Taxonomic and phylogenetic studies on anamorphic ascomycota associated with plant debris

  • The division Ascomycota(Fungi) contains a large number of taxa known to reproduce only asexually by the formation of conidia or other non-motile propagules produced by mitotic cellular devisions. They are called anamorphic, mitosporic, asexual or conidial fungi and ecologically, they are often found associated with plant debris in different stages of decay. In general, saprobic anamorphs of ascomycetous affinities are poorly studied and their outstanding diversity is currently underexplored. Phylogenetic relationships are unknown for many of them and they are still largely underrepresented in the current phylogenetic classification system of Fungi, with many morphologically defined anamorphic taxa still awaiting taxonomic reassessment in the light of molecular approaches. The increasing usage of molecular markers combined with robust statistical methods has allowed their phylogenetic affinities to be revealed and to gradually incorporate many of them into the different taxonomic groups of the division Ascomycota. However, the phylogenetic placement and taxonomic status of a large number of saprobic taxa remain unresolved due to the lack of DNA sequence data. The present dissertation aims to explore the rich but understudied diversity of those anamorphic fungi traditionally known as hyphomycetes that inhabit dead plant debris. It consists of five publications in which a polyphasic approach integrating morphological, developmental, cultural and molecular data was used to incorporate novel or incertae sedis taxa within Ascomycota and to make more sound decisions regarding their taxonomic status. Specific objectives include: 1. the collection, isolation and morphological characterization of selected anamorphic fungi representing putative new or interesting taxa of uncertain phylogenetic placement; 2. the generation of novel DNA sequence data to infer their phylogenetic relationships and to resolve their taxonomic affinities within Ascomycota; 3. the testing of any previously available morphologically based hypotheses on their putative position, generic placement or relationships with teleomorphic, pleomorphic or other anamorphic taxa; and 4. the determination of their generic validity, monophyly and taxonomic boundaries using molecular data and phylogenetic analyses methods. Materials studied in these five projects consisted of specimens collected during field work carried out by the author or collaborators in different countries including USA, the Czech Republic and Panama between the years 2014 and 2017. The target substrates were dead leaves of different palm trees, dead wood and bark of pines and twigs or stems of unknown shrubs and woody vines that are all known to harbor a rich saprobic mycobiota. Putative novelties or anamorphic taxa with unknown or poorly studied phylogenetic affinities were selected for further morphological and molecular investigation. Micromorphological studies were based on fungal structures observed on natural substrate, herbarium specimens and in culture. DNA was extracted from cultures and PCR amplification followed by Sanger sequencing was carried out using relevant molecular markers employed in fungal phylogenetic studies. Newly obtained DNA sequence data were analyzed following a standard phylogenetic analysis pipeline and phylogenetic relationships were reconstructed using character-based methods such as Maximum Likelihood and Bayesian inference. Conclusion is that anamorphic Ascomycota inhabiting dead plant debris represents a largely untapped source of biodiversity and information still in need of further exploration. A new capnodiaceous genus Castanedospora, seven new species named Taeniolella sabalicola, Hermatomyces bifurcatus, H. constrictus, H. megasporus, H. sphaericoides, H. verrucosus and Septonema lohmanii, and two new combinations, Castanedospora pachyanthicola and H. reticulatus, are proposed based on morphological and DNA sequence data. Molecular phylogenetics was confirmed as the tool of choice for the inference of relationships in novel or incertae sedis anamorphic fungi that are otherwise difficult to assess in the absence of a teleomorphic state. They were first resolved or revisited for several saprobic species such as Ernakulamia cochinensis, H. sphaericus, H. tucumanensis or Septonema fasciculare in a suitable framework for phylogenetic hypothesis testing. Molecular data allowed to fully incorporate all these taxa in Ascomycota, particularly within the classes Dothideomycetes and Sordariomycetes, and to provide a foundation for better taxonomic decisions on their classification. Large and polyphyletic genera such as Taeniolella, Sporidesmium and Septonema, partially treated in this work and containing mostly saprobic species of obscure affinities, remained in need of further investigation.
