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Mitochondrial genomes and the complex evolutionary history of the cercopithecine tribe Papionini

dc.contributor.advisorRoos, Christian PD Dr.
dc.contributor.authorLiedigk, Rasmus
dc.date.accessioned2015-08-18T08:34:24Z
dc.date.available2015-08-18T08:34:24Z
dc.date.issued2015-08-18
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0022-607F-9
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-5224
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-5224
dc.description.abstractDie vorliegende Arbeit soll dazu beitragen, Unstimmigkeiten in den Verwandtschaftsverhältnissen innerhalb der Papionini, einem Stamm innerhalb der Altweltaffen (Cercopithecidae), zu klären. Die Papionini, die zusammen mit den Cercopithecini die Unterfamilie der Cercopithecinae bilden, beinhalten sieben Gattungen (Macaca, Cercocebus, Mandrillus, Lophocebus, Papio, Theropithecus, Rungwecebus) und 45 Arten. Sechs der sieben Gattungen kommen heute hauptsächlich in Afrika vor. Eine Ausnahme ist die Gattung Papio, die mit einer Art (P. hamadryas) auch in Südwest-Arabien vorkommt. Im Gegensatz zu den sechs hauptsächlich afrikanischen Gattungen hat die siebte Gattung (Macaca) nur ein kleines Verbreitungsgebiet im Norden Afrikas und kommt sonst hauptsächlich in Asien vor. Fossilfunde belegen allerdings, dass während des Plio- und Pleistozäns die Gattungen Macaca und Theropithecus auch in Europa vorkamen. Von der Gattung Theropithecus, die heute ausschließlich in Afrika beheimatet ist, wurden zudem auch Fossilien aus dem Pliozän im Norden Indiens gefunden. Die Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb der Papionini wurden bisher mit Hilfe morphologischer und genetischer Merkmale untersucht, allerdings waren die Ergebnisse nicht immer übereinstimmend und es gibt immer noch viele Unklarheiten. Zum einen ist nicht eindeutig geklärt, wie die Gattungen Papio, Lophocebus und Theropithecus zu einander in Beziehung stehen. Zum anderen ist auch unklar, wie die einzelnen Pavianarten innerhalb der Gattung Papio mit einander verwandt sind. Außerdem sind auch die Verwandtschaftsverhältnisse zwischen und innerhalb der Artgruppen der Makaken nicht eindeutig geklärt. Um mehr Klarheit in die Evolution der Papionini zu bringen, habe ich im Rahmen dieser Arbeit drei Studien durchgeführt (Kapitel 2-4). Ziel dabei war es, Verwandtschaftsbeziehungen auf unterschiedlichen taxonomischen Ebenen (zwischen und innerhalb von Gattungen, sowie innerhalb einer Art) zu untersuchen. Dazu wurden komplette mitochondriale Genome von Vertretern der Papionini sequenziert und damit Phylogenien und Aufspaltungszeiten berechnet. Die Ergebnisse meiner Arbeit zeigen unter anderem drei Hauptkladen innerhalb der Papionini (Kapitel 2): 1) Papio, Theropithecus, Lophocebus; 2) Mandrillus, Cercocebus; 3) Macaca, wobei Macaca in der mitochondrialen Phylogenie näher mit Mandrillus und Cercocebus verwandt zu seien scheint und nicht wie erwartet, als Schwestergruppe der afrikanischen Papionini abgebildet wird; ein Ergebnis, das im Widerspruch zu nukleären und morphologischen Studien steht. Meine Arbeit zeigt auch, dass komplette mitochondriale Genome in manchen Fällen nicht ausreichen, um phylogenetische Beziehungen vollständig zu rekonstruieren. So bleibt weiterhin unklar wie die Gattungen Papio, Theropithecus und Lophocebus zueinander stehen (Kapitel 2). Außerdem zeigen die Ergebnisse Paraphylien für Mandrillus und Cercocebus (Kapitel 2), sowie innerhalb der Paviane (Kapitel 3). Die Paviane werden dabei gemäß ihrer geographischen Verbreitung und nicht nach ihrer taxonomischen Zugehörigkeit abgebildet, wodurch die meisten Pavian-Arten paraphyletisch sind. Der Grund für diese Baumtopologie ist sehr wahrscheinlich sekundärer Genfluss zwischen parapatrisch vorkommenden Pavian-Arten. In der dritten Studie (Kapitel 4), in der innerartliche Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb einer südostasiatischen Makaken-Artgruppe (Macaca fascicularis) untersucht wurden, zeigt sich eine klare Unterteilung in eine kontinentale und eine insulare Klade. Sowohl die kontinentale, als auch die insulare Linie sind auf Sumatra zu finden, was für einen sekundären genetischen Austausch zwischen beiden Populationen spricht. Generell kann man sagen, dass komplette mitochondriale Genome robuste Phylogenien mit hoher statistischer Unterstützung ergeben, die eine gute Grundlage für künftige vergleichende Studien bilden. Die berechneten Aufspaltungszeiten stimmen weitestgehend mit vorherigen Studien überein, wobei sich die ermittelten Konfidenzintervalle verkleinert haben. Allerdings zeigt die Arbeit auch, dass Phylogenien basierend auf mitochondrialen Genomen keine hohe Auflösung erzielen wenn sich Taxa innerhalb kurzer Zeit voneinander trennten. Die hier gezeigten Paraphylien und die abweichenden Ergebnisse zu nukleären Studien wurden höchstwahrscheinlich durch sekundären genetischen Austausch hervorgerufen. Um Verwandtschaftsverhältnisse möglichst exakt rekonstruieren zu können, müssen neben der maternal-vererbten, mitochondrialen Linie noch paternal- und biparentalvererbte Merkmale in Betracht gezogen werden. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, dass ein bestimmter molekularer Marker immer nur eine mögliche Phylogenie von vielen wiedergibt.de
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleMitochondrial genomes and the complex evolutionary history of the cercopithecine tribe Papioninide
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedMitochondrial genomes and the complex evolutionary history of the cercopithecine tribe Papioninide
dc.contributor.refereeHeymann, Eckhard W. Prof. Dr.
