Ling, Ka Ho. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2008. / Includes bibliographical references (leaves 124-157). / Abstracts in English and Chinese. / Acknowledgement --- p.ii / Abstract --- p.iv / 摘要 --- p.vii / Table of content --- p.ix / List of figures --- p.xiii / List of tables --- p.xv / Abbreviations --- p.xvi / Chapter 1 --- Food authentication --- p.1 / Chapter 1.1 --- Introduction and definition --- p.1 / Chapter 1.2 --- Importance of species identification in food authentication --- p.3 / Chapter 1.3 --- Methods for species identification in food authentication --- p.8 / Chapter 1.4 --- Legislation --- p.17 / Chapter 1.5 --- Objectives --- p.19 / Chapter 2 --- Molecular authentication and antitussive bioassay of Stemona root (Baibu) and root of Asparagus filicinus (Xiao-baibu) --- p.20 / Chapter 2.1 --- Introduction --- p.20 / Chapter 2.2 --- Materials and methods --- p.22 / Chapter 2.3 --- Results --- p.34 / Chapter 2.4 --- Discussion --- p.40 / Chapter 2.5 --- Conclusions --- p.44 / Chapter 3 --- Rapid detection of oilfish and escolar in fish steaks: a tool to prevent keriorrhea episodes --- p.45 / Chapter 3.1 --- Introduction --- p.45 / Chapter 3.2 --- Materials and methods --- p.49 / Chapter 3.3 --- Results --- p.59 / Chapter 3.4 --- Discussion --- p.69 / Chapter 3.5 --- Conclusions --- p.75 / Chapter 4 --- Widespread adulteration of crocodile meat with python and water monitor meats --- p.76 / Chapter 4.1 --- Introduction --- p.76 / Chapter 4.2 --- Materials and methods --- p.78 / Chapter 4.3 --- Results --- p.89 / Chapter 4.4 --- Discussion --- p.96 / Chapter 4.5 --- Conclusions --- p.100 / Chapter 5 --- Authentication of dried and ready-to-eat hashima products --- p.101 / Chapter 5.1 --- Introduction --- p.101 / Chapter 5.2 --- Source species of hashima --- p.103 / Chapter 5.3 --- Materials and methods --- p.106 / Chapter 5.4 --- Results --- p.116 / Chapter 5.5 --- Discussion --- p.119 / Chapter 5.6 --- Conclusions --- p.121 / Chapter 6 --- General conclusions --- p.122 / Chapter 6.1 --- Key findings --- p.122 / Chapter 6.2 --- Applications and implications --- p.123 / Chapter 7 --- References --- p.124

Les angiospermes (ou plantes à fleurs) regroupent environ 350 000 espèces ayant divergé il y a 150 à 200 millions d’années en deux familles botaniques principales, les monocotylédones (les orchidées, les palmiers, les bananiers, les joncs, les graminées...) et les eudicotylédones (les Brassicaceae, les Rosaceae, les légumineuses...) représentant respectivement 20% et 75% des plantes à fleurs. Les angiospermes font l’objet de nombreux travaux de recherche, en particulier en génomique depuis 2000 avec le séquençage du premier génome de plantes (Arabidopsis thaliana) qui a précédé le décryptage des génomes d’un nombre important d’autres espèces modèles et/ou d’intérêt agronomique (environ 100 aujourd’hui). L’accès croissant à la séquence des génomes de plantes a permis de mettre à jour une importante diversité structurale de leur génome, en termes de taille physique, de nombre de chromosomes, de nombre de gènes et de richesse en éléments transposables. Les forces évolutives ayant permis une telle diversité structurale des génomes au cours de l’évolution sont au cœur des travaux de cette thèse. La paléogénomique se propose d’étudier à travers la reconstruction de génomes ancestraux, comment ces espèces ont divergé à partir d’ancêtres communs et quels mécanismes ont contribué à une telle plasticité de structure génomique. Dans cet objectif, les travaux de cette thèse ont mis en œuvre des méthodes basées sur la génomique comparée permettant l’étude de l’évolution structurale des génomes via la reconstruction des génomes ancestraux fondateurs des espèces modernes. Ainsi, un génome ancestral des angiospermes a été reconstruit constitué de 5 chromosomes et porteur de 6707 gènes ordonnés sur ceux-ci, permettant d’intégrer dans un même modèle les monocotylédones et les eudicotylédones et élucider leur histoire évolutive, notamment pour les espèces d’intérêt agronomique majeur telles que les céréales, les rosids et les Brassicaceae. L’inférence de ces génomes ancestraux des plantes modernes a permis l’identification et l’étude de l’impact des évènements de polyploïdie (doublement génomique), ubiquitaires chez les plantes. Nous avons montré que les génomes tendent à revenir à une structure diploïde suite à un évènement de polyploïdie. Cette diploïdisation structurale se fait au niveau caryotypique (par le biais de réarrangements chromosomiques impliquant la perte des centromères et télomères ancestraux) mais aussi géniques (par le biais de