Branchiopoda und Astacida (Arthropoda, Crustacea):
Ihre Gene und ihre Evolution

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades
d o c t o r r e r u m n a t u r a l i u m
(Dr. rer.nat.)

im Fach Biologie

eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Dipl.-Biol. Anke Braband

geb. 15. 01. 1963 in Berlin

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Jürgen Mlynek

Dekan:
Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
Prof. Dr. Michael Linscheid

Gutachter:
1. Prof. Dr. Gerhard Scholtz
2. Prof. Dr. Arndt von Haeseler
3. Prof. Dr. Martin Schlegel

eingereicht: 27. 10. 2003

Datum der Promotion: 12. 03. 2004

Eigene Schlagworte: Molekulare Systematik, Branchiopoda, Astacida, 12S rRNA, EF-1 alpha, cox 1, Introns, ribosomale Sekundärstruktur

Keywords: Molecular systematics, Branchiopoda, Astacida, 12S rRNA, EF-1 alpha, cox 1, introns, secondary structure of 12S rRNA

Abstract

The phylogenetic relationships of the higher arthropod taxa are still of special interest. Especially the interrelationships of the different Crustacea taxa have long been debated. The focus of this investigation is to make a contribution to the phylogenies of two Crustacea taxa using molecular markers: The Phyllopoda which belong together with the Anostraca to the branchiopods, and of the Astacoidea, one of the two higher crayfish taxa (Astacida).

The following molecular markers were used: 1) Phyllopoda: the 3rd domain of the mitochondrial encoded 12S rRNA taking into account informations of the secondary structure, the nuclear encoded proteingene EF-1 alpha and the positions of introns found in the coding region of EF-1 alpha. 2) Astacoidea: the 3^rd domain of the 12S rRNA and the mitochondrial encoded proteingene cox1. The choice of the mentioned markers in combination with different computercladistical methods allowed to give a satisfying, and in the case of the Astacoidea a more surprising answer to most addressed phylogenetic questions. The gained hypotheses are then discussed in detail in the light of morphological features and hypotheses.

Zusammenfassung

Innerhalb der Arthropodensystematik sind die phylogenetischen Beziehungen der höheren Crustaceataxa seit langem von besonderen Interesse. Ziel dieser Arbeit ist die Rekonstruktion der phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse mit Hilfe molekularer Datensätze für die Phyllopoda, die zusammen mit den Anostraca die Branchiopoda bilden und der Astacoidea (Astacida), einer Teilgruppe der Flusskrebse.

Folgende molekulare Marker kamen zum Einsatz: 1) Für die Phyllopoda: Die 3. Domäne der mitochondrial codierten 12S rRNA, unter Berücksichtigung von Sekundärtrukturinformationen, das nukleare Gen EF-1 alpha und die Positionen von Introns im Gen EF-1 alpha. 2) Für die Astacoidea: Die 3. Domäne der 12S rRNA und das mitochondrial codierte Gen cox1. Durch die Wahl der molekularen Marker, die mit unterschiedlichen computerkladistischen Methoden ausgewertet wurden, konnten für die meisten Fragen eine eindeutige und im Fall der Astacoidea überraschende phylogenetische Aussage getroffen werden. Die gewonnenen Hypothesen werden ausführlich im Licht morphologischer Hypothesen diskutiert.

