Stefan G. Michalski

Reproduktionsbiologie und Populationsgenetik der Schwarzen Binse, Juncus atratus KROCK.

Kumulative Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt der Naturwissenschaftlichen Fakultät I der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 08.04.2008

Abstract
Die Dynamik einer Population und das Ausbreitungspotential einer Art stehen in direktem Zusammenhang mit der Fortpflanzung ihrer Individuen. Die Untersuchung der Reproduktionsmechanismen einer Pflanze ist daher grundlegend für das Verständnis einer Art. Dafür bieten neben traditionellen auch populationsgenetische Methoden vielfältige Ansätze. Die hier präsentierten Arbeiten ermöglichen verschiedene Einblicke in das Reproduktionssystem einer Pflanze.
Neben blühphänologischen Untersuchungen an verschiedenen Juncus-Arten, sowie makroökologischen Analysen zu Pollen/Ovulum-Verhältnissen lag ein Schwerpunkt dieser Dissertation auf der Bearbeitung der in Deutschland sehr seltenen Schwarze Binse (Juncus atratus KROCK.). Für diese windbestäubte Art wurde besonders die enge Verknüpfung zwischen Fortpflanzung und dem populationsgenetischen Profil untersucht. Um Vaterschaftsanalysen und populationsgenetische Untersuchungen für Juncus atratus zu ermöglichen, wurden zunächst geeignete neutrale, genetische Marker (Mikrosatelliten) für diese Art entwickelt. Mittels dieser Marker wurden Analysen zum Befruchungssystem und zur genetischen Populationsstruktur von J. atratus durchgeführt. Obwohl die Art ein vornehmlich autogames Befruchtungssystem aufweist, kann nachweislich eine starke Inzuchtdepression hohe genetische Diversität auf Individuen- und Populationsebene aufrechterhalten. Dieser für eine krautige Pflanze ungewöhnliche Befund stellt für die rezente Theorie zur Evolution von Reproduktionssystemen eine Herausforderung dar.

The dynamics of a population and the potential of a species to spread are directly related to the reproduction of their individuals. The investigation of the reproductive mechanisms is therefore fundamental to the understanding of the characteristics of a species. To reach this goal, traditional methods as well as population genetics provide a variety of approaches. The work presented here tries to gain insight into the different aspects of the reproductive system of plants.
Phenological patterns within a single flowering period of several Juncus species were investigated. These patterns can best described as synchronous pulsed flowering. Also, macro-ecological analyses of pollen/ovule-rates were performed. However, the main object of this thesis was the wind pollinated, in Germany rare, Black rush (Juncus atratus KROCK.). Of particular interest was the investigation of the close link between reproduction and population genetics. Appropriate neutral genetic markers (microsatellites) were developed to allow paternity and further genetic analysis. Using these markers the mating system as well as the population genetic structure of J. atratus was investigated. Although primarily autogamous the species maintains a high genetic diversity on individual and population level which can be attributed to strong inbreeding depression. These results are surprising for an herbaceous plant and challenge existing theories of the evolution of reproductive systems in plants.

Keywords:
Juncus, Phänologie, Synchronie, P/O, Mikrosatelliten, Populationsgenetik, Inzuchtdepression, Befruchtungssystem, Auskreuzungsrate, Windbestäubung

Juncus, phenology, synchrony, P/O, microsatellite, population genetics, inbreeding depression, mating system, outcrossing rate, anemophily

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