title: The use of phylogenomic tools to investigate diploid and polyploid evolution in Dactylorhiza and other orchids
Creators: name: Brandrud, Marie Kristine
Publisher: name: :none
Year: 2019

description: Die Untersuchung phylogenetischer Beziehungen von sich kürzlich entwickelten Gruppen stellt eine große Herausforderung dar, insbesondere bei fortlaufender Hybridisierung. Allo-polyploide Organismen stammen aus der Verschmelzung von zwei oder mehreren Genomen und werden in den meisten Fällen sofort von ihren Eltern isoliert. Die Komplexität der ge-nomischen Abstammung wird durch die Hybridisierung mit anderen Allopolyploiden sowie durch Rückkreuzung mit ihren möglicherweise vorkommenden Elternarten erhöht. Die Gat-tung Dactylorhiza (Orchidaceae: Orchidinae) ist stark von allopolyploider Artbildung und retikulären phylogenetischen Beziehungen betroffen. In dieser Arbeit verwenden wir geneti-sche Variation, um die Evolutionsgeschichte in Dactylorhiza zu rekonstruieren, indem wir zunächst die diploiden Taxa abgrenzen, ihre Verwandtschaftsbeziehung festlegen und dann 16 allopolyploide Taxa nach maximaler Zugehörigkeit zu ihren mutmaßlichen Eltern grup-pieren. Die beiden Geschwister Allopolyploide, D. majalis und D. traunsteineri, wurden un-tersucht, um die genetische Struktur und Demografie zu untersuchen. Die diploiden Eltern wurden in ihrer gesamten europäischen Verbreitung dazu verwendet, zwei künstliche geno-mische Referenzen zu erstellen um die polyploiden Werte abzugleichen und Genotypen zu ermitteln bzw. Genotyp-Wahrscheinlichkeit zu nennen. Für D. traunsteineri und D. majalis wurden zwei unabhängige Ursprünge ermittelt, obwohl ein Genfluss zwischen beiden Arten herrscht. Zwei weitere boreale Schwestergattungen Nigritella und Gymnadenia sind morpho-logisch unterschiedlich, obwohl Einzelmarkerstudien zuvor widersprüchliche Ergebnisse zum Einschluss / Ausschluss von Nigritella in Gymnadenia erbracht haben. Tausende gene-tischer Marker wurden verwendet, um ihren phylogenetischen Status aufzuklären. Schließ-lich wurden evolutionäre und ökologische Fragen in der Gattung Epipactis zur Artbildung durch einen Übergang von Allogamie zur Autogamie angesprochen. RAD-Daten (Restrikti-onsstellen Assoziierte DNA) werden in weitem Umfang zur Beantwortung von evolutionären Fragestellungen diploider Organismen angewendet. Die vier Kapitel dieser Doktorarbeit zeigen den Nutzen von RAD-Daten für die Arbeit mit polyploiden Organismen. Aus geno-typbasierten und genotypfreien Analyseverfahren resultierende Verwandtschaftsbeziehungen sind kongruent. Außerdem wurden bioinformatische Ansätze entwickelt, die für die Arbeit mit anderen natürlich vorkommende polyploiden nicht-model Organismen verwendet wer-den können.
description: Disentangling phylogenetic relationships is challenging in recently evolved groups, espe-cially in the presence of ongoing hybridization. Allopolyploids originate from the merging of two or more entire genomes and are in most cases immediately isolated from their par-ents. The complexity of the genome ancestry is increased by hybridization with other allo-polyploids as well and backcrossing with their parental species. Dactylorhiza (Orchidaceae: Orchidinae) is a genus much affected by allopolyploid speciation and reticulate phylogenetic relationships. Here we use the genetic variation at tens of thousands of genomic positions to trace evolutionary history in Dactylorhiza by first delimiting the diploid taxa and establish-ing their relationship and then grouping 16 allopolyploids by maximum affiliation to their putative parents. The two sibling allopolyploids, D. majalis and D. traunsteineri were stud-ied in more depth to investigate genetic structure and demography. The diploid parents throughout their European distribution were used to create two artificial genomic references for which two pipelines were used to align the polyploid reads and call genotypes/infer gen-otype likelihood. Two independent origins are suggested for D. traunsteineri and D. majalis, though gene flow does occur. Two other boreal sister genera Nigritella and Gymnadenia are morphologically distinct, though single-marker studies have previously given contradictory results on the inclusion/exclusion of Nigritella in Gymnadenia. Thousands of genetic mark-ers were used to unravel their phylogenetic status. Lastly, evolutionary and ecological ques-tions were addressed within the genus Epipactis on speciation via transitions from allogamy to autogamy. Genomic inferences based on RADseq (i.e. restriction-site associated DNA sequencing) data have become widely applied to answer evolutionary questions in diploid organisms and is included in all four chapters of this PhD, also showing its application to polyploid organisms. We obtain highly congruent evolutionary relationships inferred both with genotype-based and genotype-free analytical methods and develop bioinformatic ap-proaches that can be applied to other naturally occurring, non-model, polyploid complexes.