Vorlesung Biodiversität: t: Evolution der Algen Evolution der Algen und Plastiden Teil 5: Viridiplantae

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1 Vorlesung Biodiversität: t: Evolution der Algen Evolution der Algen und Plastiden Teil 5: Viridiplantae Thomas Friedl Abteilung Experimentelle Phykologie und Sammlung von Algenkulturen Albrecht-von von-haller-institut für f r Pflanzenwissenschaften Georg-August-Universität Göttingen

2 Biodiversität: Evolution der Algen WS 2007/8 Mi 12:15-13:00 im Seminarraum oder kleinen Hörsaal Evolution der Algen und Plastiden (T. Friedl) Einführung, Übersicht über die Algen, Vorstellung der Abteilung EPSAG Cyanobakterien Besichtigung der Abteilung und SAG (I. Lang) Primäre Endosymbiose Glaucophyta, Rotalgen Grünalgen und Entstehung der Landpflanzen Sekundäre Endosymbiose, Cryptophyta, Chlorarachniophyta Stramenopiles + Haptophyta = "Chromista"? Alveolates,Euglenozoa, Abschlußbetrachtung Imke Lang: Cryokonservierung Imke Lang: Anwendung von Algen in der Biotechnologie Kathrin Mohr: Erfassen von Algenbiodiversität mit molekularen Methoden. I Kathrin Mohr: Erfassen von Algenbiodiversität mit molekularen Methoden. II Benutzername: Passwort: evolution ers01ter

3 Primary endosymbiosis Secondary endosymbiosis Tertiary endosymbiosis Cyanobacterium primary host Ciliates Rhodophyta Sporozoa Glaucophyta Chlorophyta secondary host peridinin-containing Dinoflagellates secondary host Heterokontophyta, Haptophyta tertiary host fucoxanthin-containing Dinoflagellates Oomycetes heteroloboseid Amoeboflagellates Cryptophyta Euglenophyta Chlorarachniophyta tertiary host Dinoflagellates with cryptophyte-like reduced endosymbiont

4 Entstehung der Plastiden durch primäre Endosymbiose Grüne Pflanzen und Grünalgen (Chl a und b, ß-Carotin) Rotalgen (Chl a und Phykobiline, Phycobilisomen) Grünalgen Landpflanzen Kern- und Plastidengene zeigen übereinstimmend diese Beziehungen: erweiterter Begriff Plantae Glaucophyta (Plastiden ähnlich Rotalgen, aber Peptidoglukan-Schicht) Verlust der Peptidoglukan-Wand

5 Green Algae Viridiplantae What are green algae? double membrane-bound plastids containing chlorophyll a and b,beta carotene and xanthophylls a unique stellate structure linking nine pairs of microtubules in the flagellar base starch is stored inside the plastid cell walls when present are usually composed of cellulose

6 Stellate structure in Volvox globator Melkonian M. 1987, Systematics of the Green Algae, p. 89

7 Schema einer Grünalgenzelle: Chlamydomonas sp. Geißel (Flagellum) Geißelapparat Plastidenhülle (2 Membranen) Thylakoide (in Stapeln) Zellwand Augenfleck Zellkern mit Nukleolus Pyrenoid Stärkekörner

8 Evolution der Grünalgen Vielfalt an Organisationsformen Entstehung der Landpflanzen

9 Traditional system of the Green Algae A. Pascher's view of the phylogeny of Green Algae and Plants based on the level of organization Adolf Pascher ( ) see also Fritsch 1935, Fott 1971

10 Green Algae Viridiplantae Ultrastructure of flagellated cells Ultrastructure of flagellated cells Cytokinesis / Mitosis Lewis L.A. & McCourt R.M. (2004) Am. J. Bot. 91:

11 The Viridiplantae (= Green plants) are divided into two major lineages synapomorphies? flagellar roots in cruciate condition phycoplast unilateral flagellar root phragmoplast (maximum parsimony analysis, 70 ingroup taxa 1679 pos., bootstrap tests with 500 repl. from NJ and MP, thick lines indicate support >70% )

12 18S rdna phylogeny of the Green Algae synapomorphies? Chlorophyta no MLS (multi-layered structure) flagellar roots in cruciate condition Streptophyta MLS (multi-layered structure) flagellar roots in cruciate condition! Mesostigma viride (maximum parsimony analysis, 70 ingroup taxa 1679 pos., bootstrap tests with 500 repl. from NJ and MP, thick lines indicate support >70% )

13 Marin B. & Melkonian M. 1999, Protist 150, p.409.

14 MLS (multilayered structure) in flagellar roots of Mesostigma viride Melkonian M. 1987, Pl. Syst. Evol. 164,

15 flagellates basal, but of multiple origins Chlorophyta Pyramimonas lunata Pyramimonas propulsa Streptophyta Prasinophytes Mesostigma viride

16 The Charales is a sister-group with all Landplants (revealed by multigene analyses; Karol et al. 2001) (maximum parsimony analysis, 70 ingroup taxa 1679 pos., bootstrap tests with 500 repl. from NJ and MP, thick lines indicate support >70% )

17 Lebenszyklus von Chara Thallusspitze, quer Seitenzweige Achsenzelle (mit Berindung) Coronula ("Krönchen") Oogon (mit steriler Hülle H!) Spermatozoide Oogon + vegetativer Thallus (gegliedert in Nodien und Internodien) Antheridium Antheridium B! efruchtung: Oogamie Spermatozoid Zygote (2n) R! eduktionsteilung Keimung der Zygote: junger Thallus (nach van den Hoek 1993)

18 Phylogenie der Charophyta kombinierter 4-Gene4 Gene-Datensatz, Karol et al., Science 294: (2001) Streptophyta Chlorophyta

19 18S rdna phylogeny of the Green Algae Trebouxiophyceae mainly soil algae, lichen symbionts mainly coccoids Chlorophyceae mainly freshwater incl. colonial flagellates Chlorophyta Ulvophyceae morphologically very diverse marine and freshwater incl. Cladophorales and Dasycladales? Prasinophytes scaled flagellates Streptophyta Streptophyta few "algal lineages" - the Charophytes land plants (maximum parsimony analysis, 70 ingroup taxa 1679 pos., bootstrap tests with 500 repl. from NJ and MP, thick lines indicate support >70% )

20 Phylogenie der Charophyta kombinierter 4-Gene4 Gene-Datensatz, Karol et al., Science 294: (2001) Streptophyta Chlorophyta

21 Phylogenie der Charophyta kombinierter 4-Gene4 Gene-Datensatz, Karol et al., Science 294: (2001) Streptophyta Mesostigma viride Chlorophyta

22 Phylogenie der Charophyta kombinierter 4-Gene4 Gene-Datensatz, Karol et al., Science 294: (2001) Streptophyta Chlorophyta

23 Phylogenie der Charophyta kombinierter 4-Gene4 Gene-Datensatz, Karol et al., Science 294: (2001) Streptophyta Chlorophyta

24 Phylogenie der Charophyta kombinierter 4-Gene4 Gene-Datensatz, Karol et al., Science 294: (2001) Streptophyta Chlorophyta