pertes de gènes ancestraux en double copies). Il a été montré que cette perte se faisait préférentiellement sur un des sous-génomes post-polyploïdie, menant au phénomène de « dominance des sous-génomes ». Ces biais de plasticité structurale (on parle de compartimentation de la plasticité) se font différentiellement entre les espèces, les chromosomes, les compartiments chromosomiques mais aussi les types de gènes, aboutissant à la diversité structurale observée entre les génomes modernes de plantes. Ces travaux qui rentrent dans le cadre de la recherche fondamentale ont également un fort aspect appliqué à travers la recherche translationnelle en ayant permis de créer des passerelles entre les différentes espèces travaillées en agriculture. Le passage d’une espèce à une autre via les génomes ancestraux fondateurs reconstruits permet notamment le transfert de connaissances des gènes ou de régions d’intérêt des espèces modèles aux espèces cultivées. Les travaux de thèse, par la reconstruction d’ancêtres, permettent une comparaison de haute-résolution des génomes de plantes et in fine l’étude de leur plasticité acquise au cours de l’évolution, et revêtent donc à la fois un aspect fondamental (pour comprendre l’évolution des espèces) mais aussi appliqué (pour l’amélioration des espèces d’intérêt agronomique à partir des modèles). / Angiosperms (or flowering plants) consist in approximatively 350 000 species that have diverged 150 to 200 million years ago in two main families, monocots (orchids, palm trees, banana, bulrushes, grasses...) and dicots (Brassicaceae, Rosaceae, legumes...) representing respectively 20% and 75% of flowering plants. Angiosperms are the subject of intense researches, in particular in genomics since 2000 with the sequence release of the first plant genome (Arabidopsis thaliana) preceding a large number of genomes of plant models and/or species of agronomical interest (around 100 today). Increasing access to plant genome sequences has allowed the identification of their structural diversity, in terms of genome size, number of chromosomes and genes as well as transposable element content. The evolutionary forces that have shaped such structural genomic divergence are at the center of this thesis. Our paleogenomics approach will investigate, through ancestral genome reconstructions, how modern species have diverged from common ancestors and which mechanisms have contributed to such present-day genome plasticity. In this thesis, we have developed methods based on comparative genomics to study plant genome evolution and reconstruct ancestral genomes, extinct progenitors of the modern angiosperm species. An ancestral angiosperm genome has been reconstructed made of 5 chromosomes and 6707 ordered genes allowing the integration in the same model of monocots and eudicots and finally elucidating evolutionary trajectories for species of major agricultural interest such as cereals, rosids and Brassicaceae. The reconstructed paleohistory of modern flowering plants enabled the identification as well as the investigation of the impact of polyploidy events (WGD, whole genome duplications), ubiquitous in plants, as a major driver of the observed structural plasticity of angiosperms. We established that genomes tend to return to a diploid status following a polyploidy event. This structural diploidization is performed at the karyotypic level through chromosomal rearrangements (involving ancestral centromeres and telomeres losses) as well as the gene level (through ancestral duplicates loss). It has been shown that this diploidization is preferentially done on one of the post-polyploidy subgenome, leading to the "sub-genome dominance" phenomenon. This structural plasticity bias (also referenced as plasticity partitioning) is acting differentially between species, chromosomes, chromosomal compartments, gene types, resulting in the structural diversity observed between the present-day plant genomes. This thesis is clearly within the scope of fundamental researches but also has a strong applied objective through translational research in creating bridges between species of major relevance for agriculture. The comparison of one species to another through the reconstructed ancestral genomes allows transferring knowledge gained on genes or any region of interest from model species to crops. Paleogenomics, in reconstructing ancestral genome and unveiling the forces driving modern plant genome plasticity, is therefore of fundamental (toward understanding species evolution) but also applied (toward improving orphan species from knowledge gained in models) objectives.

