Open Access

Tina A. Hofmann

• Plant parasitic species of Asterinaceae and Microthyriaceae (Dothideomycetes, Ascomycota, Fungi) are inconspicuous foliicolous fungi with a mainly tropical distribution. They form black colonies on the surface of living leaves. Members of Asterinaceae and Microthyriaceae are characterized by shield-shaped, flat ascomata (thyriothecia) which grow completely superficially on the leaf cuticle. Microthyriaceae, Asterinaceae and other families of thyriothecia-forming ascomycetes belong to the class Dothideomycetes due to the presence of bitunicate asci. However, until today no consistent taxonomic concept nor molecular phylogenetic studies exist for the families of thyriothecioid ascomycetes. In the present thesis, 42 species belonging to 13 different anamorphic and teleomorphic genera of Asterinaceae, Microthyriaceae and ‘Pycnothyriales’ recently collected in Western Panama, are identified, described in detail and illustrated with drawings, transmission and scanning electron microscopical photographs. Among the 42 species, 37 species belong to the Asterinaceae, four species to the Microthyriaceae and one species to the from group ‘Pycnothyriales’. Two species of Asterinaceae are new to sience: Asterina gaiadendricola with an Asterostomella anamorph and Asterina schlegeliae with a Mahanteshamyces anamorph. Among the remaining species of Asterinaceae, 28 species represent new records for Panama: Asterina cestricola, A. ciferriana, A. consobrina, A. corallopoda, A. davillae with anamorph, A. diplocarpa, A. diplopoda, A. ekmanii, A. fuchsiae, A. manihotis, A. phenacis, A. radiofissilis with anamorph, A. siphocampyli, A. sponiae, A. stipitipodia with anamorph, A. styracina, A. tonduzii with anamorph, A. weinmanniae, A. zanthoxyli, Asterostomella dilleniicola, Asterolibertia licaniicola, Asterolibertia nodulosa, Cirsosia splendida with its Homalopeltis chrysobalani anamorph and Prillieuxina winteriana with its Leprieurina winteriana anamorph. The remaining 11 species of Asterinaceae probably respresent new species: Asterina spp. 1-8, Asterolibertia sp., Halbanina sp. and Mahanteshamyces sp. The four species of Microthyriaceae are new records for Panama: Maublanica uleana, Platypeltella irregularis, Platypeltella smilacis and Xenostomella tovarensis. The species Hemisphaeropsis magnoliae in the form group ‘Pycnothyriales’ is a new record for Panama. During this study, voucher material of 44 additional species of plant parasitic thyriothecioid ascomycetes was examined. Thereby, the number of species of Asterinaceae known for Panama since 2006 raises from four to 30, for Microthyriaceae respectively from zero to four and for ‘Pycnothyriales’ from zero to one. 21 of the presented species are new records for Central America and two species are new records for the American Continent. The presented 42 species parasitize 47 host plant species in 39 genera belonging to 28 plant families. For 23 fungal species, new host plant species are discovered. From those, seven belong to host plant genera not reported before to be parasitized by a member of Asterinaceae and Microthyriaceae: Burmeistera (Campanulaceae), Curatella and Davilla (Dilleniaceae), Greigia (Bromeliaceae), Hirtella (Chrysobalanaceae), Oxandra and Xylopia (Annonaceae). In this study, the first molecular phylogenetic approach in Asterinaceae is provided. For the first time, DNA was isolated from fresh material of Asterina spp. and their respective anamorphic stages on leaves in Panama. The hypothesis derived from SSU and LSU rDNA neighbour-joining analysis supports the monophyly of the Asterinaceae and suggests a close relationship to Venturiaceae within the class Dothideomycetes. The data obtained from the ppMP project (plant parasitic microfungi of Panama) indicate a constant but low abundance of plant parasitic thyriothecioid ascomycetes in natural plant communities in Panama, with Asterinaceae as the most species-rich and diverse family. Further collection activities in tropical regions worldwide will certainly increase our knowledge about species diversity and ecology of tropical plant parasitic thyriothecioid ascomycetes.
