The ultimate aim of this study is to better understand the relevance of weak electricity in the adaptive radiation of the African mormyrid fish. The chosen model taxon, the genus Campylomormyrus, exhibits a wide diversity of electric organ discharge (EOD) waveform types. Their EOD is age, sex, and species specific and is an important character for discriminating among species that are otherwise cryptic. After having established a complementary set of molecular markers, I examined the radiation of Campylomormyrus by a combined approach of molecular data (sequence data from the mitochondrial cytochrome b and the nuclear S7 ribosomal protein gene, as well as 18 microsatellite loci, especially developed for the genus Campylomormyrus), observation of ontogeny and diversification of EOD waveform, and morphometric analysis of relevant morphological traits. I built up the first convincing phylogenetic hypothesis for the genus Campylomormyrus. Taking advantage of microsatellite data, the identified phylogenetic clades proved to be reproductively isolated biological species. This way I detected at least six species occurring in sympatry near Brazzaville/Kinshasa (Congo Basin). By combining molecular data and EOD analyses, I could show that there are three cryptic species, characterised by their own adult EOD types, hidden under a common juvenile EOD form. In addition, I confirmed that adult male EOD is species-specific and is more different among closely related species than among more distantly related ones. This result and the observation that the EOD changes with maturity suggest its function as a reproductive isolation mechanism. As a result of my morphometric shape analysis, I could assign species types to the identified reproductively isolated groups to produce a sound taxonomy of the group. Besides this, I could also identify morphological traits relevant for the divergences between the identified species. Among them, the variations I found in the shape of the trunk-like snout, suggest the presence of different trophic specializations; therefore, this trait might have been involved in the ecological radiation of the group. In conclusion, I provided a convincing scenario envisioning an adaptive radiation of weakly electric fish triggered by sexual selection via assortative mating due to differences in EOD characteristics, but caused by a divergent selection of morphological traits correlated with the feeding ecology. / Das übergreifende Ziel dieser Arbeit ist das bessere Verständnis der Bedeutung der schwachen Elektrizität für die adaptive Radiation der Mormyriden Afrikas. Das gewählte Modell-Taxon, die Mormyriden-Gattung Campylomormyrus, zeigt eine große Vielfalt an elektrischen Entladungsformen. Diese Entladungsformen sind alters-, geschlechts-, sowie artspezifisch und ein wichtiges Unterscheidungskriterium von ansonsten kryptischen Arten. Ich untersuchte die Radiation der Gattung Campylomormyrus anhand eines kombinierten Ansatzes aus molekularen Daten (Sequenzdaten des mitochondrialen Cytochrom b Gens und des nukleären S7 ribosomalen Protein-Gens, sowie 18 Mikrosatelliten, speziell von mir entwickelt für die Gattung Campylomormyrus), Beobachtungen der Ontogenie und der Diversifikation der Entladungsform, sowie morphometrische Auswertungen der Gestalt relevanter morphologischer Merkmale. Ich erstellte eine erste phylogenetische Hypothese für die Gattung Campylomormyrus. Durch meine Mikrosatellitendaten, die als unabhängiger Beweis dienten, konnte ich zeigen, dass die identifizierten phylogenetischen Gruppen reproduktiv isolierte biologische Arten sind. Auf diese Weise konnte ich mindesten sechs Arten nachweisen, die in Sympatrie nahe Brazzaville/Kinshasa (Kongo-Becken) vorkommen. Durch die Übereinstimmung von molekularen Daten und Entladungsformen konnte ich drei kryptische Arten unterscheiden, die sich hinter einheitlichen juvenilen Entladungsformen verbergen, sich aber zu verschiedenen adulten Formen entwickelten. Des Weiteren konnte ich zeigen, dass die adulten männlichen Entladungsformen artspezifisch sind und, dass der Unterschied in der Entladungsform zwischen nah verwandten Arten deutlicher ausgeprägt ist als zwischen entfernter verwandten Arten. Dieses Ergebnis und die Beobachtung, dass sich die Entladungsform bei der Geschlechtsreife ändert, weisen darauf hin, dass die Entladungsform als reproduktiver Isolationsmechanismus dient. In einer morphometrischen Gestalt-Analyse verglich ich das Typen-Material der beschriebenen Arten mit den zuvor ermittelten reproduktiv isolierten Gruppen, um auf diese Weise deren Art zu bestimmen. Überdies konnte ich maßgebliche morphologische Unterscheidungsmerkmale identifizieren. Diese äußern sich hauptsächlich in der Gestalt der rüsselartigen Schnauze, könnten daher mit einer trophischen Spezialisierung einhergehen und eine ökologische Artbildung ermöglichen. Zusammenfassend entwickelte ich, in Übereinstimmung mit anderen Untersuchungen und theoretischen Überlegungen, eine plausible Hypothese einer adaptiven Radiation der schwach-elektrischen Fische Afrikas, ausgelöst durch sexuelle Selektion. Diese wirkt durch assortative Verpaarung, basierend auf Charakteristika der elektrischen Entladungsform. Verursacht wird der Prozess der adaptiven Radiation jedoch durch divergierende Selektion morphologischer Merkmale, die in Bezug zur Nahrungsökologie stehen.