Inhaltsverzeichnis

• Vorwort
• 1  Einleitung
  • 1.1  Die phylogenetische Systematik im Blickpunkt molekularer Daten
  • 1.2 Molekulare Daten zur Klärung phylogenetische  Beziehungen innerhalb der Metazoa
    • 1.2.1 Mitochondriale Gene
    • 1.2.2 Die Sekundärstruktur ribosomaler Gene und ihre Anwendungsbereiche in der Phylogenie
    • 1.2.3  Nukleare Gene und ihre Struktur im Genom - ``intron early´´  oder ``intron late´´
  • 1.3 Crustacea und ihre Teiltaxa
  • 1.4 Ziele der Arbeit
• 2  Material und Methoden
  • 2.1 Material
    • 2.1.1 Geräte
    • 2.1.2 Hardware und Software
    • 2.1.3 Labormaterialien
    • 2.1.4 Verwendete Puffer und Lösungen
    • 2.1.5 Verwendete Spezies
    • 2.1.6 Primer
  • 2.2 Methoden
    • 2.2.1 Molekularbiologische Standardmethoden
    • 2.2.2 Datenerhebung
    • 2.2.3  DNA Präparation
    • 2.2.4 Primerdesign und PCR Amplifikation
    • 2.2.5 Cyclesequenzierung der PCR Produkte
    • 2.2.6  Klonierungen
    • 2.2.7 Phylogenetische Analyse
      • 2.2.7.1  Phylogenetische Stammbäume
      • 2.2.7.2 Parsimonie
      • 2.2.7.3  Maximum Likelihood
      • 2.2.7.4 Alignmentmethoden
        • 2.2.7.4.1 Clustal X
        • 2.2.7.4.2 POY
      • 2.2.7.5 Testverfahren bezüglich der Zuverlässigkeit einzelner Topologien
        • 2.2.7.5.1 ``Bootstrap´´ Analyse
        • 2.2.7.5.2 ``Decay´´ Index oder Bremer ``support´´
        • 2.2.7.5.3  ``Quartet- Puzzling- support´´ (TREE-PUZZLE)
        • 2.2.7.5.4  Sensitivitätsanalyse (POY)
        • 2.2.7.5.5 Kishino-Hasegawa-Test
        • 2.2.7.5.6  ``Likelihood mapping´´
    • 2.2.8 Die 12S Datensätze der Branchiopoda und Astacida
      • 2.2.8.1 Branchiopoda
      • 2.2.8.2  Astacida
    • 2.2.9 Erstellung der Nukleotidalignments der proteincodierenden  Gene der Branchiopoda und Astacida
• 3  Einzelstudien
  • 3.1 TEIL A:Die Branchiopoda
    • 3.1.1 Einleitung - Historie der Hypothesenbildung
    • 3.1.2 Ergebnisse
      • 3.1.2.1  Die Frage der Außengruppe für die Phyllopoda (Branchiopoda)
      • 3.1.2.2  Die phylogenetische Analyse der Phyllopoda mit der Außen­gruppe Anostraca
      • 3.1.2.3 Die Wahl eines zuverlässigen Alignments für die 12S Analyse (ohne Berücksichtigung der Sekundärstruktur)
      • 3.1.2.4 Die 12S rDNA Analyse
      • 3.1.2.5  Die Analyse der Sekundärstruktur der 3. Domäne der mito­chondrialen 12S rRNA
      • 3.1.2.6  Phylogenetische Analyse des 12S rRNA Sekundärstruktur  Alignments
      • 3.1.2.7  Das hoch konservierte Gen EF-1α
      • 3.1.2.8  Der kombinierte Datensatz 12S rRNA basierend auf der Sekundärstruktur und dem proteincodierenden Gen EF-1α
      • 3.1.2.9  Die Vergleichbarkeit der verschiedenen Cladogramme
      • 3.1.2.10  Introns in der codierenden Region des Gens EF-1α
    • 3.1.3 Diskussion der vorliegenden Ergebnisse der Branchiopoda
      • 3.1.3.1 Die phylogenetischen Beziehungen innerhalb der Phyllopoda
      • 3.1.3.2  Betrachtungen zur Evolution von Introns im Gen EF-1α
  • 3.2 TEIL B: Die phylogenetischen Beziehungen der Astacoidea  (Astacida, Decapoda)
    • 3.2.1  Einleitung zum Crustaceataxon Astacida
    • 3.2.2 Ergebnisse der phylogenetischen Analyse der Astacoidea
      • 3.2.2.1 ``Likelihood mapping´´ zur Überprüfung des phylogenetischen  Signals der 12S rRNA und des cox1 Gens
      • 3.2.2.2 Die 12S rRNA Analyse
      • 3.2.2.3  Die Analyse des cox1 Gens
      • 3.2.2.4 Die Analyse des kombinierten Datensatzes (12S rRNA und cox1)
      • 3.2.2.5 ``Likelihood mapping´´ zur Überprüfung der Hypothesen
      • 3.2.2.6  Der Marmorkrebs
    • 3.2.3 Diskussion: Die phylogenetischen Beziehungen der Astacoidea (Astacida, Decapoda)
      • 3.2.3.1  Morphologische Merkmale und ihre Interpretation im Licht der Moleküle
      • 3.2.3.2 Zoogeographie
      • 3.2.3.3 Der Marmorkrebs – ein Flusskrebs unbekannter Herkunft
• 4  Schlussdiskussion
  • 4.1 Die Brauchbarkeit der gewählten Gene für eine phylo­genetische Analyse der Phyllopoda und Astacida
  • 4.2  Zur Frage des ``taxon samplings´´ und der Anzahl von Merkmalen nebst einer Bewertung des ``stratified sampling´´ der Phyllopoda und Astacoidea und der ``database restricted´´ Analyse der Arthropoda
  • 4.3  Grundsätzliche Bemerkungen zum Problem eines rDNA Alignments
• 5  Zusammenfassung
• 6 Literaturverzeichnis
• Anhang
  • 12S rRNA (Branchiopoda)
  • POY 12S (Branchiopoda)
  • 12S rRNA Alignment (Astacida)
• Abkürzungsverzeichnis
• Lebenslauf
• Danksagung
• Publikationsliste
• Selbstständigkeitserklärung