• Zusammenfassung Pflanzenparasitische Arten der Asterinaceae und Microthyriaceae (Dothideomycetes, Ascomycota, Echte Pilze) sind unscheinbare Blattbewohner mit hauptsächlich tropischer Verbreitung. Sie bilden schwarze Kolonien auf der Oberfläche von lebenden Blättern und infizieren das Wirtsgewebe auf vielfältige Weise. Vertreter der Asterinaceae und Microthyriaceae sind durch spezielle, schild-förmig abgeflachte Fruchtkörper charakterisiert, die als Thyriothezien bezeichnet werden und komplett oberflächlich auf der Wirtskutikula wachsen. Die sehr kleinen Ascomata entstehen meist an einem ausgedehnten Oberflächenmyzel, welches ausserdem spezielle Infektionsstrukturen zur Penetration des Wirtsgewebes ausbildet. In den Thyriothezien werden globose oder zylindrische, bitunicate Asci gebildet in denen acht zweizellige Ascosporen (Meiosporen) entstehen. Neben dem sexuellen Entwicklungsgang besitzen viele Vertreter der Asterinaceae auch asexuelle Stadien, welche durch den Thyriothezien morphologisch ähnliche Konidiomata, sogenannte Pyknothyrien, gekennzeichnet sind und in denen Konidien (Mitosporen) gebildet werden. Thyriothecien-bildende Ascomyceten, auch thyriothecioide Ascomyceten genannt, werden mithilfe morphologischer und ökologischer Merkmale unterschiedlichen Familien zugeordnet (Asterinaceae, Aulographaceae, Brefeldiellaceae, Leptopeltidaceae, Micropeltidaceae, Microthyriaceae, Parmulariaceae, Polystomellaceae, Schizothyriaceae und Vizellaceae), deren Verwandtschaftsverhältnisse untereinander sowie innerhalb der bitunicaten Ascomyceten noch nicht aufgeklärt sind. In Panama sind thyriothecioide Ascomyceten nahezu unbekannt und nur sehr sporadisch untersucht. Dies liegt zum einen an der geringen Größe der Pilze, sowie deren unwesentlicher Bedeutung als Schädlinge auf wirtschaftlich genutzen Pflanzen, aber auch am Fehlen von Spezialisten für die Pilzgruppe. Bis 2006 waren für Panama nur 10 Arten von thyriothecioiden Ascomyceten bekannt. Trotz der relativ geringen Größe Panamas ist die Diversität der vaskulären Pflanzen mit ca. 9500 Arten etwa dreimal so hoch wie in dem etwa fünfmal größeren Deutschland. Da Vertreter der Asterinaceae und Microthyriaceae obligat biotroph sind und dauerhafte, komplexe Interaktionen mit ihrem Wirt eingehen, wird eine Wirtspezifität zumindest auf Pflanzenfamilienebene vermutet. Wenn man die enorme Vielfalt der potentiellen Wirtspflanzen in Panama in Betracht zieht, kann man von einer hohen Diversität dieser Pflanzenpathogene in dem Land ausgehen. Für diese Studie wurden insgesamt 379 Belege geprüft, die 86 verschiedenen Arten von pflanzenparasitischen Asterinaceae und Microthyriaceae entsprechen. Insgesamt wurden 174 Belege von pflanzenparasitischen thyriothecioiden Ascomyceten im Westen Panamas in den Provinzen Chiriquí und Bocas del Toro gesammelt. Zwischen 2005 und 2007 wurden 86 Belege von der Autorin selbst und 74 Belege im Rahmen des ppMP Projektes (pflanzenparasitische Mikropilze Panamas) von T.A. Hofmann, R. Mangelsdorff, M. Piepenbring und T. Trampe gesammelt. Jeweils 5 Belege wurden zwischen 2000 und 2005 von M. Piepenbring, sowie von T. Trampe 2008 gesammelt. 