Etablierung der AFLP-Methode für das Valeriana officinalis Aggregat

Die Systematik des heterogenen Valeriana officinalis Aggregates ist gegenwärtig nicht eindeutig aufgeklärt. Die Aufgliederung des Taxons in zahlreiche Unterarten bzw. Kleinarten basiert auf einem natürlichen `Typenkonzept´, dem Datensätze unvollendeter morphologischer und karyologischer Untersuchungen zugrunde liegen. 2008 wurde demnach ein Forschungsprojekt mit der Zielsetzung, die Taxonomie und die evolutive Entwicklung der Artengruppe zu definieren, initiiert. Die Grundlage multivariater Analysen wird Pflanzenmaterial aus 82 Populationen (1618 Individuen) von Valeriana officinalis agg., die in Vorarlberg, Tirol (Nord-, Südtirol), Bayern, Schweiz und Niederösterreich gesammelt werden, sein. Die interdisziplinäre Ausrichtung des Projektes ist durch die gleichwertige Anwendung etablierter Methoden wie Durchfluss-Zytometrie, Chromosomenzählung, Morphometrie, Vegetationsanalyse und molekularbiologischer Methoden wie e.g. AFLP charakterisiert. Die Aufgabe dieser Diplomarbeit war die Etablierung der AFLP-Methode für die Artengruppe sowie deren Erprobung mit 89 Individuen aus 18 Populationen, die einen Teil des 2009 bereits vorhandenen Pflanzenmaterials von 50 Populationen (je 20 Individuen) und 88 Einzelpflanzen darstellten. Das Ergebnis sollte eine Evaluierung dieses Verfahrens hinsichtlich der Anwendung für das Gesamtprojekt ermöglichen. In einem Screening wurden zwölf AFLP-Primerkombinationen mit sieben Individuen unterschiedlicher Ploidiestufen hinsichtlich Variabilität und Qualität der detektierten Banden getestet. Drei Primerkombinationen wurden ausgewählt und eine Reproduzierbarkeit der Phänotypen mit dem Ergebnis von max. 98,5 % bestimmt. Diese Kombinationen und drei weitere, vom Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung an der Bayrischen Landesanstalt für Landwirtschaft erhaltene, wurden für die AFLP-Analyse von 89 Individuen unterschiedlichen Zytotyps aus 18 Populationen verwendet. Mit sechs Primerpaaren wurden 312 DNA-Banden generiert, von denen 99,7% polymorph und 0,3% monomorph waren. Die unabhängige Wiederholbarkeit der 6 Primerkombinationen erreichte 95,8 % die der parallelen Replikate 98,9%. Der mit dem dem 2D_EUCLID Distanz-Algorithmus nach Saukel (Saukel, J. et al. 2004) generierte Scatterplot ergab eine Auftrennung der Akzessionen in drei Gruppen, die weitgehend den, für dieselben Individuen mit anderen Verfahren festgestellten, bekannten Ploidiestufen diploid, tetraploid und oktoploid entsprach. Die molekularen Daten zeigten vorwiegend eine genetische Struktur, die sich in der zytologischen Differenzierung in unterschiedliche Ploidieniveaus manifestierte, auf. Eine darüber hinausreichende genetische Charakterisierung der Phänotypen war in der aktuellen Studie nicht erkennbar. Sie kann möglicherweise durch die Analyse der Gesamtheit des Pflanzenmaterials unter Verwendung der AFLP-Primerkombinationen, die die geringste Fehlerrate bei unabhängiger Wiederholung aufwiesen, erzielt werden. Die Differenzierungen genetischer Muster aller Populationen können hinsichtlich Übereinstimmung oder Divergenz mit den Ergebnissen morphometrischer und weiterer in dem Projekt angewandter Methoden verglichen werden. Es besteht die Möglichkeit, dass daraus resultierend, neue Informationen in die Taxonomie von Valeriana officinalis agg. einfließen werden

Biometrische Untersuchungen zur Blütenmorphologie des Valeriana officinalis Aggregates

Valeriana officinalis agg ist eine morphologisch und zytologisch mannigfaltige Gruppe, die bereits im Altertum breite pharmazeutische Verwendung fand. Die große Formenfülle sollte sich als Herausforderung für Taxonomen herausstellen. Eine Reihe von Forschern hat sich bemüht, die verschiedenen Erscheinungsformen in taxonomische Gruppen zu gliedern. Bis heute ist nicht geklärt, ob es sich beim Valeriana officinalis agg. um eine Gruppe verschiede-ner sehr ähnlicher Arten, unterschiedliche Unterarten oder um eine einzige Art mit großer morphologischer und genetischer Variabilität handelt. Fest steht, dass mit wenigen Einzel-merkmalen die verschiedenen Typen nicht voneinander zu trennen sind und nur mittels multi-variaten Modellen eine Lösung gefunden werden kann. Das interdisziplinäre Projekt unter der Leitung von Dr. Christoph Dobeš versucht, eine Einteilung nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen vorzunehmen. Dabei ist noch offen, ob sich das Aggregat in verschiedene Arten aufteilen lässt oder ob es sich tatsächlich um nur eine Art handelt. Meine Aufgabe war es, zusätzliche morphometrische Daten für ein multivariates statistisches Verfahren zu liefern. Die Blüten zeigen eine positive Korrelation mit dem Ploidiniveau (diploid, tetraploid und oktoploid), eine klare Zuordnung zu den drei Ploidieniveaus ist jedoch aufgrund von Über-schneidungen nicht durchführbar. Bei der gemeinsamen Auswertung mit anderen morpho-metrischen Daten konnte allerdings gezeigt werden, dass sich die Pflanzen relativ gut in – den bekannten Ploidieniveaus entsprechende – Gruppe einteilen lassen. Einzelne Ausreißer und die fehlende klare Trennung der Gruppen voneinander verhindern aber eine klare Zuord-nung aller Individuen. Zum jetzigen Zeitpunkt ist eine Aussage, ob die drei Ploidieniveaus unabhängige Gruppen bilden oder ob diese fugenlos ineinander übergehen, nicht möglich.Valeriana officinalis L. s.lat. is a pharmaceutically used and morphologically and cytologically diverse taxon. The great abundance of forms has proven to be a challenge for taxonomists, as a number of researchers have sought to find a suitable taxonomic concept. To date it is still not clear if the Valeriana officinalis agg. is a group of several very similar species, different subspecies or a single species with a large morphological, ecological and genetic variability. However, it is clear that with only a few individual characteristics the different types can not be separated and a final answer can only be found by means of multivariate models. The project “Implications of taxonomy and polyploidisation on the phytochemistry of the autopolyploid complex Valeriana officinalis L. (Valerianaceae) – an interdisciplinary approach” led by Dr. Christoph Dobeš attempts a classification according to the latest scientific findings.. This diploma thesis provides additional morphometric data from flowers and fruit of Austrian populations of the Valeriana officinalis agg. A positive correlation between the sizes of the flowers and ploidy levels (diploid, tetraploid and octoploid) could be found. Analysis of morphological data showed a separation of the three known ploidy levels. However, there are always intermediate plants to be found, suggesting that a clear separation by means of ploidy level and morphological traits is not possible and hybridization over ploidy levels might occur. Nevertheless, this diploma thesis provides additional data worth looking at when working on the Valeriana officinalis agg, as flower characters - in combination with other morphological characters – can be used to determine the probable ploidy level of the plant