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.

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Das Ziel der vorliegenden Dissertation war die Erweiterung der Betrachtungseinheit des Abstammungskoeffizienten von einzelnen Loci auf Chromosomensegmente der Länge x in Morgan. Das neue Maß mit der Bezeichnung epistatische Kinship beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass zwei zufällig gezogene Chromosomen-segmente herkunftsgleich sind. In einer Simulationsstudie wurden die genetischen Eigenschaften von Chromosomensegmenten theoretisch untersucht. Im Weiteren wurde die markergestützte Schätzung der epistatischen Kinship untersucht, da Abstammungsinformation in kleinen Nutztieropulationen oft nicht verfügbar ist. Abschliessend wurden die Eigenschaften der epistatischen Kinship anhand von praktischen Daten untersucht. Dazu wurden DNA-Proben aus drei Subpopulationen des Göttinger Minischweines für sechs Chromosomensegmente mit Mikrosatelliten typisiert. Die markergestützte epistatische Kinship variierte zwischen den einzelnen Segmenten. Durch die Verwendung eines Korrekturfaktors für zustands- jedoch nicht herkunftsgleiche Segmente wurde die Variabilität zwischen den Segmenten kleiner. Zur Abschätzung der genetischen Diversität wurde ein genetisches Distanzmass hergeleitet, in welchem die genetischen Diversität zwischen wie auch innerhalb Populationen berücksichtigt wird. Die Reihenfolge der genetischen Distanzen für die markergestützten Schätzungen stimmte mit der Reihenfolge der pedigreebasierten Erwartungswerte überein. Basierend auf den Ergebnissen wird die epistatische Kinship als neues Maß zur Bestimmung der genetischen Diversität in Nutztierpopulationen mit kurzem Entwicklungszeitraum vorgeschlagen.

Die Bedeutung von Mikrosatellitenalterationen in malignen Tumoren ist trotz intensiver Forschungstätigkeit bisher nicht ausreichend geklärt. Bei Patienten mit einem hereditären nichtpolypösen kolorektalen Karzinom-Syndrom (HNPCC) konnte aber ein möglicherweise kausaler Zusammenhang zwischen einer Keimbahnmutation der Gene, die an dem DNA-"mismatch"-Reparaturmechanismus beteiligt sind, und der Ätiologie dieser Erkrankung nachgewiesen werden. Der Nachweis von Mikrosatelliteninstabilitäten wird zur Identifizierung des HNPCC-Syndroms genutzt. Der Anteil nachgewiesener Mikrosatelliteninstabilitäten bei sporadischen Tumorerkrankungen ist deutlich niedriger als beim HNPCC-Syndrom. Die Mechanismen zur Entstehung von Mikrosatelliteninstabilitäten bei sporadischen Tumor-erkrankungen sind bisher ungeklärt. Der gelungene Nachweis von Mikrosatellitenalterationen im Serum, Fäzes, Urin und Sputum von Tumorpatienten könnte das diagnostische Repertoire erweitern und möglicherweise die frühzeitige Erkennung von Tumorerkrankungen verbessern. Eine auf eine PCR basierende Methode zur Analyse von Mikrosatellitenalterationen in Tumor- und Serumproben wurde in dieser Arbeit etabliert. Drei Mikrosatellitenmarker (AR, ACTBP2, UT762) wurden bei der Untersuchung eingesetzt. Es wurden Tumor- und Serum-DNA mit der DNA von Lymphozyten verglichen und analysiert. Es wurden 43 Patienten mit Bronchialkarzinom untersucht, darunter 16 Patienten mit kleinzelligem und 27 Patienten mit nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom. Es wurden bei 5 von 16 (31 %) Patienten mit SCLC und bei 9 von 27 (33 %) Patienten mit NSCLC in mindestens einem Mikrosatellitenlocus eine Mikrosatelliteninstabilität oder ein LOH nachgewiesen. In der Kontrollgruppe mit gesunden Probanden waren keine Mikrosatellitenalterationen nachweisbar. Die unverändert sehr schlechte Prognose von Patienten mit Bronchialkarzinom unterstreicht die Notwendigkeit der Entwicklung einer zuverlässigen und sensitiven Methode zur verbesserten Frühdiagnostik. Dazu wird es notwendig sein, weitere Mikrosatellitenmarker hinsichtlich ihrer Tumorsensitivität und -spezifität an einer ausreichenden Anzahl von Patienten zu testen und die prognostische Bedeutung von Mikrosatellitenalterationen bei Patienten mit einem Bronchialkarzinom zu klären. / Background: Despite intensive research efforts, the significance of microsatellite alterations in malignant tumors is not sufficiently understood. Since a possible causal connection between disease etiology and a germination mutation of the genes, involved in the mismatch repair mechanism, could be demostrated in patients with hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC), the detection of microsatellite instabilities may be used to identify the so-called HNPCC syndrome. While the amount of proven microsatellite instabilities in sporadic tumor diseases is significantly lower than in the HNPCC syndrome, the mechanisms generating these instabilities have not been clarified yet. Their succesful measurement in serum, feces, urine, and sputum would extend the diagnostic repertory for tumor patients and possibly improve the early detection of neoplastic disease or its recurrence. Results: In this thesis, a PCR-based method was established for the analysis of microsatellite alterations in tumor specimens and serum samples. Three microsatellite markers were employed, including AR, ACTBP2, and UT762. The DNA of tumors and serum was analyzed and compared with the DNA of lymphocytes. Specimens of 43 patients with bronchial carcinoma (16 small cell lung carcinoma (SCLC), 27 non-small cell lung carcinoma (NSCLC)) were examined. In 5 of the patients with SCLC (31%) and in 9 of those with NSCLC (33%) a microsatellite instability or a loss of heterozygosity (LOH) was demonstrated in at least one microsatellite locus. The controls, which included samples of serum and lymphocytes of 10 healthy volunteers, did not show any microsatellite alterations. Outlook: The still poor prognosis of patients with bronchial carcinoma warrants further development of sensitive and reliable methods to improve early detection. Beyond this study, further microsatellite markers need to be tested in a sufficient number of patients with respect to sensitivity and specificity of tumor diagnosis. In addition, the prognostic significance of microsatellite alterations in tumor patients requires further investigation.