3 Belege wurden von R. Mangelsdorff zwischen 2004 und 2006 gesammelt, und 1 Beleg wurde 2004 von Boris Koch gesammelt. Zusätzlich wurden insgesamt 205 Belege aus Herbarien konsultiert, 163 Belege aus den U.S. National Fungus Collections (BPI), 25 Belege aus dem Swedish Museum of Natural History (S), 10 Belege aus dem CABI Bioscience UK Centre (formerly International Mycological Institute, IMI), 3 Belege aus der Universidad National de la Plata (LPS), 2 Belege vom Biozentrum Klein-Flottbeck (HBG) and jeweils 1 Beleg aus dem Herbarium Bogoriense (BO) und dem Plant Protection Research Institute (PREM). In der vorliegenden Arbeit werden 42 Arten von pflanzenparasitischen thyriothecioiden Ascomyceten identifiziert, detailliert beschrieben und durch Zeichungen sowie transmissions- und rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zum großen Teil erstmals illustriert. Die 42 Arten gehören zu 13 unterschiedlichen Anamorph- und Teleomorphgattungen in den zwei Familien Asterinaceae (37 Arten) und Microthyriaceae (vier Arten) sowie der Fromgruppe ‘Pycnothyriales’ (eine Art). Zwei der vorgestellten Arten der Asterinaceae sind neu für die Wissenschaft: Asterina gaiadendricola mit Asterostomella-Anamorph auf Gaiadendron punctatum (Loranthaceae) und Asterina schlegeliae mit Mahanteshamyces-Anamorph auf Schlegelia parviflora (Schegeliaceae). Asterina gaiadendricola unterscheidet sich von anderen Asterina-Arten auf Loranthaceae durch das hypophylle Wachstum, die besondere Morphologie der Appressorien und deren ausschließliches Vorkommen auf den Schließzellen der Spaltöffungen der Wirtspflanze. Asterina schlegeliae ist die einzige bekannte Art von Asterina, die auf einem Vertreter der Schlegeliaeceae parasitiert und unterscheidet sich von Asterina-Arten auf den nahe verwandten Pflanzenfamilien Scrophulariaceae und Bignoniaceae durch das Mahanteshamycesartige Anamorph mit dreieckigen Konidien. Von den res tlichen Arten der Asterinaceae werden 24 Arten bis auf Artebene identifiziert und repräsentieren ausnahmslos Erstnachweise für das Land Panama: Asterina cestricola auf Cestrum rugulosum (Solanaceae), A. ciferriana auf Caesalpinia bonduc (Fabaceae), A. consobrina auf Solanum aphyodendron (Solanaceae), A. corallopoda auf Solanum trizygum (Solanaceae), A. davillae mit Anamorph auf Curatella americana (Dilleniaceae), A. diplocarpa auf Sida acuta und Sida rhombifolia (Malvaceae), A. diplopoda auf Solanum acerifolium (Solanaceae), A. ekmanii auf Gonzalagunia rudis (Rubiaceae), A. fuchsiae auf Fuchsia paniculata (Onagraceae), A. manihotis auf Manihot esculenta (Euphorbiaceae), A. phenacis auf Phenax mexicanus (Urticaceae), A. radiofissilis mit Anamorph auf Acalypha arvensis (Euphorbiaceae), A. siphocampyli auf Burmeistera vulgaris and Burmeistera sp. (Campanulaceae), A. sponiae auf Trema micrantha (Cannabaceae) und einer nicht identifizierten Tiliaceae, A. stipitipodia mit Anamorph auf Davilla kunthii (Dilleniaceae), A. styracina auf Styrax argenteus (Styracaceae), A. tonduzii mit Anamorph auf Xylosma sp. (Salicaceae), A. weinmanniae auf Weinmannia pinnata (Cunoniaceae), A. zanthoxyli auf Zanthoxylum scheryi (Rutaceae), Asterostomella dilleniicola auf Davilla kunthii (Dilleniaceae), Asterolibertia licaniicola auf Licania arborea (Chrysobalanaceae), Asterolibertia nodulosa auf Oxandra venezuelana (Annonaceae), Cirsosia splendida mit Homalopeltis chrysobalani- Anamorph auf Chrysobalanus icaco und Hirtella triandra (Chrysobalanceae) und Prillieuxina winteriana mit Leprieurina winteriana-Anamorph auf Annona montana (Annonaceae). Die restlichen 11 Arten der Asterinaceae konnten