Marburg, Univ., Diss., 2009 / Enth. 3 Sonderabdr. aus verschiedenen Zeitschr. und Publ.

Zugl.: Hohenheim, Univ., Diss., 2009

Raps wurde als Fallstudie für eine Kulturpflanze ausgewählt, die sich außerhalb des Anbaus spontan etablieren kann und so als Quelle für Neophyten dient. In einer regionalen Studie im Osnabrücker Land wurde basierend auf Kartierungen (2004-2008) und kernkodierten Mikrosatellitenmarkern die Herkunft, Persistenz und genetische Variation verwilderter Rapspopulationen untersucht. Die wichtigsten Quellen für die erhöhte genetische Variation in verwilderten Rapspopulationen waren die mehrfache Einschleppung verschiedener Sorten und Hybridisierungen zwischen diesen. Raps tritt im Osnabrücker Land mit einer Reihe nah verwandter Arten, darunter Brassica rapa und Raphanus raphanistrum, sympatrisch in verwilderten Populationen auf. Hybride zwischen Raps und diploiden Rübsen konnten nachgewiesen werden. Tetraploider Rübsen wurde als Kreuzungspartner von Raps erstmals in dieser Studie untersucht. In Kreuzungsversuchen und in einem Freilandversuch konnten interspezifische Hybridisierungen zwischen tetraploiden Rübsen und Raps nachgewiesen werden. Unter natürlichen Bestäubungsbedingungen im Freilandversuch mit tetraploiden Rübsen-Mutterpflanzen wurde eine Hybridisierungsrate von 16,2% abgeschätzt. Die Untersuchungen zeigen, dass verwilderte Rapspopulationen durchaus ein Potenzial zu evolutiven Entwicklungen besitzen. Verwilderte Rapspopulationen können als Trittsteine für intra- und interspezifischen Genfluss dienen und dadurch beim Anbau transgener Rapssorten die Koexistenz verschiedener Anbauformen erschweren. Sie können die Etablierung von Transgenen außerhalb des Anbaus ermöglichen, die Transgenausbreitung fördern und Introgression in nah verwandte Arten vermitteln. Die Wahrscheinlichkeit von Hybridisierungen zwischen Raps und Rübsen (diploid und tetraploid) könnte verringert werden, wenn vermieden würde, diese kreuzkompatiblen Arten gemeinsam in Saatgutmischungen zu verwenden.

Die intrazellulären Parasiten der Bakteriengattung Wolbachia sind weit verbreitet im Phylum der Arthropoden. In vielen Wirten lösen sie eine Paarungsinkompatibilität zwischen nicht infizierten Weibchen und infizierten Männchen aus. Die mögliche Rolle dieser zytoplasmatischen Inkompatibilität in Artbildungsprozessen der Wirtsorganismen wird seit langer Zeit diskutiert. In dieser Arbeit analysieren wir häufig angeführte Kritikpunkte einer solchen Rolle mit Hilfe von mathematischen Modellen, in denen Infektionsdynamik von Wolbachia und Populationsgenetik der Wirte kombiniert werden. Die einzelnen Teile befassen sich mit dem Folgenden: (i) Wir untersuchen die Stabilität von Infektionsmustern in Wirts-Metapopulationen, indem wir kritische Migrationsraten herleiten. (ii) Zur Abschätzung des Einflusses der zytoplasmatischen Inkompatibilität auf den Genfluss zwischen Populationen berechnen wir effektive Migrationsraten. (iii) Wir bestimmen die Bedingungen, die die Verstärkung von Reproduktionsbarrieren durch die Evolution von weiblichen Paarungspräferenzen begünstigen. Schließlich (iv) wenden wir unsere Modelle auf einen realen Artbildungsprozess zweier Drosophila-Arten in Nordamerika an, diskutieren auftretende Probleme und unterbreiten Vorschläge für weiterführende Forschung. Zusammenfassend implizieren unsere Ergebnisse, dass Wolbachien häufig mit der Entstehung neuer Wirtsarten verknüpft sein können, allerdings in den meisten Fällen nur, indem sie als einer von mehreren Faktoren zur reproduktiven Isolation beitragen. Eine Verstärkung sexueller Isolation wird nur unter speziellen Bedingungen bewirkt. / The intracellular bacterial parasites of the genus Wolbachia are widespread among arthropod species. In many hosts, they induce a reproductive incompatibility between uninfected females and infected males. The potential role of this cytoplasmic incompatibility in speciation processes of the bacteria''s hosts has long been debated. In this thesis, we analyze common criticisms of such a role by means of mathematical models, combining Wolbachia infection dynamics and host population genetics. In particular, we are concerned with the following: (i) In order to measure the stability of infection patterns within host metapopulations, we derive critical migration rates. (ii) We evaluate the impact of cytoplasmic incompatibility on gene flow between populations by calculating effective migration rates. (iii) We determine the conditions that favor the evolution of female mating preferences through reinforcement. Finally, (iv) we apply our models to a particular real-world speciation process of two sibling Drosophila species in North America, discuss emerging problems, and suggest future directions of research. In summary, our results implicate that Wolbachia might be a frequent factor in host speciation, but usually only by contributing to overall reproductive isolation among other factors. Reinforcement of premating isolation is selected for only under stringent conditions.