................................................................................................63 
3.3 RESULTS......................................................................................................................................65 
3.3.1 DNA ploidy level and cytotype distribution.......................................................................65 
3.3.2 CpDNA sequence data and haplotype distribution.............................................................66 
3.3.2  ce data and  67 
3.3.3 AFLP analyses68 
3.3.3.1 Strong genetic division of cytotypes68 
3.3.3.2 Population genetic structure and diversity...........................................................72 
3.3.3.3 Clonal assignment analysis and genotypic variability of populations..............72 
3.4 DISCUSSION.78 
3.4.1 Ploidy differentiation...........................................................................................................78 
3.4.2 Origin of polyploid cytotypes..............................................................................................79 
3.4.3 Reproductive modes and population genetic structure.......................................................80 
3.4.4 Phylogeographic implications82 
3.4.5 Taxonomic assumptions......................................................................................................84 
3.5 CONCLUSIONS............................................................................................................................85 
3.6 REFERENCES...............................................................................................................................85 
HYBRIDISATION IN THE GENUS POTENTILLA – A CASE STUDY OF P. ALPICOLA.......93 
4.1 INTRODUCTION..........................................................................................................................93 
4.2 MATERIAL AND METHODS........................................................................................................95 
4.2.1 Plant material......................................................................................................................95 
4.2.2 Chromosome counts and DNA ploidy level estimation.......................................................96 
4.2.3 DNA extraction...................................................................................................................96 
4.2.4 CpDNA amplification and sequencing...............................................................................96 
4.2.5 AFLP analysis.....................................................................................................................97 
4.2.6 Data Analyses98 
4.2.6.1 Chloroplast sequence data analysis and phylogenetic inference.......................98 
4.2.6.2 AFLP data analyses...................................................................................................98 
4.3 RESULTS......................................................................................................................................99 
4.3.1 DNA ploidy levels...............................................................................................................99 
4.3.2 CpDNA sequence data and haplotype distribution...........................................................100 
4.3.3 AFLP analyses103 
4.3.3.1 Division among different taxonomic groups......................................................103 
4.3.3.2 Identity of Potentilla alpicola and P. collina individuals...................................107 
4.3.3.3 Genotypic/Clonal assignment analysis................................................................109 
4.4 DISCUSSION..............................................................................................................................111 
4.4.1 Origin of Potentilla collina group in central Alps............................................................111 
4.4.2 Multiple Hybrid Formation...............................................................................................113 
4.4.3 Taxonomic comments........................................................................................................114 
4.5 CONCLUSIONS..........................................................................................................................114 
8 4.6 REFERENCES.............................................................................................................................115 
ACKNOWLEDGEMENTS............................................................................................................120 
ENUMERATION OF OTHER RELATED PUBLICATIONS AND MEETING 
CONTRIBUTIONS.........................................................................................................................121 
PUBLICATIONS................................................................................................................................121 
MEETING CONTRIBUTIONS122 
APPENDICES...................................................................................................................................125 
9