nicht bis auf Artebene identifiziert werden und sind möglicherweise neue Arten: Asterina sp. 1 auf Hansteinia reflexiflora (Acanthaceae), Asterina sp. 2 auf Hansteinia ventricosa (Acanthaceae), Asterina sp. 3 auf Desmopsis bibracteata (Annonaceae), Asterina sp. 4 auf Cleome sp. (Cleomaceae), Asterina sp. 5 auf Clusia sp. (Clusiaceae), Asterina sp. 6 auf Alloplectus ichtyoderma (Gesnericaceae), Asterina sp. 7 auf Compsoneura sprucei (Myristicaceae), Asterina sp. 8 auf Casearia commersoniana (Salicaceae), Asterolibertia sp. auf Annonaceae, Halbanina sp. auf Chrysobalanus icaco (Chrysobalanaceae) und Mahanteshamyces sp. auf Schlegelia parviflora (Schlegeliaceae). Die vier vorgestellten, pflanzenparasitischen Arten der Microthyriaceae werden erstmalig für Panama dokumentiert: Maublanica uleana auf Myrcia splendens (Myrtaceae), Platypeltella irregularis auf Greigia sylvicola (Bromeliaceae), Platypeltella smilacis auf Smilax sp. (Smilacaceae) und Xenostomella tovarensis auf Monnina xalapensis (Polygalaceae). Die Art der Formgruppe “Pycnothyiales”, Hemisphaeropsis magnoliae mit Teleomorph Stadium auf Magnolia sororum (Magnoliaceae), ist ein Neunachweis für Panama. Insgesamt 16 der vorgestellten Arten werden erstmals in dieser Studie illustriert. Weiterhin werden Listen der aus der Literatur bekannten Arten der Gattungen Asterina, Asterostomella, Asterolibertia, Cirsosia, Halbanina, Maublancia, Prillieuxina, Platypeltella und Xenostomella vorgestellt. Neben Wirtsindizes der gültigen Arten werden ebenfalls alle ungültigen und synonymisierten Arten aufgelistet. Die Zahl der für bis 2006 in Panama bekannten Arten der Asterinaceae erhöht sich mit dieser Arbeit von vier auf 30, für Microthyriaceae respektive von null auf vier und für ‘Pycnothyriales’ von null auf eins. 21 der vorgestellten Arten repräsentieren Neunachweise für Zentralamerika und zwei Arten werden das erste Mal für den Amerikanischen Kontinent dokumentiert. In dieser Studie werden Infektionsmechanismen von ausgewählten Arten von Asterinaceae und Microthyriaceae auf ultrastrucktureller Ebene untersucht. Erstmals werden für Ascomyceten spezifische Zellorganellen in Arten von Asterinaceae und Microthyriaceae nachgewiesen. Mithilfe lichtmikrokopischer Techniken wird die Ascusentwicklung von Asterina schlegeliae, Asterina sp. 7., Asterolibertia nodulosa, Cirsosia splendida, Halbanina sp., Maublancia uleana, Prillieuxina winteriana, Platypeltella irregularis und P. smilacis erstmalig analysiert und illustriert. Weiterhin werden morphologische und ontogenetische Besonderheiten der Pilzgruppen diskutiert, die für Art-, Gattungs- und Familienkonzepte thyriothecioider Ascomyceten von taxonomischer Bedeutung sein können. In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Teleomorph-Anamorph Verbindung vorgestellt, das Teleomorph Cirsosia splendida (Asterinaceae) mit dem Anamorphstadium Homalopeltis chyrsobalani auf Chrysobalanus icaco und Hirtella triandra (Chrysobalanaceae). Zusätzlich werden in der Studie taxonomische Veränderungen vorgeschlagen. Drei Arten von Asterinaceae werden synonymisiert, Asterina melanomera mit Asterina saginata, Asterina myrciae mit Maublancia uleana, und Leprieurina radiata mit Homalopeltis chrysobalani (Anamorph von Cirsosia splendida), eine Art wird umkombiniert, Asterina nodulifera zu Asterolibertia nodulifera, und eine Art wird neu benannt, Asterina