Bachelor and Master Theses

Biologische Vielfalt erforschen!

In Bachelor- und Masterarbeiten können Sie die Evolution und Diversifizierung von Pflanzen untersuchen und dabei einerseits ein breites Spektrum an molekularbiologischen, physiologischen und biochemischen Methoden erlernen. Ergänzend oder alternativ können Sie die Anatomie, Morphologie und Ökologie Ihrer Untersuchungsgruppe genau analysieren.

Schwerpunkte meiner Forschung sind zurzeit die Evolution von C4-Photosynthese, CAM-Photosynthese, Salztoleranz und schneller Samenkeimung. Dies sind allesamt komplexe Merkmale, deren evolutionäre Entstehung vermutlich schrittweise erfolgte, da komplexe Veränderungen auf struktureller, genetischer und biochemischer Ebene notwendig sind. Jede einzelne dieser Ebenen oder eine Kombination können Sie erforschen. In meinen Untersuchungsgruppen (vor allem Pflanzenfamilien, die in Wüsten, Steppen oder Küstenregionen verbreitet sind; Abb. 1) sind diese Merkmale vielfach parallel in Anpassung an extreme Lebensbedingungen entstanden. Dies bietet die Chance die Entstehung dieser Merkmale und ihren evolutionären Vorteil durch den Vergleich von nahverwandten Arten bzw. Linien mit unterschiedlicher Merkmalsausprägung zu untersuchen. Die Untersuchungsebene reicht dabei von der Veränderung der Aminosäuresequenz merkmalsspezifischer Gene und ihrer spezifischen Expression (z.B. C4-Gene oder CAM-Gene) über anatomische und ökophysiologische Parameter bis hin zu vergleichender Nischenmodellierung. Alle genannten Merkmale (C4-Photosynthese, CAM-Photosynthese, Salztoleranz und schnelle Samenkeimung) sind für Nutzpflanzen subtropischer Gebiete von sehr großer Bedeutung.

Salsola divaricata

Abb. 1: Salsola divaricata (Chenopodiaceae) eine C2-Pflanze auf Fuerteventura – (Foto: Stephan Scholz)

 

Ein weiterer Schwerpunkt meiner Arbeit ist die Biodiversitätsforschung, d.h. ich möchte die Diversität einer Pflanzengruppe erfassen und ihre Geschichte verstehen. Dazu können Sie einerseits detaillierte molekulare Phylogenien der Artengruppen erstellen und andererseits die Morphologie, Verbreitung und Ökologie ihrer Arten untersuchen. Häufig kommt es durch die Besiedelung neuer Gebiete oder durch die Entstehung neuer Eigenschaften zu Diversifizierung. Nicht selten werden in diesen Arbeiten neue Gattungen und Arten entdeckt oder aber eine völlig veraltete Klassifikation einer Pflanzengruppe zu einem natürlichen System korrigiert. Zurzeit läuft z.B. ein Projekt zur Systematik und Diversität der Schwarzmundgewächse (Melastomataceae) eine weltweit verbreitete tropische Pflanzenfamilie (Abb. 2).

Dissotis longisetosa

Abb. 2: Vertreter der afrikanischen Melastomataceae: Dissotis longisetosa (links) und Heterotis prostrata (rechts), Fotos: Marie Claire Veranso-Libalah.

 

FOLGENDE METHODEN KÖNNEN SIE ERLERNEN:

Molekulare Methoden

Erstellen eines molekularen Stammbaumes auf der Basis einzelner oder kombinierter Sequenzabschnitte: DNA-Extraktion, DNA-Qualitätsbestimmung, PCR, Klonierung, Sanger-Sequenzierung, Alinierung der Sequenzen, Stammbaumberechnung auf der Grundlage von Maximum Likelihood und Bayesianischer Statistik mit verschiedenen Computerprogrammen.

Genetische Analyse nahverwandter Arten oder Populationen einer Art durch Genotyping-by-Sequencing (GBS): DNA-Extraktion, DNA-Qualitätsbestimmung, DNA-Verdau, barcode-Ligation, Erstellen einer GBS-Library, (extern: Sequenzierung auf Illumina Hi-Seq oder Mi-Seq), bioinformatische Auswertung der Sequenzen, Detektion von single nucleotide polymorphisms (SNPS), Stammbaum- oder Netzwerkberechnung, Analyse der genetischen Diversität durch model based clustering.

Molekulare Analyse einer Genfamilie: DNA-Extraktion, DNA-Qualitätsbestimmung, Primerdesign, PCR, PCR-Optimierung, Klonierung, Sanger-Sequenzierung, Detektion verschiedener Genkopien, Detektion und Analyse von synonymen versus nicht-synonymen Substitutionen, Analyse der Genevolution auf Grundlage eines Stammbaumes.

 

Anatomische, biochemische und physiologische Methoden

Präparationstechniken und Färbetechniken für Mikrotomschnitte (Gefriermikrotom und Rotationsmikrotom; Abb. 3), Western Blots, Immunolokalisation, Enzymassays, Gaswechselmessungen, Titration.

Aerva javanicaAerva javanica

Abb. 3: Blattquerschnitte der C4-Art Aerva javanica (Amaranthaceae; Schnitte & Fotos: Isabell Rupp)

 

Vergleichende Kulturexperimente im Versuchsgewächshaus des Botanischen Gartens.

Kultivierung einer Untersuchungsgruppe unter definierten Bedingungen, Beobachtung und Dokumentation der Reaktion auf die angewandten Kultivierungsbedingungen mittels unterschiedlicher, meist physiologischer oder biochemischer Methoden.

 

Weiterführende Analysen auf der Grundlage von Stammbäumen: Biogeographie, molekulare Uhr, Merkmalsevolution

Computergestützte Datierung der Stammbaumäste durch Kalibrierung mit Fossilien und Anwendung einer molekularen Uhr; modellbasierte biogeographische Analyse der heutigen Verbreitung einer Pflanzengruppe auf der Grundlage eines datierten Stammbaumes; modelbasierte Rekonstruktion ursprünglicher Merkmalszustände und Merkmalsübergänge im Laufe der Stammesgeschichte einer Pflanzengruppe.

 

Methoden zur Systematik & Taxonomie

Arbeit mit umfangreichem Herbarmaterial bzw. mit Pflanzen der Lebendsammlung, eventuell Besuche großer botanischer Museen zur Einsicht von Herbarmaterial, nach Möglichkeit Sammelreisen, um Arten in ihrem natürlichen Habitat zu untersuchen, morphologische Analyse und exakte Beschreibung der Strukturen, Erkennen morphologischer Artgrenzen, Erstellen von Verbreitungskarten, taxonomische Literaturrecherche, Durchführung einer taxonomischen Revision.

 

Falls Sie Interesse an einer Bachelor- oder Masterarbeit bei mir haben, vereinbaren Sie einen Gesprächstermin (clausing@uni-mainz.de) und lernen Sie die AG kennen!