Die Ausbreitung von Individuen stellt einen wichtigen Faktor dar, um den Genfluss zwischen Populationen einer Art aufrecht zu erhalten und Divergenzen zu vermeiden. Prädatoren haben einen entscheidenen Einfluss auf die Ausbreitungskapazität von Populationen. Deshalb unterscheidet man zwei Ausbreitungstypen. Zum einen gibt es die Habitatspezialisten, die sich so lange Ausbreiten können, bis ein Prädator auftritt, an den sie nicht angepasst sind. Ihre Adaption betrifft das Zusammenleben mit dem Hauptprädator in dem durch sie bevölkerten Habitat und ist genetisch fixiert. Aufgrund dessen kann der Genfluss unterbrochen werden und leicht Divergenzen entstehen. Im Gegensatz dazu gibt es die Generalisten, die phänotypische Plastizität aufweisen und unterschiedliche Habitate mit variierenden Top-Prädatoren besiedeln können. Mögliche Divergenzen werden durch den vorherrschenden Genfluss vermieden.
Von den fünf europäischen Leucorrhinia-Arten, in denen L. caudalis, L. albifrons und L. pectoralis nur in Habitaten mit Fischen vorkommen und L. dubia sowie L. rubicunda an das Zusammenleben mit invertebraten Prädatoren spezialisiert sind, ist L. dubia am signifikantesten phänotypisch plastisch. In der vorliegenden Studie gilt es zu zeigen, dass Untersuchungen von Populationen der plastischen Art L. dubia unabhängig von der Entfernung des Sammlungsstandortes, eine verminderte Divergenz aufweisen. Untersuchungen der Arten L. albifrons, L. caudalis, L. pectoralis sowie L. rubicunda weisen im Vergleich eine höhere Divergenz auf. Um die molekularen Untersuchungen durchzuführen und gute Ergebnisse zu gewährleisten, wurde die Kombination aus einem mitochondrialen (ND1) und chromosomalen (ITS) Primer gewählt.
Eine Überprüfung der aufgestellten Hypothesen blieb jedoch aus, da eine erfolgreiche Amplifizierung und Sequenzierung sowohl für den ND1- als auch für den ITS- Primer, auch nach mehrfachen Optimierungsversuchen, nicht erreicht werden konnte. Dies ermöglichte eine Fehleranalyse. Es zeigte sich, dass beim Einlegen der Individuen in Aceton keine systematische Technik genutzt wurde, sodass eine Kontamination nicht ausgeschlossen werden konnte. Die Erkenntnis, dass Wasser und Verschmutzungen in Aceton eine Degradation der DNA begünstigen bestätigte, dass eine Amplifikation und Sequenzierung der DNA aus den Jahren 12/13 aufgrund dessen nicht möglich war. Die DNA aus dem Jahr 2014 lag intakt vor, wodurch sich eine Analyse über alternative Methoden ergab.
Inhaltsverzeichnis
1 Zusammenfassung
2 Einleitung
3 Material & Methoden
3.1 Sammlung der Daten
3.2 Molekularbiologische Methoden
3.2.1 DNA-Isolierung
3.2.2 Quantifizierung der DNA
3.2.3 Wahl der Primer
3.2.4 Polymerasekettenreaktion
3.2.4.1 PCR des ND1-Primers
3.2.4.2 PCR des ITS-Primers
3.2.5 Aufreinigung der PCR Produkte
3.2.6 DNA-Agarosegelelektrophorese zur Mengenabschätzung
3.2.7 Sequenzierung
4 Ergebnisse
4.1 DNA Isolierung und Quantifizierung der DNA
4.2 Methoden zur Optimierung der ND1-PCR
4.3 Methoden zur Optimierung der ITS-PCR
4.4 Sequenzierung der PCR-Produkte
4.5 Untersuchung der DNA von 2013 und 2014 auf Degradation
5 Diskussion
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, die Populationsdivergenz innerhalb der Libellengattung Leucorrhinia molekulargenetisch nachzuweisen, um die Hypothese zu überprüfen, ob plastische Arten wie L. dubia eine geringere Populationsdivergenz aufweisen als Habitatspezialisten.
- Analyse der phänotypischen Plastizität bei Libellenarten
- Einfluss von Prädatoren auf die genetische Struktur von Populationen
- Methodische Optimierung der DNA-Amplifikation (ND1 und ITS-Marker)
- Vergleichende Untersuchung der Populationsdivergenz verschiedener Leucorrhinia-Arten
- Fehleranalyse zur DNA-Degradation in Aceton-konserviertem Material
Auszug aus dem Buch
2 Einleitung
Divergente natürliche Selektion zwischen alternativen Umwelten führt oftmals zu einer phänotypischen Diversität (Albertson et al., 2003; Orr & Smith, 1998). Auf diese Weise kann eine adaptive Divergenz (Caputo et al., 2014) und die daraus resultierende Differenzierung von Populationen hervorgerufen werden (Schluter, 2000). Man bezeichnet die phänotypische Auseinanderentwicklung von Populationen als Populationsdivergenz. Darauf aufbauend formt die Divergenz von Populationen innerhalb einer Art einen unmittelbaren Ausgangspunkt für Artbildungsprozesse (Levine, 1976; Grant, 1986) und ist somit essentiell für die Entstehung neuer Arten. Divergenzen innerhalb einer Population können entweder von einer plastischen Adaption (Walsh et al., 2008) oder aus einer genetischen Differenzierung (Langerhans et al., 2004) stammen.