schroeteri var. licaniae zu Asterolibertia minor. Die 42 vorgestellten Arten parasitieren auf insgesamt 47 Wirtspflanzenarten in 39 Gattungen und 28 unterschiedlichen Pflanzenfamilien. Für 23 der präsentierten Pilzarten werden neue Wirtsarten genannt. Von diesen gehören sieben zu Gattungen, von denen bisher keine Wirtsarten für Asterinaceae und Microthyriaceae bekannt waren: Burmeistera (Campanulaceae) für Asterina siphocampyli, Curatella (Dilleniaceae) für Asterina davillae mit Asterostomella-Anamorph, Davilla (Dilleniaceae) für Asterina stipitipodia mit Asterostomella stipitipodia-Anamorph sowie für Asterostomella dilleniicola, Greigia (Bromeliaceae) für Platypeltella irregularis, Hirtella (Chrysobalanaceae) für Cirsosia splendida mit Homalopeltis chrysobalani-Anamorph, Oxandra und Xylopia (Annonaceae) für Asterolibertia nodulosa. In dieser Arbeit wird zum ersten Mal eine molekularphylogenetische Hypothese zur den Verwandschaftsverhältnissen der Asterinaceae mit Gruppen anderer bitunicater Ascomyceten innerhalb der Klasse Dothideomycetes vorgestellt. In Panama konnte erstmals DNA von Frischmaterial von Asterina spp. und deren Anamorph-Stadien von Blättern isoliert werden. Die von LSU und SSU rDNA-Sequenzen abgeleitete Neighbour-Joining-Analyse unterstützt die Monophylie der Asterinaceae mit enger Beziehung zu den Venturiaceae innerhalb der Klasse der bitunicaten Ascomyceten, Dothideomycetes. Die vorgestellte phylogenetische Analyse ist jedoch nur als vorläufiges Ergebnis anzusehen. Sequenzendaten von anderen Arten von Asterinaceae und nahe verwandte Familien der thyriothecioiden Ascomyceten sowie erweiterte phylogenetische Untersuchungen sind notwendig, um die Pilzgruppe anhand molekularer Daten klassifizieren zu können. Die im Rahmen des ppMP Projektes (pflanzenparasitische Mikropilze Panamas) untersuchte Häufigkeitsverteilung von pflanzenparasitischen thyriothecioiden Ascomyceten zeigt die konstante aber geringe Abundanz dieser Pflanzenpathogene in natürlichen Pflanzengesellschaften im Westen Panamas. Dabei stellen die Asterinaceae mit 61 verschiedenen Arten die artenreichste Gruppe dar, Asterina ist die am häufigsten gefunden Gattung der Asterinaceae. Faktoren wie jahreszeitliche Schwankungen von Regen- und Trockenzeit, Lichtintensität oder Höhenlage sind nicht für ein vermehrtes Vorkommen von Arten von Asterinaceae in einer bestimmten Pflanzengesellschaft maßgebend. Vielmehr spielen das Vorhandensein von Waldhabitaten mit Tendenz zu Lückenbildung sowie der damit assoziierte erhöhte Störungsgrad der jeweiligen Pflanzengesellschaft eine entscheidende Rolle für die Diversität der Asterinaceae. Verstärkte Sammelaktivitäten in Panama und tropischen Gebieten weltweit werden zur Erweiterung des Kenntnisstandes über die Artenvielfalt und Ökologie tropischer thyriothecioider Ascomyceten beitragen. Resumen Especies de Asterinaceae y Microthyriaceae son hongos parásitos qu e ocurren especialmente en los trópicos del mundo. Estos pequeños hongos forman colonias negras en la superficie de hojas vivas e infectan el tejido de la planta en diversas formas. Son caracterizados por ascomatas escutiformes llamado thiriothecia que se desarrollan superficialmente sobre la cutícula de la planta. Asterinaceae y Microthyriaceae pertenecen juntos con otras familias de ascomicetos thiriothecioides de la clase Dothideomycetes por la presencia