Bien que les sexes séparés (dioecie) soient plus rares que chez les animaux, ∼15 600 espèces dioiques ont évolué chez les angiospermes (∼6% de l'ensemble des espèces). La manière dont le sexe de ces plantes est contrôlé est une question centrale de la biologie végétale, mais également de l'agronomie car de nombreuses plantes cultivées sont des plantes dioiques (∼20% des espèces cultivées) mais dont un seul sexe (généralement les femelles) présente un intérêt agronomique. Pourtant, seulement trois gènes du déterminisme du sexe ont été identifiés à ce jour chez les plantes dioiques, chez le kaki, l'asperge et la fraise. La dioecie a vraisemblablement évolué plusieurs fois chez les angiospermes et il est possible que les gènes du déterminisme du sexe soient divers. Deux voies principales d'évolution vers la dioecie ont été identifiées. Les deux partent d'une espèce dont les fleurs sont hermaphrodites, le régime de reproduction ancestral chez les angiospermes, puis passent soit par un intermédiaire monoique (espèce avec des fleurs unisexuées mâles et femelles sur le même individu), soit par un intermédiaire gynodioique (espèce avec des femelles et des individus avec des fleurs hermaphrodites). Cette thèse a pour objet la comparaison de deux systèmes de plantes représentant ces deux voies. Chez Coccinia grandis, une cucurbitacée ayant également des chromosomes XY, l'évolution de la dioecie est passée par la monoecie. Chez Silene latifolia, une plante dioique bien étudiée avec des chromosomes sexuels XY, l'évolution de la dioecie s'est faite à partir de la gynodioecie. Trois gènes contrôlant la monoecie ont été identifiés chez le melon et il a été proposé que ces gènes soient les gènes du déterminisme dans les espèces dioiques proches du melon comme C. grandis. Nous avons donc opté pour une approche gène candidat dans cette espèce. Très peu de ressources génétiques et génomiques sont disponibles chez C. grandis, et nous avons choisi d'utiliser SEXDETector, une méthode probabiliste qui utilise des données RNA-seq pour génotyper des parents et leurs descendants, et qui infère les gènes lies au sexe sans génome de référence. Cette méthode m'a permis d'identifier 1 364 gènes présents sur les chromosomes sexuels de C. grandis. J'ai établi que les gènes differentiellement exprimés entre les sexes étaient plus abondants sur chromosomes sexuels que sur les autosomes. J'ai également observé des marques de la dégénérescence du chromosome Y chez cette plante, comme des diminutions d'expression ou des pertes de gènes. Enfin, mes résultats démontrent la présence de compensation de dosage chez C. grandis. Le test des gènes candidats est en cours. Chez S. latifolia, 3 grandes régions liées au déterminisme ont déjà été identifiées sur le chromosome Y. Pour identifier les gènes du déterminisme, nous avons choisi de séquencer ce chromosome. Le séquençage des chromosomes Y est encore un défi pour la génomique. La phase d'assemblage est très difficile à cause des répétitions présentes en grand nombre sur ces chromosomes. En conséquence, les séquences complètes de chromosome Y sont très rares, et principalement disponibles chez les animaux. Afin de minimiser les problèmes d'assemblage dus aux répétitions, nous avons utilisé des techniques dites de 3eme génération (avec de grandes lectures). J'ai moi-même généré des données MinION (Oxford Nanopore) à partir d'ADN de chromosome Y. L'assemblage a été réalisé en combinant des données Illumina, PacBio et MinION. Notre assemblage final fait une taille de 563 Mb pour un N50 de 6 114 pb, et contient 16 219 gènes annotés de novo / Although rarer than in animals, separate sexes (dioecy) have evolved in ∼15,600 angiosperm species (∼6% of all angiosperm species). How sex is controlled is a central question in plant sciences and also in agronomy as many crops are dioecious (∼20% of crops) with only one useful sex (usually female). Only three master sex-determining genes have been identified in dioecious plants so far, namely in persimmons, asparagus and strawberry. Dioecy likely evolved several times independently in angiosperms, suggesting that sex-determining genes are of diverse origins. Hermaphroditism is the predicted ancestral state of the angiosperm flower. Two main pathways have been identified that explain the evolution of hermaphroditism towards dioecy: either through a monoecious state (with both unisexual male and female flowers on the same individual) or a gynodioecious state (with females and individuals having hermaphroditic flowers). My aim is to compare two plant systems representing each one of these two pathways. In Coccinia grandis, a Cucurbitaceae with an XY chromosome system, dioecy evolved through monoecy. In Silene latifolia, a well-studied dioecious plant with XY sex chromosomes, dioecy evolved through gynodioecy. Three genes controlling monoecy have been identified in melon, and it was suggested that these genes act as sex-determining genes in closely related dioecious species such as C. grandis. I therefore chose a candidate gene approach in this species. Very few genetic and genomic data are available in C. grandis, and we chose to use SEX-DETector, a probabilistic method that uses RNA-seq data to genotype parents and their offspring, and infers sex-linked genes with no need for a reference genome. This method allowed me to identify 1,364 genes that are present on the sex chromosomes of C. grandis. I found that the sex chromosomes are enriched in sex-biasedgenes when compared to autosomes and I characterized Y chromosome degeneration in terms of decreased expression and gene loss. Finally, I showed that dosage compensation occurs in C. grandis. Testing for the three candidates genes is ongoing. In S. latifolia 3 regions involved in sex determination have already been identified on the Y chromosome. We chose to sequence this chromosome to identify sex-determining genes. The sequencing of Y chromosomes remains one of the greatest challenges of current genomics. The assembly step is very difficult because of their highly repeated content. Consequently, fully sequenced Y chromosomes are rare and mainly available for research in animals. To overcome the difficulty of assembling reads with many repeats, I used third generation sequencing (TGS, producing long reads). I produced a dataset using the Oxford Nanopore MinION sequencer with Y chromosome DNA. Assembling was performed using a combination of Illumina, MinION and PacBio sequencing data. The final assembly had a total length of 563 Mb with a scaffold N50 of 6,114 bp, and contained 16,219 de novo annotated genes