Tabellen

• Tabelle 1: Zusammenstellung der in der Arbeit sequenzierten Spezies und weitere Literaturdaten, bzw. Genbankeinträge des Taxons Branchiopoda.
• Tabelle 2: Zusammenstellung der in der Arbeit analysierten Spezies des Taxons Astacida.
• Tabelle 3: (A) Aufstellung der verwendeten genspezifischen PCR- und Sequenzierprimer für die verschiedenen Taxa. „Tm“ bezeichnet die i. a. verwendeten Annealingtemperaturen während der PCR. Sofern für einzelne Spezies keine andere Annealingtemperatur verzeichnet ist, wird die für das entsprechende Großtaxon angegebene Temperatur gewählt. Sequenzen taxonspezifischer PCR-Primer sind fett gedruckt. Nicht fettgedruckte Primerbereiche entsprechen den komplementären Sequenzen der Standardprimer. (B) Aufstellung der verwendeten internen ``walking´´-Primer zur Sequenzierung des Gens EF-1α. Sofern nicht anders angegeben, werden die internen Primer für alle Spezies angewendet.    A.
• Tabelle 4: Gegenüberstellung eines Clustal X (``default´´-Optionen)- und eines POY Alignments (1:1:1) des 12S Datensatzes der Branchiopoda. Die phylogenetischen Berechnungen wurden mit den Programmen Nona (Parsimonie) und TREE-PUZZLE (ML) durchgeführt.
• Tabelle 5: Resultate der Tests für die Einzelanalysen (12S und EF-1α) und den kombinierten Datensatz (ohne dritte Codonposition) auf der Basis von 19 Taxa.