de ascos bitunicados. Hasta ahora los ascomicetos thiriothecioides no tienen un concepto taxonómico uniforme y estudios filogenéticos extensos estan ausentes. En esta thesis 42 especies de ascomicetos thiriothecioides recientemente colectados en el Oeste de Panamá, se presentan con descripciones detalladas e illustraciones en forma de dibujos e imágenes de microscopío electrónico de barrido y transmisión. Las 42 especies pertenecen a 13 diferentes géneros de las familias Asterinaceae (37 especies), Microthyriaceae (cuatro especies) y ‘Pycnothyriales’ (una especie). Dos especies de Asterinaceae son nuevas para la ciencia: Asterina gaiadendricola con Asterostomella anamorfo y Asterina schlegeliae con Mahanteshamyces anamorfo. 28 especies de Asterinaceae se citan por primera vez para Panamá: Asterina cestricola, A. ciferriana, A. consobrina, A. corallopoda, A. davillae con anamorfo, A. diplocarpa, A. diplopoda, A. ekmanii, A. fuchsiae, A. manihotis, A. phenacis, A. radiofissilis con anamorfo, A. siphocampyli, A. sponiae, A. stipitipodia con anamorfo, A. styracina, A. tonduzii con anamorfo, A. weinmanniae, A. zanthoxyli, Asterostomella dilleniicola, Asterolibertia licaniicola, Asterolibertia nodulosa, Cirsosia splendida con Homalopeltis chrysobalani anamorfo y Prillieuxina winteriana con Leprieurina winteriana anamorfo. Las otras 11 especies de Asterinaceae representan probablemente nuevas especies: Asterina spp. 1-8, Asterolibertia sp., Halbanina sp. y Mahanteshamyces sp. Las cuatros especies de Microthyriaceae son nuevos reportes para Panamá: Maublanica uleana, Platypeltella irregularis, Platypeltella smilacis y Xenostomella tovarensis. Hemisphaeropsis magnoliae que pertenece al grupo ‘Pycnothyriales’, también representa un nuevo reporte para Panamá. Así el número de especies de Asterinaceae conocidas en Panamá aumenta de cuatro a 30, para Microthyriaceae de cero a cuatro y para ‘Pycnothyriales’ de cero a una. 21 de las especies presentadas son nuevos reportes para América Central y dos especies están nuevamente reportadas para el continente Américano. Las 42 especies presentadas crecen en 47 especies de plantas hospederas de 39 géneros que pertenecen a 28 familias de plantas vasculares. Para 23 especies de hongos se descubrieron nuevas especies de plantas hospederas. De estas, siete pertenecen a géneros de plantas desconicidas antes como hospederos de especies de Asterinaceae y Microthyriaceae: Burmeistera (Campanulaceae), Curatella y Davilla (Dilleniaceae), Greigia (Bromeliaceae), Hirtella (Chrysobalanaceae), Oxandra y Xylopia (Annonaceae). En esta tésis se presenta el primer estudio filogenético de la familia Asterinaceae. Por primera vez, el ADN fue aislado en Panamá de material fresco de especies de Asterina y sus estados anamorfos. La hipótesis derivada de SSU y LSU rADN neighbour-joining análisis soporta la monofilia de la familia Asterinaceae en la clase Dothideomycetes. Los datos del proyecto ppMP (microhongos parásitos en plantas de Panamá) indican una constante presencia de ascomicetos thiriothecioides parasitícos en comunidades naturales de plantas en Panamá. En el Oeste de Panamá los Asterinaceae representan el grupo más diverso y rico en especies. Amplias colecciones en las áreas tropicales del mundo seguramente pueden ampliar el conocimiento sobre la diversidad y ecología de ascomicetos thiriothecioides parasitícos.