Das Down Syndrom trägt wesentlich zur Morbidität und Mortalität im Kindesalter bei und ist die häufigste Ursache geistiger Behinderung bei Neugeborenen. Überwiegend handelt es sich um Neumutationen mütterlichen Ursprungs. Die hohe Rate an Neumutationen und deren starke Zunahme mit dem mütterlichen Alter sprechen dafür, dass die Chromosomensegregation in der Oogenese ein sehr fehleranfälliger Prozess ist. Im Rahmen dieser Pilotstudie konnte eine deutliche Alterskorrelation zwischen dem Auftreten der Geburt eines Down Syndrom Kindes und dem elterlichen Alter beobachtet werden. Wie in anderen publizierten Studien wurde in der vorliegenden Studie gezeigt, dass das Geschlechterverhältnis bei den Down Syndrom Kindern von 1.37:1 (m:w ) deutlich zugunsten der Jungen verschoben ist. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der molekulargenetischen Analyse der elterlichen Herkunft des zusätzlichen Chromosoms 21, der Verteilung der Cross-over, und der Analyse des MTHFR-Polymorphismus. Betrachtet man die 72 voll informativen maternalen Meiosen, so ergibt sich ein Verhältnis von Meiose I zu Meiose II von 80:20. Dieses Verhältnis korreliert mit anderen Studien zur parentalen Herkunft des zusätzlichen Chromosoms 21. Bemerkenswerter Weise fand sich unter den 93 paternal informativen Meiosen kein paternales Non-disjunction Ereignis. Dieses Ergebnis unterscheidet sich von den bisherigen epidemiologischen Studien zur parentalen Herkunft des zusätzlichen Chromosoms 21, wofür derzeit keine Erklärung existiert. Die Assoziation zwischen mütterlichem Alter und meiotischer Rekombination wurde analog zu der Studie von [Lamb et al. 2005] durchgeführt und bestätigt. Die erhobenen Daten aus dem Oman zeigen, dass das C-Allel mit 87% im Oman deutlich häufiger ist als in den anderen untersuchten Populationen. Dieses Ergebnis spricht für eine große geographische Variabilität des Polymorphismus und dafür, dass möglicherweise besondere Selektionsbedingungen auf der arabischen Halbinsel vorliegen. / Down syndrome (DS) is a main cause of human prenatal and postnatal morbidity and mortality, and a leading cause of birth defects and mental retardation. There is increasing evidence that maternal meiosis is an error prone process that is most sensitive to the effect of exogenous factors at the time of chromosomal segregation, which is around conception. In addition to environmental factors, various genetic factors have been described which seem to influence the nondisjunction rate during meiosis. The first data of DS in the Oman yielded a high prevalence among live births. The birth prevalence of Trisomy 21 in Oman with 1:454 newborns is, perhaps, the highest reported so far. We have performed a case control study based on a structured questionnaire, which covers socio demographics, family history and potential risk factors. We identified increased maternal age as one factor for the birth of a DS child. The sex ratio among Down Syndrome children showed a predominance of boys of 1.37:1 (m:f ) as reported from other studies. The main aim of the thesis was to investigate the parental origin of the extra chromosome 21, the number and chromosomal distribution of recombination events. Of the 72 informative cases, 80% were consistent with meiosis I (MI) nondisjunction and 20% with a meiosis II (MII) error during oogenesis. Surprisingly, there were no cases of paternal non-disjunction. These findings differ significantly from other publications where at least 8% were of paternal origin. There is no explanation for this phenomenon at present. Analogous to Lamb et al. we analyzed the association between maternal age and meiotic recombination events and revealed similar results. Furthermore, we investigated the MTHFR-polymorphism among 83 families. In the Oman, the C-allele is more frequent (87%) than in other publications. The results indicate, this polymorphism emerges in a large geographical variety and underlies perhaps special selection on the Arabic Peninsula.

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