Bilder

• Abbildung 1: Hypothesen über die Verwandtschaftsbeziehungen der Branchiopoda und innerhalb der Phyllopoda (Branchiopoda). (A) Hypothese der Monophylie der Branchiopoda auf der Basis von 18S rDNA Daten Spears undAbele (2000). (B) Hypothese der Paraphylie der Branchiopoda nach Ax (1999). (C) Verwandtschaftliche Beziehungen innerhalb der Phyllopoda unter Einbeziehungen fossiler Daten nach Walossek Walossek (1995). (D) Die Paraphylie der Spinicaudata; 18S rDNA Daten Spears undAbele (2000). (E und F) Gegensätzliche Hypothesen der Beziehungen innerhalb der Cladocera bezüglich der Stellung der Haplopoda, (E) das Gymnomera- Konzept und (F) das Leptodorida- Konzept Negrea et al. (1999). Das Leptodorida- Konzept entspricht bezüglich der Namensgebung dem Eucladocera- Konzept Spears undAbele (2000).
• Abbildung 2: Phylogenetische Analyse der Arthropoda eines kombinierten Datensatzes, bestehend aus 12 Aminosäuresequenzen mitochondrialer Proteine zur Wahl einer geeigneten Aussengruppe für die Phyllopoda (Branchiopoda). Die Alignmentlänge beträgt 2560 Merkmale. (A) ``Strict consensus´´ Dendrogramm aus 212 Quartet-Puzzle-Topologien (Maximum Likelihood) mit einer Wahrscheinlichkeit von logL. –61583.46. Zugrundegelegtes Modell: mtREV24+Γ4. Es wurden insgesamt 632 Topologien getestet, davon waren 211 Topologien nicht signifikant schlechter als der ``best ML´´ (logL. –61527.90). Astlängen und ``likelihood´´ vom ``strict consensus´´ Dendrogramm wurden als ``user tree´´ berechnet. Der Consensus wurde mit dem Programm Phylip Vers. 3.5c generiert. Die Unterstützung der Dichotomien beziehen sich auf die Anzahl der in den 212 Topologien gefundenen Splits (in %). (B) ``Most parsimonious´´ Cladogramm mit 12077 Schritten (Paup Vers. 4). Es wurde keine Gewichtung der Positionen vorgenommen. Die ``bootstrap´´ Analyse (1000 Replikate) wurde separat durchgeführt und ist an den entsprechenden Dichotomien vermerkt (>50%). Farbliche Markierungen der Crustacea- Taxa: Branchiopoda (hellgelb), Malacostraca (mittelgelb) und Maxillopoda (dunkelgelb). Die Außengruppen (grau) sind H. sapiens, X. laevis (beide Deuterostomia), K. tunicata (Mollusca), L. terrestris und P. dumerilii (Annelida).
• Abbildung 3: Phylogenetische Analyse des Gens EF-1α einiger Branchiopoda- Spezies und aus der Datenbank verfügbarer Außengruppen zur weiteren Eingrenzung einer geeigneten Außengruppe bezüglich der Anostraca und oder Maxillopoda. Das Alignment umfasst 942 Nukleotidpositionen. (A) Quartet- Puzzle- Dendrogramm (``50% majority rule´´) mit einer Wahrscheinlichkeit von logL. –5450.00 unter dem Modell TN+Γ8. Der ``QP-support´´ (>50%) ist an den Dichotomien angegeben. (B) ``Strict consensus´´ Cladogramm von 2 gleich sparsamen Topologien mit je 1047 Schritten. Es wurde keine Gewichtung der 304 Parsimonie- informativen Positionen vorgenommen. Die ``bootstrap´´ Berechnung (1000 Replikate) wurde separat durchgeführt und sind ebenfalls vermerkt. Verwendete Programme für die Parsimonie Analyse: Nona, Winclada. Farbliche Markierungen: Maxillopoda E. affinis (rot), Branchiopoda (gelb), Phyllopoda (hellgelb). Außengruppen: L. polyphemus (Chelicerata) und S. coleoptrata (Myriapoda).
