Scrophularia neesii and S. umbrosa in Germany – similar ecology but different distribution of two taxa of an autopolyploidy complex
DOI:
https://doi.org/10.21248/kochia.v13.113Abstract
Scrophularia neesii and S. umbrosa could be reliably differentiated by relative measurement of DNA weight using flow cytometry. No hybrids were found. S. neesii is more frequent with a distribution focus in southern Germany and parts of western Germany, whereas S. umbrosa is more frequent in northern Germany. According to our results, there is a slight ecological differentiation between the two taxa: S. neesii is more likely to colonize areas with lower temperatures and higher precipitation. S. umbrosa occurs more frequently along rivers, whereas S. neesii is more likely to settle ditches and streams. Both species preferentially colonize the banks of running waters, records on lakes or ponds are rare. The phylogenetic relationship of S. neesii and S. umbrosa as well as the origin of S. neesii was investigated using two DNA markers (nuclear genome: ITS – genotype; plastic genome: trnQ-rps16 – haplotype) on 6 plants of S. neesii, 5 plants of S. umbrosa and 2 plants of S. auriculata. Although the question of whether S. neesii is an autopolyploid of S. umbrosa or of hybrid origin from S. umbrosa and S. auriculata cannot be answered with absolute certainty, both markers show a close relationship between S. neesii and all samples of S. umbrosa. An autopolyploid formation from S. umbrosa seems likely.
References
Brandes, W. 1897: Flora der Provinz Hannover. – Hannover & Leipzig: Hahn.
Burnier, J., Buerki, S., Arrigo, N., Küpfer, P. & Alvarez, N. 2009: Genetic structure and evolution of Alpine polyploid complexes: Ranunculus kuepferi (Ranunculaceae) as a case study. – Molec. Ecol. 18: 3730–3744. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2009.04281.x
Deutschlandflora-WebGIS 2019: https://deutschlandflora.de (aufgerufen am 16. Dez. 2019).
Dillenberger, M. S. & Kadereit, J. W. 2017: Simultaneous speciation in the European high mountain flowering plant genus Facchinia (Minuartia s. l., Caryophyllaceae) revealed by genotyping-by-sequencing. – Molec. Phylogen. Evol. 112: 23–35. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2017.04.016
Duftschmid, J. 1883: Die Flora von Oberösterreich 3. – Linz: Oberösterr. Museum Francisco-Carolineum.
Fick, S. E. & Hijmans, R. J. 2017: Worldclim 2: New 1-km spatial resolution climate surfaces for global land areas. – Int. J. Climatol. 37: 4302–4315. https://doi.org/10.1002/joc.5086
Fischer, M. A., Oswald, K. & Adler, W. 2008: Exkursionsflora für Österreich, Liechtenstein und Südtirol, ed. 3. – Linz: Land Oberösterreich, Biologiezentrum der Oberösterreichischen Landesmuseen.
Fukarek, F. & Henker, H. 2005: Flora von Mecklenburg-Vorpommern – Farn- und Blütenpflanzen. – Jena: Weißdorn.
Grau, J. 1976: Die Cytologie südwestmediterraner Scrophularia-Arten. – Mitt. Bot. Staatssamml. München 12: 609–654.
— 1979: The probable allopolyploid origin of Scrophularia auriculata and S. pseudoauriculata. – Webbia 34: 497–499. https://doi.org/10.1080/00837792.1979.10670187
Hand, R. 2019: Anmerkungen zur Nees-Braunwurz (Scrophularia neesii Wirtg.). – Kochia 12: 69–82. https://doi.org/10.21248/kochia.v12.42
Hartl, H., Kniely, G., Leute, G. H., Niklfeld, H. & Perko, M. 1992: Verbreitungsatlas der Farn- und Blütenpflanzen Kärntens. – Klagenfurt: Naturwissenschaftlicher Verein für Kärnten.
Hinterhuber, R. & Hinterhuber, J. 1851: Prodromus einer Flora des Kronlandes Salzburg. – Salzburg: Oberer.
Hohla, M., Stöhr, O., Brandstätter, G., Danner, J., Diewald, W., Essl, F., Fiereder, H., Grims, F., Höglinger, F., Kleesadl, G., Kraml, A., Lenglachner, F., Lugmair, A., Nadler, K., Niklfeld, H., Schmalzer, A., Schratt-Ehrendorfer, L., Schröck, C., Strauch, M. & Wittmann, H. 2009: Katalog und Rote Liste der Gefäßpflanzen Oberösterreichs. – Stapfia 91.