Le paysage nucléotidique – la manière dont la composition nucléotidique varie le long du génome – est une caractéristique marquante de l'organisation des génomes et varie fortement entre espèces. Plusieurs hypothèses émergent des nombreux débats autour des mécanismes évolutifs à l'origine de ces hétérogénéités du taux de GC, parmi lesquelles la conversion génique biaisée vers G et C (BGC) et la sélection sur l'usage du code (SUC). La BGC est un processus neutre associé à la recombinaison qui favorise les allèles en G ou C au détriment des allèles en A ou T. La SUC est une force de sélection qui favorise les codons dits « préférés », ceux dont la traduction serait la plus efficace. Contrairement à ceux des vertébrés, les paysages nucléotidiques des plantes sont peu connus. La plupart des études ont été consacrées au génome d'Arabidopsis thaliana, pauvre en GC et homogène, et à celui du riz, riche en GC et hétérogène. Le contraste entre ces deux génomes a souvent été généralisé comme une dichotomie entre dicotylédones et monocotylédones, mais cette vision est clairement phylogénétiquement biaisée.Les objectifs de ce travail de thèse sont de caractériser les paysages nucléotidiques des angiospermes à une large échelle phylogénétique et de mieux comprendre quels sont les mécanismes évolutifs jouant sur l'évolution de ces paysages nucléotidiques. Comment varient les paysages nucléotidiques le long de la phylogénie des angiospermes ? SUC et BGC façonnent-elles ces paysages nucléotidiques ? Les différents taxons sont-ils affectés avec la même intensité ?Pour répondre à ces questions, j'ai utilisé une approche de génomique comparative basée sur l'analyse de données EST chez plus de 230 espèces d'angiospermes et de gymnospermes. L'exploration des paysages nucléotidiques de ce large éventail de plantes a montré que les patrons d'hétérogénéité des paysages nucléotidiques suivent un continuum le long de la phylogénie, avec des groupes particulièrement riches et hétérogènes en GC, les graminées par exemple. Mes résultats suggèrent que les paysages nucléotidiques des plantes pourraient avoir été façonnés par la BGC et, dans une moindre mesure, par la SUC. Des épisodes indépendants d'enrichissement et d'appauvrissement en GC ont vraisemblablement eu lieu au cours de l'évolution des plantes, et pourraient être expliqués par des variations d'intensité de ces mécanismes. En utilisant une prédiction du degré d'expression des EST, j'ai également mis en évidence une diversité dans les codons préférés entre espèces. Les préférences d'usage des codons se sont révélées plus labiles au cours de l'évolution pour les codons des acides aminés au code quatre et six fois dégénéré. J'ai pu lier l'évolution des préférences d'usage des codons à l'évolution de la composition nucléotidique des génomes. Mes résultats suggèrent que la composition en base des génomes, affectée en partie par la BGC, orienterait la coévolution entre préférence d'usage du code et ARNt. / The nucleotide landscape – the way base composition varies along a genome – is a striking feature of genome organization and is highly variable between species. The evolutionary causes of such heterogeneity in GC content have been much debated. Biased gene conversion towards G and C (BGC) and selection on codon usage (SCU) are thought to be main forces. BGC is a neutral process associated with recombination favouring G and C alleles over A and T ones. SCU is a selection process favouring the so-called “preferred” codons, i.e., those whose translation is the most efficient. Contrary to vertebrates, plant nucleotide landscapes are still poorly known. Most studies focused on the GC-poor and homogeneous Arabidopsis thaliana genome and on the GC-rich and heterogeneous rice genome. The contrast between these two genomes was often generalized as a dicot/monocot dichotomy but this vision is clearly phylogenetically biased.The objectives of this study are to characterize angiosperm nucleotide landscapes on a wide phylogenetic scale and to better understand the evolutionary mechanisms acting upon the evolution of nucleotide landscapes. To what extent do nucleotide landscapes vary across angiosperm phylogeny? Are nucleotide landscapes shaped by BGC and SCU? Are taxa affected with the same intensity?To tackle these issues, I used a comparative genomic approach relying on EST data analysis on over 230 angiosperm and gymnosperm species. Through the nucleotide landscape survey for such a wide range of species I found a continuum of GC-heterogeneity patterns across phylogeny, some taxa such as Poaceae being strikingly GC-rich and heterogeneous. My results suggest that nucleotide landscapes could have been shaped by BGC and, to a lesser extent, by SCU. GC-content enrichment and impoverishment are likely to have occurred several times independently during plant evolution and could be explained by intensity variations of BGC and SCU. Using a proxy for EST expression level, I also characterized the diversity of preferred codons between species. Codon usage preferences were shown to be evolutionarily more unstable for four- and six-fold degenerate codon families. Finally, I could link the evolution of codon usage preferences to the evolution of genome base composition. My results suggest that genome base composition, partially shaped by BGC, seems to drive the coevolution between codon usage preferences and tRNAs.