• Abbildung 4: Phylogenetische Analyse der dritten Domäne (und partiell der 2. Domäne) der mitochondrialen 12S rDNA der Phyllopoda (Außengruppe: Anostraca). Das zugrundeliegende Alignment wurde mit dem Programm POY erzeugt und weist eine Länge von 465 Positionen auf. (A) ``Best´´ Maximum Likelihood Dendrogramm (logL.–7778.04), ermittelt aus 10.000 Quartet- Puzzle- Topologien (s.o. Text) unter dem Modell TNΓ8. Die Astlängen beziehen sich auf den gezeigten Stammbaum, der ``QP-support´´ (>50%) bezieht sich auf die Consensustopologie mit einem logL. –7931.91 (hier nicht gezeigt). (B) Parsimonie Analyse. Gezeigt ist das strikte Consensuscladogramm aus drei gleich sparsamen Topologien á 2126 Schritten unter dem Gewichtungsschema Transition:Transversion:``gap´´ (1:1:2). ``Gaps´´ wurden als fünftes Merkmal gewichtet. Oberhalb der Dichotomien wird der ``decay´´ Index gezeigt, unterhalb das Ergebnis der Unterstützung unter fünf verschiedenen Gewichtungsschemata der Sensitivitätsanalyse: ■1:1:2, □1:1:1, ●1:2:2, ○1:2:4, ˜1:1:10. Programme: POY (Parsimonie), jack2hen.exe (Consensus), PHAST (``decay´´ Indices). Farbliche Markierung innerhalb der Cladoceromorpha (gelb) : Daphniidae (weiß), Gymnomera (grün), Onychopoda (hellgelb).
• Abbildung 5: 12S rRNA Sekundärstruktur von Artemia spec. (X69067). Numerierung der ``stems´´ erfolgte gemäß dem Vorschlag der ``European Ribosomal RNA Database´´ (http://www.oberon.fvms.ugent.be:8080/rRNA/ index.html). Die dritte Domäne wurde dunkelgrau markiert, der hellgraue Bereich markiert partiell die zweite Domäne. Die gelb markierten Bereiche wurden gesondert nach dem Modell von Hickson et al. Hickson et al. (1996) betrachtet (siehe Text), welches in generalisierter Form für die entsprechenden Ausschnitte dargestellt ist. Symbole: = variable Position, ∧ Insertionen möglich. Für weitere Erläuterungen der Symbole siehe ebenfalls Text.
• Abbildung 6: Ausschnitt (``stem´´ 38, 39, 40, 42) der 12S rRNA Sekundärstruktur der 3. Domäne einiger Vertreter der Anostraca, Notostraca und Laevicaudata, basierend auf dem Modell von Hickson et al. Hickson et al. (1996). Am Beispiel von Artemia spec. sind Sequenzmotive gemäß Abbildung 5 rot und die entsprechenden Nukleotide von Artemia in grün bezeichnet.
• Weitere Vertreter der Spinicaudata, Cyclestheria hislopi und der Cladocera (``stem´´ 38, 39, 40, 42).
• Ausschnitt (``stem´´ 33, 34, 45, 47, 48) der 12S rRNA Sekundärstruktur einiger Anostraca, Notostraca und Laevicaudata.
• Ausschnitt (``stem´´ 33, 34, 45, 47, 48) der 12S rRNA Sekundärstruktur einiger Spinicaudata, Cladocera und Cyclestheria.
• Abbildung 7: Darstellung der Vorgehensweise zur Erstellung eines visuellen Alignments am Beispiel der``stem´´-Hälfte 38 und der flankierenden ``loop´´-Regionen. Links: Ausschnitt aus dem POY Alignment. Rechts: Ausschnitt aus dem Strukturalignment. Pfeile überhalb des POY Alignments deuten an, dass die ``loop´´-Region insgesamt für das Strukturalignment gestaucht wurde. Gebogene Pfeile weisen beispielartig auf einige Nukleotide, die durch POY als erstes Nukleotid der ``stem´´-Hälfte 38 homologisiert werden, im Strukturalignment aber als letztes Nukleotid der vorangehenden ``loop´´-Region. Die durch das Sekundärstrukturmodell putativen endständigen, konservierten Nukleotidreste sind rot dargestellt, die ``stem´´-Hälfte ist blau dargestellt.