dc.date.examination2014-09-19
dc.description.abstractengThe present study is meant to further illuminate the evolutionary history of the cercopithecine tribe Papionini. The Papionini, as sister lineage to the Cercopithecini, belong to the Cercopithecinae subfamily and comprise seven genera (Macaca, Cercocebus, Mandrillus, Lophocebus, Papio, Theropithecus, Rungwecebus) and 45 species. Six of the seven genera are today mainly restricted to Africa with the exception of Papio of which one species, P. hamadryas, is found also in Southwest Arabia. In contrast, the seventh genus, Macaca, is mainly an Asian taxon with only a small range in Northwest Africa (M. sylvanus). The fossil record indicates that the genera Macaca and Theropithecus occurred also in Europe during the Plio- Pleistocene. Theropithecus is today restricted to Africa but Pliocene fossils were discovered in North India. Phylogenetic relationships among papionin taxa have been analysed applying morphological and genetic traits, but respective results were not completely concordant. Particularly, the phylogenetic relationships between Theropithecus, Lophocebus and Papio, and relationships within the genus Papio as well as among Macaca species groups are not satisfactorily resolved so far. To shed more light on the evolutionary history of the Papionini I conducted three studies (chapter 2-4) to investigate inter- and intra-generic as well as intraspecific relationships. For this purpose I generated complete mitochondrial genomes to reconstruct phylogenetic trees and to estimate divergence ages. Results reveal three major clades within the Papionini (chapter 2): (1) Papio, Theropithecus, Lophocebus; (2) Mandrillus, Cercocebus; (3) Macaca, whereas the latter appears as sister clade to Mandrillus and Cercocebus and not as sister lineage to all African Papionini. This finding is in discordance to nuclear and morphological studies. The results further show that complete mitochondrial genomes are in some cases not sufficient to resolve phylogenetic relationships as for example between Theropithecus, Lophocebus and Papio (chapter 2). The dataset further reveals paraphyletic relationships among Mandrillus and Cercocebus (chapter 2) as well as within Papio (chapter 3). In the latter case, baboon mtDNA-clades cluster according to their geographic origin and not according to their taxonomy, making most baboon species paraphyletic. These branching patterns are most likely caused by secondary gene flow between parapatric baboon species. In the third study (chapter 4), in which intra-specific relationships within the Asian long-tailed macaque (Macaca fascicularis) were analysed, we found a clear division into a continental and an insular clade. Both, continental and insular lineages were found on Sumatra, indicating secondary gene exchange between continental and insular populations. In general, the results show that complete mitochondrial genome sequences result in well-resolved and highly supported phylogenies which provide basic phylogenetic information for future comparative studies. Divergence age estimations are mainly concordant with earlier studies but confidence intervals narrowed. However, it has also been shown that mitogenomic phylogenies do not reveal high resolutions when taxa diverge within short time periods. The detected paraphyletic relationships and discordances to nuclear studies are most likely the result of incomplete lineage sorting or secondary gene flow. Hence, for a complete understanding of the evolutionary history of taxa, multi-locus approaches including nuclear data are essential, since mitochondrial phylogenies represent only a single gene tree and thus only one, but important, aspect of the evolutionary history of taxa.de
dc.contributor.coRefereeZinner, Dietmar Dr.
dc.subject.engPhylogenyde
dc.subject.engDivergence agesde
dc.subject.engmtDNAde
dc.subject.engPrimatesde
dc.subject.engMacaquesde
dc.subject.engBaboonsde
dc.subject.engSoutheast Asiade
dc.subject.engSundalandde
dc.subject.engEvolutionde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0022-607F-9-0
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät für Biologie und Psychologiede
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.identifier.ppn833463586


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