Huson, D. H. & Bryant, D. 2006: Application of Phylogenetic Networks in Evolutionary Studies. – Molec. Biol. Evol. 23: 254–267. https://doi.org/10.1093/molbev/msj030
Katoh, K. & Standley, D. M. 2013: MAFFT multiple sequence alignment software version 7: improvements in performance and usability. – Molec. Biol. Evol. 30: 772–780. https://doi.org/10.1093/molbev/mst010
Knuth, P. 1888: Flora der Provinz Schleswig-Holstein. – Leipzig: Otto Lenz.
Leeder, F. & Reiter, M. 1958: Kleine Flora des Landes Salzburg. – Salzburg: Naturwissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft des Hauses der Natur Salzburg.
Maurer, W. 1998: Flora der Steiermark 2/1. – Eching: IHW.
Meierott, L. 2008: Flora der Haßberge und des Grabfelds. – Eching: IHW.
NetPhyd & BfN (ed.) 2013: Verbreitungsatlas der Farn- und Blütenpflanzen Deutschlands. – Münster: Landwirtschaftsverlag.
Parisod, C. & Besnard, G. 2007: Glacial in situ survival in the Western Alps and polytopic autopolyploidy in Biscutella laevigata L. (Brassicaceae). – Molec. Ecol. 16: 2755–2767. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2007.03315.x
Phillips, S. J, Anderson, R. P. & Schapire, R. E. 2006: Maximum entropy modeling of species geographic distributions. – Ecol. Modelling 190: 231–259. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2005.03.026
Polatschek, A. & Neuner, W. 2013: Flora von Nordtirol, Osttirol und Vorarlberg 7. – Innsbruck: Tiroler Landesmuseum Ferdinandeum.
Scheerer, H. 1940: Chromosomenzahlen aus der schleswig-holsteinischen Flora. II. – Planta 30: 716–725. https://doi.org/10.1007/BF01917180
Scheunert, A. & Heubl, G. 2017: Against all odds: reconstructing the evolutionary history of Scrophularia (Scrophulariaceae) despite high levels of incongruence and reticulate evolution. – Org. Divers. Evol. 17: 323–349. https://doi.org/10.1007/s13127-016-0316-0
Shaw, J., Lickey, E. B., Schilling, E. E. & Small, R. L. 2007: Comparison of whole chloroplast genome sequences to choose noncoding regions for phylogenetic studies in angiosperms: the tortoise and the hare III. – Amer. J. Bot. 94: 275–288. https://doi.org/10.3732/ajb.94.3.275
Soltis, D. E. & Soltis, P. S. 1999: Polyploidy: recurrent formation and genome evolution. – TREE 14: 348–352. https://doi.org/10.1016/s0169-5347(99)01638-9
Stamatakis, A., Hoover, P. & Rougemont, J. 2008: A rapid bootstrap algorithm for the RAxML web-servers. – Syst. Biol. 75: 758–771. https://doi.org/10.1080/10635150802429642
Starke-Ottich, I., Gregor, T., Barth, U., Böger, K. Bönsel, D., Cezanne, R., Frede, A., Hemm, K., Hodvina, S., Kubosch, R., Mahn, D. & Uebeler, M. (2019): Rote Liste der Farn- und Samenpflanzen Hessens. 5. Fassung. – Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (HMUKLV) & Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie (HLNUG), Wiesbaden.
Stöhr, O., Schröck, C. & Strobl, W. 2002: Beiträge zur Flora der Bundesländer Salzburg und Oberösterreich. – Linzer Biol. Beitr. 34: 1393–1505.
Stöhr, O., Schröck, C., Pilsl, P., Gewolf, S., Eichberger, C., Nowotny, G., Kaiser, R., Krisai, R. & Mayr, A. 2004: Beiträge zur indigenen Flora von Salzburg. – Sauteria 13: 15–114.
Sun, Y., Skinner, D. Z., Liang, G. H. & Hulbert, S. H. 1994: Phylogenetic analysis of Sorghum and related taxa using internal transcribed spacers of nuclear ribosomal DNA. – Theor. Appl. Genet. 89: 26–32. https://doi.org/10.1007/BF00226978
Vaarama, A. & Hiirsalmi, H. 1967: Chromosome studies on some Old World species of the genus Scrophularia. – Hereditas 58: 333–358. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1967.tb02161.x
Wilcox, M. 2013: The identity of Scrophularia xhurstii Druce. – BSBI News 124: 31–33.
Wörz, A. & Thiv, M. 2020: Aktuelle Verbreitungskarten der Farn- und Blütenpflanzen Baden-Württembergs. – http://www.flora.naturkundemuseum-bw.de, aufgerufen am 7.2.2020.