• Abbildung 8: Phylogenetische Analyse der Phyllopoda basierend auf der 3. Domäne (und partiell der 2.) der mitochondrialen 12S rRNA. Das zugrunde liegende Alignment weist eine Länge von 408 Positionen auf und wurde auf der Basis der Sekundärstruktur visuell erstellt. (A) ``Best´´ Maximum Likelihood Dendrogramm (logL. –8160.02), ermittelt aus 10.000 Quartet- Puzzle-Topologien. Verwendetes Modell TN+Γ8. Unterstützungen der Dichotomien sind als ``QP-support´´ angegeben (wie für Abb. 4 erklärt). Die Astlängen beziehen sich auf den gezeigten Stammbaum. (B) ``Strict´´ Consensuscladogramm aus zwei gleich sparsamen Topologien á 2560 Schritten. Es wurde die Gewichtung Transition:Transversion:``gap´´ (1:1:2) angenommen (``gaps´´= 5. Merkmal). Die Unterstützungen resultieren aus einer ``bootstrap´´ Analyse (1000 Replikate) und sind für >50% angegeben. Programm (Parsimonie): Paup Vers.4 (beta).
• Abbildung 9: Phylogenetische Analyse des Gens EF-1α der Phyllopoda (Außengruppe: Anostraca). Das Alignment weist eine Länge von 942 Nukleotidpositionen auf. Es wurden alle Positionen berechnet. (A) ``Strict´´ Consensus Dendogramm aus 391 Quartet- Puzzle- Topologien (Maximum Likelihood) mit einer Wahrscheinlichkeit von logL. –7073.37. Es wurden 983 Topologien getestet, davon waren 390 Topologien nicht signifikant schlechter als der ``best ML´´. (logL. –7068.50). Astlängen und logL. wurden für das gezeigte Dendrogramm als ``user tree´´ berechnet. Modell: TN+Γ8. Der Consensus wurde mit dem Programm Phylip Vers. 3.5c generiert. Die Unterstützung der Dichotomien bezieht sich auf die Anzahl der Splits in 391 Topologien (in %). (B) ``Most parsimonious´´ Cladogramm (307 informative Merkmale) mit einer Länge von 1411 Schritten. Es wurde keine Gewichtung der Positionen vorgenommen. Die ``bootstrap´´ Analyse (1000 Replikate) ist vermerkt. Programme (Parsimonie): Nona, Winclada. Farbliche Markierungen kennzeichnen: Notostraca (grün), Spinicaudata (orange), Onychopoda (Cladocera) (gelb), Laevicaudata (hellrosa) und Cyclestheria hislopi (dunkelrosa).
• Abbildung 10: Phylogenetische Analyse des Gens EF-1α der Phyllopoda (Außengruppe: Anostraca). Es wurden nur die ersten und zweiten Codonpositionen berücksichtigt (=628 Positionen). (A) ``Strict´´ Consensus Dendrogramm aus 489 Quartet- Puzzle- Topologien (Maximum Likelihood) mit einer Wahrscheinlichkeit von logL. –2336.52. Modell: TN+Γ8. Es wurden insgesamt 1000 Topologien getestet, davon waren 488 Topologien nicht signifikant schlechter als der ``best ML´´ (logL. –2325.67). Astlängen und Wahrscheinlichkeit für das Consensus Dendrogramm wurde als ``user tree´´ berechnet. Der Consensus wurde mit dem Programm Phylip Vers. 3.5c generiert. Die Unterstützungen der Dichotomien beziehen sich auf die Anzahl der in den 489 Topologien gefundenen Splits (in %). (B) ``Strict´´ Consensus Cladogramm aus zwei gleich sparsamen Topologien á 285 Schritten der Parsimonie Analyse. Es wurde keine Gewichtung der Positionen vorgenommen. Die ``bootstrap´´ Analyse (1000 Replikate) ist an den Dichotomien vermerkt. Verwendete Programme: Nona, Winclada. Farbliche Markierungen wie in Abbildung 9.