Die vorliegende Dissertation stellt den ersten Teil eines Nachschlagewerks zur Tertiärflora Sachsens dar. Dieser Teil umfasst alle Taxa, die sich auf Angiospermenblätter und auf Ginkgo gründen. Auf einen Überblick zum regionalgeologischen Kenntnisstand des Tertiärs in Sachsen folgend, werden phytostratigrafische Konzepte vorgestellt und ein historischer Abriss der tertiärpaläobotanischen Forschung in Sachsen gegeben. Nach einer Erfassung aller bis Ende 2013 für das sächsische Tertiär publizierten pflanzlichen Makrofossilien und deren Fundorte (Primärdaten), welche durch projektbezogene Qualifikationsarbeiten Dritter durch zusätzliche Attribute ergänzt und vereinheitlicht wurden, werden die fossilen Taxa von Angiospermenblättern selektiert, deren Daten harmonisiert, ausgewertet und auf einen einheitlichen Forschungsstand gebracht. Für 187 von 235 untersuchten Taxa werden Datenblätter für einen Bestimmungsatlas erstellt. In diesem Atlas werden makro- und mikromorphologische Merkmale der Arten beschrieben, sowie Angaben zur Systematik, Synonymie, Paläoökologie und räumlicher und zeitlicher Verbreitung gemacht. Der beschreibende Teil wird durch Abbildungen und instruktive Zeichnungen ergänzt. Im Ergebnisteil werden die Daten nach ihrer Qualität innerhalb der Literatur begutachtet und anwendungsbezogen diskutiert. Eine Bibliografie der umfangreichen paläobotanischen Literatur für sächsische Pflanzenfossilien rundet die Arbeit ab. Um die taxon- und fundortbezogenen Daten visualisieren und effektiv verwalten zu können, werden diese in ein Open Source-Geoinformationssystem (GIS) überführt. Die im GIS implementierten Untersuchungsergebnisse ermöglichen erstmalig sowohl eine Generierung von Verbreitungs-karten für die Taxa tertiärer Angiospermenblätter und des Ginkgos in Sachsen als auch eine Abfrage von topografischen, geologischen und paläobotanischen Informationen zu den Fossilfundstellen. Ein für das Fossilmaterial entwickelter Bestimmungsschlüssel erlaubt zudem eine grobe Determination der Funde im Gelände. Das Kompendium wird in gedruckter und digitaler Version für die freie Nutzung zur Verfügung gestellt. / The thesis represents the first part of a reference book to the Tertiary flora of Saxony. All taxa based on leaves of angiosperms and on Ginkgo are included in this compendium. After an overview about the geological state of knowledge on the Tertiary in Saxony, phytostratigraphic concepts are introduced and a historical survey on the Tertiary paleobotanical research in Saxony is given. All plant macrofossils published from Saxonian Tertiary until end of 2013 and their sites of discovery (primary data) were recorded. This data were supplemented by additional attributes and unified through project-based M.Sc. theses. Subsequently, taxa of fossil leaves were selected, their data evaluated and brought to a consistent state of research. Data sheets for 187 out of 235 examined taxa were established for a determination atlas. Macro- and micromorphological attributes are described in this atlas and information are given about the systematic, synonymy, palaeoecology and spatial and temporal distribution. The describing part is illustrated by images and instructive drawings. The documented data were surveyed and discussed related to their quality within the literature in the result part. A bibliography of the extensive palaeobotanical literature for plant fossils of Saxony completes the work. The taxon and locality related data are implemented into an open source geographical information system (GIS) in order to visualize and to manage them effectively. For the first time, the results of this thesis implemented in the GIS allow the generation of distribution maps for the taxa of leaves of Tertiary angiospermes and Ginkgo in Saxony. Furthermore it enables to query topographical, geological and paleobotanical information about the fossil sites. A determination key was developed for the fossil material that allows a rough determination of the findings in the field. The compendium will be available for free use in a printed as well as in a digital version.

