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Phylogenie und Divergenz der arbuskulären Mykorrhizapilze und Geosiphon pyriformis

Schwarzott, Daniel :
Phylogenie und Divergenz der arbuskulären Mykorrhizapilze und Geosiphon pyriformis.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2004)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Phylogenie und Divergenz der arbuskulären Mykorrhizapilze und Geosiphon pyriformis
Language: German
Abstract:

Es wurde schon früher vermutet, dass Geosiphon pyriformis, der Pilzpartner in der einzig bekannten Endosymbiose zwischen Pilz und Cyanobakterien, zur Ordnung Glomerales (Zygomycota) gehören könnte. Die Glomerales umfassten bisher ausschließlich arbuskuläre Mykorrhizapilze (AM-Pilze), allerdings fehlte neben dem Nachweis von Zygosporen, welche das Hauptmerkmal der Zygomycota bilden, auch der umfassende Nachweis des Merkmals „Arbuskelbildung in Pflanzenwurzeln“ für die Arten in dieser Ordnung. Wegen der Unsicherheiten in der morphologischen Zuordnung wurde versucht, die phylogenetische Struktur der Glomerales auf molekularer Ebene zu untersuchen, und nähere Informationen über die Verwandtschaft von Geosiphon pyriformis zu den AM-Pilzen zu erhalten. Zunächst wurde eine verlässliche Methode entwickelt, mit der das fast vollständige 18S rRNA-Gen aus Einzelsporen von AM-Pilzen analysiert werden konnte. Durch die Methode gelang es, das 18S rRNA-Gen von über 40% der bisher beschriebenen AM-Pilzarten zu charakterisieren. Mit den eigenen Daten und über 160 18S rDNA-Sequenzen der Pilzphyla Chitridiomycota, Zygomycota, Ascomycota und Basidiomycota aus Datenbanken wurde eine Datenmatrix angefertigt, um die phylogenetische Stellung der AM-Pilze und Geosiphon pyriformis innerhalb des Reiches Fungi zu untersuchen. Die Analysen zeigten, dass die AM-Pilze und Geosiphon pyriformis eine monophyletische Einheit bilden, die von allen anderen höheren Taxa abgetrennt werden kann. Aus diesem Ergebnis resultierte die formale Errichtung und Beschreibung eines neuen Pilzphylums, die Glomeromycota. Innerhalb des Phylums Glomeromycota wurden zusätzlich zu der bestehenden Ordnung Glomerales drei neue Ordnungen beschrieben. Es sind dies die Diversisporales, die Paraglomerales und die Archaeosporales, zu der auch Geosiphon pyriformis gehört. Neben der Stellung der AM-Pilze im Reich Fungi wurde auch die Familienstruktur innerhalb der Glomeromycota analysiert. Dabei zeigte sich, dass die Gattung Glomus nicht monophyletisch ist. Insgesamt bildet diese Gattung mindestens vier Gruppen, welche untereinander genetische Distanzen zeigen, die vergleichbar sind mit den Distanzen zwischen den gut abgesicherten Glomeromycota-Familien Acaulosporaceae und Gigasporaceae. Weiterhin wird Geosiphon pyriformis (Geosiphonaceae) in der 18S rDNA-Analyse eindeutig zu den Archaeosporaceae (Archaeosporales) gestellt. Aus den Daten ergibt sich die Forderung nach der Aufstellung neuer Familien innerhalb der Glomeromycota; eine formale Errichtung bedarf jedoch weiterer morphologischer und molekularer Daten. Nach der phylogenetischen Analyse wurde versucht, aus den charakterisierten Sequenzen molekulare Sonden spezifisch für die Archaeosporales und für Geosiphon abzuleiten. Mit Hilfe dieser Sonden sollte untersucht werden, ob Geosiphon auch mit Pflanzen eine AM-artige Symbiose eingehen kann. Es gelang, spezifische PCR-Primer abzuleiten, und diese an Pflanzenmaterial vom Geosiphon-Standort zu testen. Zwar wurden tatsächlich bei einigen Pflanzenproben Geosiphon-Sequenzen nachgewiesen, jedoch waren mit den benutzten Methoden bisher noch keine gesicherten Aussagen möglich, ob der Pilz tatsächlich innerhalb des Pflanzengewebes vorkommt. Es konnte nicht ausgeschlossen werden, dass außen an den Proben anhaftende Kontaminationen für den positiven Nachweis verantwortlich waren.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
It had been suggested, that Geosiphon pyriformis, the fungal partner in the only known endosymbiosis between fungus and cyanobacteria, belongs to the order Glomerales (Zygomycota), a taxon which comprises exclusively arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. However, the main morphological criteria of the Zygomycota, the formation of zygospores had not been observed for any AM fungus and one of the main characters for the Glomerales, i.e. formation of arbuscules in plant root cortical cells, has not been shown for all species assigned to the order. Because of this uncertainty from morphological characterisation, the aim of this work was to solve the phylogenetic position of the fungi in the order Glomerales at a molecular level and to resolve whether or not Geosiphon pyriformis is related to the AM fungi. The first step was the development of a reliable method to amplify the almost complete 18S rRNA gene from a single AM fungi spore. With the method described in this thesis, the 18S rRNA gene of about 40% of all known AM fungi species was analysed. With this data and more than 160 18S rDNA sequences of Chytridiomycota, Zygomycota, Ascomycota and Basidiomycota from public databases the phylogenetic position of the AM fungi and Geosiphon pyriformis in the kingdom Fungi was analysed. The calculations showed that the AM fungi and Geosiphon pyriformis form a monophlyletic clade separate from all other higher fungal taxa. From these data a new fungal phylum was formally described, the Glomeromycota. Within the phylum Glomeromycota also three new orders were described, besides the already existing order Glomerales. These new orders are the Diversisporales, the Paraglomerales and the Archaeosporales, the latter containing Geosiphon pyriformis. The family structure within the Glomeromycota was also analysed. It was shown, that the genus Glomus is non-monophyletic. This genus consists at least of four different groups which exhibit genetic distances among each other that are comparable with the ones found between well described glomeromycotan families Acaulosporaceae and Gigasporaceae. The 18S rDNA data showed further that Geosiphon pyriformis (Geosiphonaceae) is unquestionably grouped with the Archaeosporaceae (Archaeosporales). From the data of this work the erection of new families within the Glomeromycota is required, but for a formal description more morphological and molecular data are needed. After the phylogenetic analyses the characterised sequences were used to design molecular probes specific for the Archaeosporales and Geosiphon. With the help of such probes the aim was to examine if Geosiphon is able to form an AM-like symbiosis with plants. Specific probes were developed and tested on plant material from the habitat of Geosiphon. Actually, some plant sample led to the detection of Geosiphon sequences, but with the methods used, there is no certainty that this fungus actual lives symbiotically within plant tissue. It could not be excluded that contaminating fungal material was attached on the surface of the plant samples.English
Uncontrolled Keywords: Glomeromycota, Diversisporales, Glomerales, Archaeosporales
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Glomeromycota, Diversisporales, Glomerales, ArchaeosporalesGerman
Glomeromycota, Diversisporales, Glomerales, ArchaeosporalesEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:49
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000397
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-3970
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Schüßler, PD Dr. Arthur and Kluge, Prof. Dr. Manfred
Advisors: Schüßler, PD Dr. Arthur
Refereed: 7 November 2003
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/397
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