• Abbildung 11: Phylogenetische Analyse des kombinierten Datensatzes bestehen aus der 12S rRNA (visuell erstelltes Alignment) und EF-1α der Phyllopoda (Außengruppe: Anostraca). Das Alignment weist eine Länge von 1036 Nukleotiden auf. (A) ``Strict´´ Consensusdendrogramm aus 260 Quartet-Puzzle-Topologien (Maximum Likelihood) mit einer Wahrscheinlichkeit von logL. –7341.87. Modell: TN+Γ8. Es wurden insgesamt 974 Topologien getestet, davon waren 259 Topologien nicht signifikant schlechter als der ``best ML´´ (logL. –7336.12). Astlängen und Wahrscheinlichkeit des Consensusdendrogramms wurden als ``user tree´´ berechnet. Programm zur Erstellung des Consensus: Phylip Vers. 3.5c. Die Unterstützungen beziehen sich auf den prozentualen Anteil der in den 260 Topologien gefundenen Splits. (B) ``Strict´´ Consensuscladogramm der Parsimonie Analyse aus drei gleich sparsamen Topologien á 1406 Schritten. Es wurde keine Gewichtung vorgenommen. Die ``bootstrap´´ Werte (1000 Replikate) sind an den entsprechenden Dichotomien vermerkt. Verwendete Programme: Nona, Winclada.
• Abbildung 12: Verteilung der Introns im Gen EF-1α innerhalb der Branchiopoda und einigen in der Genbank verfügbaren Außengruppen der Hexapoda, Nematoda und Deuterostomia. (A) Beschreibung der Lage der aller Introns, die innerhalb der Branchiopoda identifiziert wurden, bezogen auf die codierende Region von Artemia spec. Die Nummerierung der Intronposition bezieht sich auf das erste sequenzierte Nukleotid (1). Unterhalb der Nummerierung ist die korrespodierende Position der Aminosäuresequenz benannt und die jeweilige Phase des Introns: „│“ Phase 0 (zwischen 3. Codonposition des vorangehenden und 1. Codonposition des folgenden Tripletts), „●“ Phase 1 (zwischen 1. und 2. Triplettposition der korrespondierenden Aminosäure). (B) Tabelle der Verteilung der Positionen innerhalb der Branchiopoda und Außengruppen. Nicht vorhandene Information wurde mit einem Fragezeichen vermerkt, nicht nachweisbare Introns mit einem „-„.
• Abbildung 13: Zusammenfassung der in dieser Abeit gezeigten Verwandtschaftshypothesen innerhalb der Branchiopoda. Die oberen drei Abbildungen stellen die Ergebnisse der (A) 12S rDNA Analyse (ohne Berücksichtigung der Sekundärstruktur) dar, (B) die Stellung der Haupttaxa der 12S rRNA Analyse (unter Berücksichtigung der Sekundärstruktur) und (C) die Beziehungen innerhalb der Cladocera, wie sie in den angegebenen Analysen Unterstützung finden. Unsichere Stellungen (Laevicaudata) bzw. Monophyla (Anomopoda) sind grün markiert. Die blaue Box (D) stellt die Hypothese dar, die aufgrund der Kongruenz verschiedener Berechnungsmethoden favorisiert wird (kombinierter Datensatz 12S rRNA + EF-1α).
• Abbildung 14: Betrachtung von Gewinn und Verlust der Introns A-E des Gens EF-1α. Es wurde die in Abbildung 13D favorisierte Hypothese zur Phylogenie der Branchiopoda zugrunde gelegt. (A) Hypothese zur Evolution der Introns A-E (Insertion: schwarz, Deletion: grau). (B) Zusammenfassung von Insertion und Deletion der Introns unter Berücksichtigung aller vorhandenen Daten der Bilateria. Weitere Erläuterungen siehe Text.
• Abbildung 15: Das System der Reptantia (Decapoda) sensu Scholtz & Richter Scholtz (1995).
• Abbildung 16: Weltweite Verteilung der Astacida (www.http//phylogeny.arizona.edu/eukaryotes /animals/ arthropoda/crustacea/decapoda/astacidea/astacidea.html). Die Dichotomien zeigen die Monophyla der Cambaridae (Nordostamerika und Asien) und Astacidae (Nordwestamerika und Europa).