  • Die Abteilung Ascomycota (Pilze) enthält eine große Anzahl von Taxa, sie sich nur ungeschlechtlich vermehren, indem sie durch mitotische Zellteiliung erzeugte Konidien oder andere unbewegliche Propagula bilden. Sie werden als anamorphotische, mitosporische, asexuelle oder konidiale Pilze bezeichnet. Ökologisch gesehen werden sie häufig in Verbindung mit Pflanzenresten in verschiedenen Stadien des Verfalls gefunden. Ascomytotische saprobe Anamorphe sind generell unzureichend untersucht, und ihre herausragende Vielfalt ist derzeit unzureichend erforscht. Die phylogenetischen Beziehungen sind für viele von ihnen unbekannt und im aktuellen phylogenetischen Klassifikationssystem der Pilze derzeit weitgehend unterrepräsentiert. Viele morphologisch definierte anamorphotische Taxa warten noch auf eine taxonomische Neubewertung bezüglich molekularer Ansätze. Die zunehmende Verwendung molekularer Marker in Kombination mit robusten statistischen Methoden ermöglichte es, ihre phylogenetischen Beziehungen aufzudecken und viele von ihnen schrittweise in die verschiedenen taxonomischen Gruppen der Abteilung Ascomycota einzubeziehen. Die phylogenetische Plazierung und der taxonomische Status einer großen Anzahl von saproben Taxa bleiben jedoch aufgrund des Mangels an DNA-Sequenzdaten ungelöst. Die vorliegende Dissertation zielt darauf ab, die reiche, aber wenig erforschte Vielfalt jener anamorphotischen Pilze zu untersuchen, die traditionell als Hyphomyceten bekannt sind und tote Pflanzenreste besiedeln. Sie besteht aus fünf Veröffentlichungen, in denen ein mehrphasiger Ansatz verwendet wurde, der morphologische, entwicklungsbezogene, kulturelle und molekulare Daten einbezieht um bessere Entscheidungen zu treffen bezüglich der taxonomischen Einordnung neuer und Incertae Sedis Taxa in der Abteilung Ascomycota. Spezifische Ziele beinhalten: 1. Sammlung, Isolierung und morphologische Charakterisierung ausgewählter anamorphotischer Pilze, die neue oder interessante Taxa mit ungewisser phylogenetischer Plazierung darstellen; 2. Ermittlung neuer DNA-Sequenzdaten, um auf ihre phylogenetischen Beziehungen zu schließen und ihre taxonomischen Verwandtschaften innerhalb von Ascomycota aufzulösen; 3. Prüfung früher verfügbarer morphologisch begründeter Hypothesen auf ihre vermutete Position, allgemeine Platzierung oder Verwandschaft zu teleomorphen, pleomorphen oder anderen anamorphen Taxa; und 4. Überprüfung ihrer monophilen und taxonomischen Grenzen unter Verwendung molekularer Daten und phylogenetischer Analysemethoden. Die Schlussfolgerung ist, dass anamorphotische Ascomycota, die tote Pflanzenreste bewohnen, eine weitgehend unerschlossene Quelle für Artenvielfalt und Informationen darstellen, die noch weiter erforscht werden müssen. Eine neue Gattung von Kapnodiaceen, Castanedospora, sieben neue Arten, Taeniolella sabalicola, Hermatomyces bifurcatus, H. constrictus, H. megasporus, H. sphaericoides, H. verrucosus und Septonema lohmanii, sowie zwei neue Kombinationen, Castanedospora pachyanthicola und H. reticulatus, werden vorgeschlagen basierend auf morphologischen Beobachtungen und DNA-Sequenzdaten. Die molekulare Phylogenetik wurde als Mittel der Wahl für die Entschlüsslung von verwandtschaftlichen Beziehungen neuer oder Insertae Sedis anamorphotischen Pilzenarten bestätigt, die ansonsten in Abwesenheit eines teleomorphen Zustands schwer zu beurteilen sind. Sie wurden zunächst für mehrere saprobe Arten wie Ernakulamia cochinensis, H. sphaericus, H. tucumanensis oder Septonema fasciculare in geeignetem Rahmen andgewendet um phylogenetischen Hypothesen zu überprüfen. Molekulare Daten ermöglichten es, alle diese Taxa in Ascomycota, insbesondere in den Klassen Dothideomycetes und Sordariomycetes, vollständig einzubeziehen und eine Grundlage für bessere taxonomische Entscheidungen bezüglich ihrer Klassifizierung zu schaffen. Große und polyphyletische Gattungen wie Taeniolella, Sporidesmium und Septonema, die teilweise in dieser Arbeit behandelt wurden und hauptsächlich saprobe Arten mit unbekannten Beziehungen enthalten, bedürfen weiterer Untersuchungen.

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Metadaten
Author:Gregorio Delgado
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-569217
DOI:https://doi.org/10.21248/gups.56921
Referee:Meike PiepenbringORCiDGND, Roland Kirschner
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2019
Year of first Publication:2019
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2020/07/07
Release Date:2021/09/21
Page Number:193
HeBIS-PPN:485698528
Institutes:Biowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
Sammlungen:Universitätspublikationen
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