Julia FermPostdoktor

Diversifiering och evolution inom det neotropiska regnskogssläktet Zygia (Fabaceae) baserat på fylogenomik och morfologi

Neotropiska regnskogar är kända för sin artrikedom, och familjen ärtväxter (Fabaceae) är en av dem mest artrika och ekologiskt utbredda växtfamiljerna som finns där. Detta gör ärtväxter till perfekta kandidater för att studera evolution av hyperdiversitet i neotropiska regnskogar, något det saknas mycket kunskap om. Det finns flera hypoteser om varför regnskogar är så artrika. Traditionellt har man tänkt att få arter dött ut där, och att artrikedom på så sätt ansamlats över långa tidsperioder. På senare år har alternativa förklaringar lagts fram, som går ut på att artrikedomen uppstått snabbt. En bidragande faktor till snabb diversifiering av arter som skett nära i tid, inom några få miljoner år, skulle kunna vara en mycket god spridningsförmåga och efterföljande snabb artbildning i områden utanför moderpopulationens. Även andra biologiska processer som hybridisering (när två individer från olika arter reproducerar), introgression (när hybridarter reproducerar tillbaka med en av föräldraarterna) och polyploidi (mer än dubbel kromosomuppsättning) skulle kunna leda till snabb artbildningstakt. 

Ärtväxtsläktet Zygia är mitt projekts studieobjekt. Zygia (Mimosoida kladen; underfamilj Caesalpinioideae), 58 arter enligt den nuvarande klassifikationen, har en utbredning i regnskogar över hela neotropikerna med flera arter vitt förekommande i Amazonas. Arter som tillhör Zygia känns igen som små träd med dubbelt sammansatta blad, vita–mörkrosa blommor som växer direkt på stammen och grenarna (kauliflori), och blommor med talrika, långa ståndare.

I en tidigare studie av Zygia analyserade jag data från fyra gen-regioner för att få fram ett fylogenetisk träd. Resultatet visade att ytterligare studier av släktskapsrelationer inom Zygia är nödvändiga. I vissa fall härstammade inte alla våra representanter av en art från en gemensam anfader, vilket indikerar att artavgränsningar bör ses över. I andra fall var resultaten otydliga eller saknade statistiskt stöd. Sådana resultat är typiska för ett släkte som genomgått en snabb diversifiering. Då finns ofta inte tillräckligt med information i några få DNA-sekvenser för att bygga fylogenetiska träd, men det kan också handla om (oväntade) resultat som indikerar att exempelvis hybridiseringar sker inom släktet.

Med nya sekvenseringsmetoder, så kallad Next Generation Sequencing, uppstår nya möjligheter att ta fram stora mängder data som kan användas för att skapa fylogenetiska träd och undersöka evolutionär historia. Med "targeted enrichment"-metoden används specialdesignade RNA- eller DNA-bitar som "bete" för att "fånga in" utvalda delar av det enormt stora nukleära genomet. Annars skulle alltför stora mängder data genereras, vilket skulle bli svårhanterligt när vi behöver data från många växtindivider. Baserat på analyser av stora mängder nukleära data framtaget på detta sätt ska jag bygga ett släktskapsträd över Zygia. Genom att datera trädet med hjälp av kalibreringspunkter (åldersbestämda noder inom Fabaceae) kan vi få en uppskattning av hur gammalt Zygia är och vidare undersöka om släktet har genomgått en snabb diversifiering med många artbildningar nära i tid. Spridningsförmåga och förekomst av hybrider, introgression och polyploider inom Zygia kommer också undersökas med därför avsedda analysmetoder.

Till sist kommer släktskapsträdet användas som grund för att utvärdera den nuvarande klassifikationen av Zygia. Kombinerat med detaljerade morfologiska studier kommer artavgränsningar utvärderas och diagnostiska egenskaper identifieras för varje art. Sådan kunskap är viktig för identifiering och klassificering av biologisk mångfald och bidrar till arbetet med att bevara hotade arter i Amazonas. Det här projektet kommer även att bidra med mer generell kunskap om diversifiering i neotropiska regnskogar.