1 Abstract This thesis presents an analysis of fossil plants from the Cenomanian Peruc-Korycany Formation of the Bohemian Cretaceous Basin and from the Bückeberg Formation of the Lower Saxony Basin in Germany. Based on earlier studies, both areas provide sediments that are considered to have developed in tidally influenced fluvial systems. Studied fossil plants are represented by ginkgoalean plant leaves (Ertemophyllum, Tritaenia), branches of conifers (Frenelopsis) and lauroid angiosperms (Eucalyptolaurus). Frenelopsis, Eretmophyllum and Tritaenia are considered to be halophytic plants, while Lauroid angiosperms were considered to grow in fresh water conditions. The fossil plants were studied using cuticle analysis and two methods of stable carbon isotope analysis: Bulk carbon isotope analysis and Compound Specific Isotope analysis. For cuticle analysis samples were observed and documented macroscopically and microscopically. To specify the environmental conditions, recent samples from three salt marshes in Great Britain were studied and analysed using the same methods as the fossil samples. The data from all observations and measurements were processed and their interpretation supported the modelled environment based on the sedimentological data. Frenelopsis were growing in a haline environment with low...

Die vorliegende Dissertation stellt den ersten Teil eines Nachschlagewerks zur Tertiärflora Sachsens dar. Dieser Teil umfasst alle Taxa, die sich auf Angiospermenblätter und auf Ginkgo gründen. Auf einen Überblick zum regionalgeologischen Kenntnisstand des Tertiärs in Sachsen folgend, werden phytostratigrafische Konzepte vorgestellt und ein historischer Abriss der tertiärpaläobotanischen Forschung in Sachsen gegeben. Nach einer Erfassung aller bis Ende 2013 für das sächsische Tertiär publizierten pflanzlichen Makrofossilien und deren Fundorte (Primärdaten), welche durch projektbezogene Qualifikationsarbeiten Dritter durch zusätzliche Attribute ergänzt und vereinheitlicht wurden, werden die fossilen Taxa von Angiospermenblättern selektiert, deren Daten harmonisiert, ausgewertet und auf einen einheitlichen Forschungsstand gebracht. Für 187 von 235 untersuchten Taxa werden Datenblätter für einen Bestimmungsatlas erstellt. In diesem Atlas werden makro- und mikromorphologische Merkmale der Arten beschrieben, sowie Angaben zur Systematik, Synonymie, Paläoökologie und räumlicher und zeitlicher Verbreitung gemacht. Der beschreibende Teil wird durch Abbildungen und instruktive Zeichnungen ergänzt. Im Ergebnisteil werden die Daten nach ihrer Qualität innerhalb der Literatur begutachtet und anwendungsbezogen diskutiert. Eine Bibliografie der umfangreichen paläobotanischen Literatur für sächsische Pflanzenfossilien rundet die Arbeit ab. Um die taxon- und fundortbezogenen Daten visualisieren und effektiv verwalten zu können, werden diese in ein Open Source-Geoinformationssystem (GIS) überführt. Die im GIS implementierten Untersuchungsergebnisse ermöglichen erstmalig sowohl eine Generierung von Verbreitungs-karten für die Taxa tertiärer Angiospermenblätter und des Ginkgos in Sachsen als auch eine Abfrage von topografischen, geologischen und paläobotanischen Informationen zu den Fossilfundstellen. Ein für das Fossilmaterial entwickelter Bestimmungsschlüssel erlaubt zudem eine grobe Determination der Funde im Gelände. Das Kompendium wird in gedruckter und digitaler Version für die freie Nutzung zur Verfügung gestellt. / The thesis represents the first part of a reference book to the Tertiary flora of Saxony. All taxa based on leaves of angiosperms and on Ginkgo are included in this compendium. After an overview about the geological state of knowledge on the Tertiary in Saxony, phytostratigraphic concepts are introduced and a historical survey on the Tertiary paleobotanical research in Saxony is given. All plant macrofossils published from Saxonian Tertiary until end of 2013 and their sites of discovery (primary data) were recorded. This data were supplemented by additional attributes and unified through project-based M.Sc. theses. Subsequently, taxa of fossil leaves were selected, their data evaluated and brought to a consistent state of research. Data sheets for 187 out of 235 examined taxa were established for a determination atlas. Macro- and micromorphological attributes are described in this atlas and information are given about the systematic, synonymy, palaeoecology and spatial and temporal distribution. The describing part is illustrated by images and instructive drawings. The documented data were surveyed and discussed related to their quality within the literature in the result part. A bibliography of the extensive palaeobotanical literature for plant fossils of Saxony completes the work. The taxon and locality related data are implemented into an open source geographical information system (GIS) in order to visualize and to manage them effectively. For the first time, the results of this thesis implemented in the GIS allow the generation of distribution maps for the taxa of leaves of Tertiary angiospermes and Ginkgo in Saxony. Furthermore it enables to query topographical, geological and paleobotanical information about the fossil sites. A determination key was developed for the fossil material that allows a rough determination of the findings in the field. The compendium will be available for free use in a printed as well as in a digital version.

