Zastosowanie metod taksonomii integratywnej w delimitacji gatunków porostów na przykładzie krytycznego rodzaju Wetmoreana (Teloschistaceae, grzyby zlichenizowane)

Streszczenie

Metody sekwencjonowania DNA zostały wprowadzone do lichenologii całkiem niedawno, bo w latach 90. ubiegłego stulecia. Skutkowały one prawdziwą rewolucją w klasyfikacji porostów i delimitacji gatunków. Analizy molekularne ujawniły, że różnorodność gatunkowa porostów jest wyraźnie niedoszacowana. Częścią tej nierozpoznanej różnorodności są tak zwane gatunki kryptyczne, które mają podobną budowę morfologiczną, przy wyraźnie zaznaczonej odrębności genetycznej. Wiele grup porostów, w tym rodzina Teloschistaceae, obejmuje również kryptyczne rodzaje, takie jak Caloplaca w szerokim znaczeniu, który składa się z morfologicznie podobnych, ale niespokrewnionych gatunków. Współczesna taksonomia przyjmuje podejście integratywne, poprzez łączenie danych o morfologii, sekwencji DNA, biochemii, ekologii i biogeografii w procesie delimitacji taksonów. Jednak w przypadku rodziny Teloschistaceae, ostatnie zmiany w systematyce tej grupy porostów w dużej mierze opierają się tylko na sekwencjach DNA.

Celem niniejszego projektu było poznanie nowoczesnych metod statystycznych stosowanych w taksonomii integratywnej do delimitacji rodzajów i gatunków w Teloschistaceae, koncentrując się na taksonach uprzednio ujętych w rodzaju Caloplaca w szerokim znaczeniu. Jako grupę modelową wybrano rodzaj Wetmoreana, znany głównie z Ameryki Południowej. Badania zostały przeprowadzone w ramach stażu naukowego pod kierunkiem dr. hab. Roberta Lückinga w Botanic Garden and Botanical Museum Freie Universität Berlin w Niemczech.

W badaniach zastosowano nowatorską metodę zwaną phenotype-based phylogenetic binning. W metodzie tej wykorzystuje się referencyjne drzewo filogenetyczne oparte na sekwencjach DNA dla zestawu referencyjnych taksonów. Dla tych samych taksonów ustala się matrycę cech fenotypowych, a sygnał filogenetyczny każdej cechy jest następnie oceniany poprzez analizę ich rozmieszczenia na drzewie za pomocą metody ważenia. Dodatkowe okazy, dla których nie są dostępne sekwencje DNA, można następnie umieścić na drzewie referencyjnym, obliczając ich najbardziej prawdopodobne umiejscowienie na podstawie ważonych cech fenotypowych. Możliwe, alternatywne miejsca docelowe na drzewie są oceniane statystycznie poprzez tak zwany bootstrapping, losową analizę podzbioru cech. Ponadto, w celu ustalenia czy zgrupowania taksonów oparte na sekwencjach DNA, mają także poparcie na poziomie morfologicznym, zastosowano metodę zwaną multiple response permutation procedure (MRPP). Do przeprowadzenia obu analiz służą programy takie jak RAxML i PC-ORD.

W prezentowanych badaniach oceniono możliwe umiejscowienie badanej grupy gatunków w rodzaju Wetmoreana na podstawie macierzy 65 cech morfologicznych dla 116 taksonów. Te nowo poznane metody taksonomii integratywnej zostaną wykorzystane w szeroko zakrojonych badaniach dotyczących przedstawicieli rodziny Teloschistaceae w Ameryce Południowej. Ta grupa porostów jest bardzo słabo zbadana na kontynencie południowoamerykańskim, i zarówno jej tradycyjne opracowania taksonomiczne, jak i filogenetyczne, są publikowane sporadycznie. Jednocześnie systematyka Teloschistaceae, która jest jedną z najbogatszych gatunkowo grup porostów (zawiera około 1000 gatunków), opiera się obecnie prawie wyłącznie na filogenetycznych analizach sekwencji DNA. W konsekwencji niemożliwe jest sklasyfikowanie gatunków, dla których sekwencje DNA nie są dostępne. Metoda phenotype-based phylogenetic binning może pomóc w rozwiązaniu tego problemu oraz rzucić światło na obecne ujęcia taksonomiczne oparte na danych molekularnych. Wstępne wyniki badań przeprowadzonych na przedstawicielach rodzaju Wetmoreana z Ameryki Południowej są bardzo obiecujące. Badania te są innowacyjnym podejściem, wcześniej nie praktykowanym w odniesieniu do badanej rodziny.

Wetmoreana sp. nov. – plecha łuseczkowata z licznymi owocnikami (typu apotecjum) i pyknidiami.
Foto. Karina Wilk.

Wetmoreana sp. nov. – apotecjum zeorinowe z widocznym brzeżkiem plechowym i własnym.
Foto. Karina Wilk.

Wetmoreana sp. nov. – budowa warstwy korowej uwidoczniona w błękicie laktofenylowym.
Foto. Karina Wilk.