Einer der wichtigsten Faktoren für die Entstehung von Populationsdivergenz sind Unterbrechungen des Genflusses zwischen Populationen. Dies kann einerseits durch eine geographische Isolation entstehen. Die Populationen entwickeln sich aufgrund von Adaptionen an unterschiedlich vorherrschende Selektionsdrücke phänotypisch divergent (Turelli et al., 2001). Andererseits kann die Unterbindung des Genflusses und die somit entstehende Divergenz auch durch ökologische Selektion hervorgerufen werden (Stelkens et al., 2012). Dies kann durch eine lokale Adaption an divergierende Umwelten innerhalb eines Habitats, wie beispielsweise unterschiedliche Nahrungsressourcen, Prädatoren, Parasiten oder Klimaunterschiede auftreten.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Zusammenfassung: Die Arbeit beleuchtet die Bedeutung von Genfluss und phänotypischer Plastizität für die Populationsdivergenz bei Leucorrhinia und dokumentiert methodische Herausforderungen bei der DNA-Amplifikation aufgrund von Degradation.
2 Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen der divergenten natürlichen Selektion, phänotypischen Plastizität und deren Rolle bei der Entstehung von Populationsdivergenz und Artbildungsprozessen.
3 Material & Methoden: Hier werden die Herkunft des Probenmaterials, die Isolationsprotokolle sowie die optimierten PCR-Bedingungen für die Marker ND1 und ITS detailliert beschrieben.
4 Ergebnisse: Das Kapitel präsentiert die quantitativen DNA-Konzentrationen, die Optimierungsschritte der PCR und die Analyse der DNA-Degradation mittels Gelelektrophorese.
5 Diskussion: Abschließend werden die Gründe für die fehlende Amplifikation diskutiert, insbesondere der Einfluss der Lagerung in Aceton und mögliche alternative Isolationsmethoden.
Schlüsselwörter
Leucorrhinia, Populationsdivergenz, phänotypische Plastizität, Genfluss, DNA-Barcoding, ND1, ITS-Region, PCR-Optimierung, Libellen, Artbildung, ökologische Selektion, DNA-Degradation, Prädatoren, Habitatvergleich, Molekularbiologie.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Populationsdivergenz innerhalb der Libellengattung Leucorrhinia durch molekularbiologische Methoden, um den Einfluss von phänotypischer Plastizität und Habitatspezialisierung auf den Genfluss zu verstehen.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Zentrale Themen sind die genetische Differenzierung, adaptive Evolution, Methoden der DNA-Konservierung und die Optimierung molekulargenetischer Protokolle für Insektenproben.
Was ist das primäre Ziel der Studie?
Das Ziel war der Nachweis von Populationsdivergenz bei verschiedenen Libellenarten unter Testung der Hypothese, dass plastische Arten wie L. dubia eine geringere Divergenz aufweisen als Habitatspezialisten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt PCR-Amplifikation mit mitochondrialen (ND1) und chromosomalen (ITS) Primern sowie Sequenzierungsanalysen, ergänzt durch eine methodische Fehleranalyse zur DNA-Qualität.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die detaillierte Beschreibung der Probenahme, die umfangreichen PCR-Optimierungsversuche unter Variation verschiedener Parameter wie Magnesiumkonzentration und Annealing-Temperatur sowie die Untersuchung auf DNA-Degradation.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselwörter sind u.a. Leucorrhinia, Populationsdivergenz, phänotypische Plastizität, Genfluss, PCR-Optimierung und DNA-Degradation.
Warum konnte die Überprüfung der Hypothesen nicht erfolgreich abgeschlossen werden?
Aufgrund von DNA-Degradation der Proben aus den Jahren 2012 und 2013, vermutlich durch unzureichende Vorbehandlung bei der Einlagerung in Aceton, war eine vollständige Amplifikation und Sequenzierung für alle Individuen nicht möglich.
Welchen Einfluss hat die Lagerung in Aceton auf die DNA-Qualität?
Die Arbeit zeigt, dass Aceton zwar zur Konservierung geeignet ist, jedoch die Anwesenheit von Wasser oder Verschmutzungen in den Proben bei längerer Lagerung zu einer signifikanten Degradation führen kann.
- Arbeit zitieren
- Kira Thiele (Autor:in), 2016, Populationsdivergenz innerhalb der Gattung "Leucorrhinia", München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/385102