• Abbildung 17: ``Likelihood mapping´´ Test zur Abschätzung des phylogenetischen Signals der sequenzierten Genbereiche 12S rRNA und cox1 unter dem Modell HKY+Γ4. Die rechte Spalte zeigt jeweils die Verteilung der Vektoren als Plots für die verschiedenen Datensätze. Die linke Spalte zeigt jeweils die prozentuale Verteilung der Punkte in den einzelnen Bereichen des Dreiecks.. (A) 12S rRNA Datensatz von 20 Taxa). (B) cox1 Datensatz von 14 Taxa unter Berücksichtigung aller Codonpositionen (oben) und exclusive der 3. Codonposition (unten). (C) ``Likelihood mapping´´ aller Merkmale des kombinierten Datensatzes (12S + cox1).
• Abbildung 18: Phylogenetische Analyse der 12S rRNA (3. Domäne) der Astacoidea (Außengruppe: Parastacoidea). Das Alignment umfasst 264 Positionen. (A) Maximum Likelihood Analyse; Modell HKY+Γ4. Quartet- Puzzle- Dendrogramm (``50% majority rule´´) mit einer Wahrscheinlichkeit logL. –1812.87. Die Unterstützungen oberhalb der Dichotomien sind als ``QP- support´´, die Astlängen unterhalb der Verzweigungen angegeben. (B) ``Most parsimonious´´ Cladogramm mit 331 Schritten. Es wurde keine gewichtung der 91 Parsimonie- informativen Positionen vorgenommen. Die ``bootstrap´´ Analyse beruht auf 1000 Replikaten (>50%). Parsimonie Programme: Nona, Winclada.
• Abbildung 19: Phylogenetische Analyse des mitochondrialen, proteincodierenden Gens cox1 der Astacoidea mit der Außengruppe der Parastacoidea (Astacopsis fanklinii) . Die Alignmentlänge beträgt 423 Nukleotidpositionen. (A) Maximum Likelihood Analyse. Modell HKY+Γ4. Quartet- Puzzle- Dendrogramm (``50% majority rule´´) mit einer Wahrscheinlichkeit logL. –2172.60. ``QP- support´´ (>50%) und Astlängen sind an den Verzweigungen angegeben. (B) ``Most parsimonious´´ Cadogramm mit 383 Schritten. Es wurde keine Gewichtung vorgenommen. Unterstützungen der Dichotomien (>50%) beruhen auf 1000 ``bootstrap´´ Replikaten. Parsimonie Programm: Nona, Winclada.
• Abbildung 20: Phylogenetische Analyse des kombinierten Datensatzes (12S rRNA + cox1) der Astacoidea mit der Außengruppe Parastacoidea (Astacopsis franklini). Länge des Alignments: 687 Nukleotidpositionen. (A) Maximum Likelihood Analyse unter dem Modell HKY+Γ4. Quartet- Puzzle Dendrogramm (``50% majority rule´´) mit einer Wahrscheinlichkeit von logL.-3441.96. Unterstützungen sind als ``QP- support´´ angegeben. (B) ``Most parsimonious´´ Cladogramm mit 581 Schritten. Es wurde keine Gewichtung der Positionen vorgenommen. Die Unterstützungen der Dichotomien beruhen auf 1000 ``bootstrap´´ Replikaten. Programme: Nona, Winclada.
• Abbildung 21: ``Likelihood mapping´´ Test von drei verschiedenen Hypothesen (A-C), anhand des kombinierten Datensatzes unter dem Modell HKY+Γ4. Die linke Spalte beschreibt jeweils die drei Hypothesen mit den a priori definierten Clustern (A-D), die zu testen waren. Die mittlere Spalte stellt das Ergebnis jeder getesteten Hypothese dar. Dieses Ergebnis wird in der rechten Spalte gewurzelt an den Parastacoidea (A und B) bzw. Cambaroides (C) dargestellt. Beschreibung der Hypothesen siehe Text.
• Abbildung 22: Hypothese 1 stellt die Monophylie der Cambaridae dar mit den „Astacidae“ als Schwestergruppe. Hypothese 2 geht von der Paraphylie der Cambaridae aus. Morphologische Merkmale 1, 2, 3 (unten aufgelistet) sind an den jeweiligen Verzweigungen vermerkt.