Marine Inseln beherbergen einen großen Teil der biologischen Vielfalt unseres Planeten und weisen gleichzeitig einen hohen Anteil endemischer Arten auf. Inselbiota sind allerdings zudem besonders anfällig für anthropogene Einflüsse wie den globalen Klimawandel, Habitatverlust und invasive Arten. Für ihren Erhalt ist es daher wichtig, die ökologischen Prozesse auf Inseln detailliert zu verstehen. Aufgrund ihrer definierten Größe und isolierten Lage eignen sich Inseln als Modellsysteme in der ökologischen und evolutionären Forschung. Der Großteil der bisherigen Inselstudien hat sich allerdings mit kleinräumigen Mustern befasst, so dass standardisierte globale Daten zu den biogeographischen Eigenschaften und eine makroökologische Synthese ihrer Biota bislang fehlen. In dieser Arbeit stelle ich eine physische und bioklimatische Charakterisierung der Inseln der Welt vor und behandle die Frage, wie abiotische Inseleigenschaften die Diversität von Inselfloren beeinflussen. Ich bearbeite zwei Hauptaspekte dieser Fragestellung: Zuerst konzentriere ich mich auf historische und heutige Klimabedingungen und physische Inseleigenschaften als Triebfedern von Pflanzendiversitätsmustern auf Inseln. Hierbei setze ich einen Schwerpunkt auf die räumliche Anordnung von Inseln und Struktur von Archipelen. Als Zweites behandle ich taxon-spezifische Unterschiede in der Antwort von Diversitätsmustern auf abiotische Faktoren. Hierzu stelle ich eine globale Datenbank mit historischen und heutigen Klimabedingungen und physischen Eigenschaften, wie Fläche, Isolation und Geologie, von 17883 Inseln größer als 1 km² vor. Mit Hilfe von Ordinations- und Klassifikationsverfahren charakterisiere und klassifiziere ich die Inseln in einem multidimensionalen Umweltraum. Außerdem entwickele ich einen Satz von ökologisch relevanten Maßen zur Beschreibung von Isolation von Inseln und ihrer räumlichen Anordnung in Archipelen, darunter Maße zu Trittstein-Inseln, Wind- und Meeresströmungen, klimatischer Ähnlichkeit, Distanzen zwischen Inseln und umgebender Landfläche. Diese Maße berücksichtigen verschiedene Aspekte von Isolation, welche Immigration, Artbildung und Aussterben auf Inseln sowie Austausch zwischen Inseln beeinflussen. Um abiotische Bedingungen mit biotischen Eigenschaften von Inselfloren in Verbindung zu bringen, nutze ich eine für diese Arbeit erstellte Datenbank aus 1295 Insel-Artenlisten, die insgesamt ca. 45000 heimische Gefäßpflanzenarten umfassen. Dies ist der umfassendste und erste globale Datensatz für Pflanzen auf Inseln, der Artidentitäten anstatt lediglich Artenzahlen beinhaltet. Die globale Insel-Charakterisierung bestätigt quantitativ, dass sich Inseln in bioklimatischen und physischen Eigenschaften vom Festland unterscheiden. Inseln sind im Durchschnitt signifikant kühler, feuchter und weniger saisonal geprägt als das Festland. Die weiteren Ergebnisse zeigen, dass eine sorgfältige Beschreibung der räumlich-physischen Eigenschaften von Inseln und Archipelen nötig ist, um die Diversitätsmuster ihrer Biota zu verstehen. Isolation ist nach Inselfläche der zweitwichtigste Einflussfaktor für den Gefäßpflanzenartenreichtum auf Inseln. Von den verglichenen Isolationsmaßen eignet sich der Anteil an umgebender Landfläche am besten zur Erklärung der Artenzahlen. Außerdem erhöht sich durch die Berücksichtigung von Trittsteininseln, großen Inseln als Quell-Landflächen und klimatischer Ähnlichkeit der Quell-Landflächen die Vorhersagekraft der Modelle. Isolation spielt eine geringere Rolle auf großen Inseln, wo in situ Diversifizierung den negativen Effekt von Isolation auf Immigration ausgleicht. Die räumliche Struktur innerhalb von Archipelen ist von besonderer Bedeutung für β-Diversität, d.h. für den Unterschied in der Artenzusammensetzung der Inseln. Außerdem beeinflusst sie indirekt, durch den Effekt auf die β-Diversität, auch die γ-Diversität, d.h. die Diversität des gesamten Archipels. Die Ergebnisse heben die enorme Bedeutung der relativen räumlichen Position von Inseln zueinander für Diversitätsmuster auf Inseln hervor und zeigen die Notwendigkeit für Inselforschung und Naturschutz, Inseln im Kontext ihres Archipels zu betrachten. Die Ergebnisse für Farne auf südostasiatischen Inseln zeigen, dass die Bedeutung von physischen Inseleigenschaften für Diversität kontinuierlich mit der Größe der betrachteten Untersuchungsfläche von der Insel- bis zur Plotebene abnimmt, wohingegen der Einfluss von lokalen Umweltbedingungen zunimmt. Lokale Artgemeinschaften sind häufig gesättigt, wodurch die Anzahl an Arten, die aus dem regionalen Artenbestand einwandern können, limitiert wird. Um Vorhersagen über lokalen Artenreichtum zu machen, ist es daher wichtig, die Skalenabhängigkeit der Effekte des regionalen Artenbestandes zu berücksichtigen. Großgruppen von Pflanzen unterscheiden sich in ihrer Ausbreitungsfähigkeit, ihrem Genfluss, Artbildungsraten und Anpassungen an das Klima. Dementsprechend zeigen die vergleichenden Analysen zwischen taxonomischen Pflanzengruppen deutliche Unterschiede in der Reaktion von Artenreichtum und phylogenetischen Diversitätsmustern auf abiotische Faktoren. Die Arten-Fläche-Beziehung, d.h. die Zunahme von Artendiversität mit zunehmender Fläche, variiert zwischen den Pflanzengruppen. Die Steigung der Arten-Fläche-Beziehung ist für Spermatophyten größer als für Pteridophyten und Bryophyten, wohingegen der y-Achsenabschnitt kleiner ist. Unter der Annahme, dass Merkmale und klimatische Anpassungen innerhalb von taxonomischen Gruppen phylogenetisch konserviert sind, führen die Filterwirkung von Ausbreitungsbarrieren und Umwelteigenschaften sowie in situ Artbildung zu Gemeinschaften eng verwandter Arten (phylogenetic clustering). Die Ergebnisse zeigen, dass physische und bioklimatische Inseleigenschaften, die mit der Filterwirkung und Artbildung in Verbindung stehen, die phylogenetische Struktur von Inselgemeinschaften beeinflussen. Die Stärke und Richtung der Zusammenhänge variieren zwischen taxonomischen Gruppen. Abiotische Faktoren erklären mehr Variation in phylogenetischer Diversität für alle Angiospermen und Palmen als für Farne, was auf Grund höherer Ausbreitungsfähigkeit und größerer Verbreitungsgebiete von Farnen den Erwartungen entspricht. Die abiotische Charakterisierung und Klassifizierung der weltweiten Inseln und die zugehörigen Daten ermöglichen eine integrativere Berücksichtigung von Inseln in der makroökologischen Forschung. In dieser Arbeit präsentiere ich die ersten Vorhersagen globaler Pflanzenartenvielfalt auf Inseln und die ersten Analysen zu unterschiedlichen Diversitätskomponenten (α, β, γ und phylogenetische Diversität) von Inselsystemen und ihren abiotischen Einflussfaktoren auf globalem Maßstab. Ich zeige, dass Zusammenhänge zwischen Umweltfaktoren und Artenzahl sowie phylogenetischen Eigenschaften von Inselgemeinschaften zwischen unterschiedlichen taxonomischen Gruppen in Abhängigkeit ihrer vorwiegenden Ausbreitungs- und Artbildungseigenschaften variieren können. Dies ist eine neue Sichtweise in der makroökologischen Inselforschung, die Rückschlüsse auf die Mechanismen hinter Diversitätsmustern von Pflanzen auf Inseln erlaubt. Ein detailliertes Verständnis davon, wie Diversität unterschiedlicher Pflanzengruppen durch Immigration und Diversifizierung auf Inseln entsteht, dürfte auch das Verständnis globaler Diversitätsmuster im Allgemeinen verbessern.