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Inference of phylogenetic relationships in passerine birds (Aves: Passeriformes) using new molecular markers

Neue molekulare Marker für die Phylogenie der Sperlingsvögel (Aves: Passeriformes)

  • The aim of this study was to provide deeper insights in passerine phylogenetic relationships using new molecular markers. The monophyly of the largest avian order Passeriformes (~59% of all living birds) and the division into its suborders suboscines and oscines are well established. Phylogenetic relationships within the group have been extremely puzzling, as most of the evolutionary lineages originated through rapid radiation. Numerous studies have hypothesised conflicting passerine phylogenies and have repeatedly stimulated further research with new markers. In the present study, I used three different approaches to contribute to the ongoing phylogenetic debate in Passeriformes. I investigated the recently introduced gene ZENK for its phylogenetic utility for passerine systematics in combination and comparison to three already established nuclear markers. My phylogenetic analyses of a comprehensive data set yielded highly resolved, consistent and strongly supported trees. I was able to show the high utility of ZENK for elucidatingThe aim of this study was to provide deeper insights in passerine phylogenetic relationships using new molecular markers. The monophyly of the largest avian order Passeriformes (~59% of all living birds) and the division into its suborders suboscines and oscines are well established. Phylogenetic relationships within the group have been extremely puzzling, as most of the evolutionary lineages originated through rapid radiation. Numerous studies have hypothesised conflicting passerine phylogenies and have repeatedly stimulated further research with new markers. In the present study, I used three different approaches to contribute to the ongoing phylogenetic debate in Passeriformes. I investigated the recently introduced gene ZENK for its phylogenetic utility for passerine systematics in combination and comparison to three already established nuclear markers. My phylogenetic analyses of a comprehensive data set yielded highly resolved, consistent and strongly supported trees. I was able to show the high utility of ZENK for elucidating phylogenetic relationships within Passeriformes. For the second and third approach, I used chicken repeat 1 (CR1) retrotransposons as phylogenetic markers. I presented two specific CR1 insertions as apomorphic characters, whose presence/absence pattern significantly contributed to the resolution of a particular phylogenetic uncertainty, namely the position of the rockfowl species Picathartes spp. in the passerine tree. Based on my results, I suggest a closer relationship of these birds to crows, ravens, jays, and allies. For the third approach, I showed that CR1 sequences contain phylogenetic signal and investigated their applicability in more detail. In this context, I screened for CR1 elements in different passerine birds, used sequences of several loci to construct phylogenetic trees, and evaluated their reliability. I was able to corroborate existing hypotheses and provide strong evidence for some new hypotheses, e.g. I suggest a revision of the taxa Corvidae and Corvinae as vireos are closer related to crows, ravens, and allies. The subdivision of the Passerida into three superfamilies, Sylvioidea, Passeroidea, and Muscicapoidea was strongly supported. I found evidence for a split within Sylvioidea into two clades, one consisting of tits and the other comprising warblers, bulbuls, laughingthrushes, whitethroats, and allies. Whereas Passeridae appear to be paraphyletic, monophyly of weavers and estrild finches as a separate clade was strongly supported. The sister taxon relationships of dippers and the thrushes/flycatcher/chat assemblage was corroborated and I suggest a closer relationship of waxwings and kinglets to wrens, tree-creepers, and nuthatches.show moreshow less
  • Das Ziel dieser Arbeit war es, mittels neuer molekularer Marker zusätzliche Informationen über die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse der Sperlingsvögel (Passeriformes) zu erhalten. Die Monophylie der Passeriformes, der größten Vogelgruppe (~59% aller lebenden Arten), sowie ihrer Unterteilung in Suboscines und Oscines sind gut belegt. Die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb dieser Gruppen sind jedoch seit jeher sehr schwer zu entschlüsseln, da sich die meisten Linien durch eine schnelle Radiation entwickelten. Zahlreiche Studien haben verschiedene Hypothesen zur Phylogenie der Sperlingsvögel aufgestellt und damit die Suche nach neuen Markern initiiert. In meiner Untersuchung habe ich drei verschiedene Ansätze benutzt, um zur Klärung der Phylogenie beizutragen. Ich untersuchte das kürzlich als Marker eingeführte ZENK-Gen im Hinblick auf seinen Nutzen in der Systematik der Sperlingsvögel in Kombination und im Vergleich zu drei bereits etablierten nukleären Markern. Meine phylogenetischen Analysen einesDas Ziel dieser Arbeit war es, mittels neuer molekularer Marker zusätzliche Informationen über die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse der Sperlingsvögel (Passeriformes) zu erhalten. Die Monophylie der Passeriformes, der größten Vogelgruppe (~59% aller lebenden Arten), sowie ihrer Unterteilung in Suboscines und Oscines sind gut belegt. Die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb dieser Gruppen sind jedoch seit jeher sehr schwer zu entschlüsseln, da sich die meisten Linien durch eine schnelle Radiation entwickelten. Zahlreiche Studien haben verschiedene Hypothesen zur Phylogenie der Sperlingsvögel aufgestellt und damit die Suche nach neuen Markern initiiert. In meiner Untersuchung habe ich drei verschiedene Ansätze benutzt, um zur Klärung der Phylogenie beizutragen. Ich untersuchte das kürzlich als Marker eingeführte ZENK-Gen im Hinblick auf seinen Nutzen in der Systematik der Sperlingsvögel in Kombination und im Vergleich zu drei bereits etablierten nukleären Markern. Meine phylogenetischen Analysen eines umfassenden Datensatzes ergaben hoch aufgelöste, konsistente und stark unterstütze Stammbäume, so dass ich den hohen Nutzwert des ZENK-Gens für die Klärung phylogenetischer Verwandtschaftsverhältnisse der Passeriformes zeigen konnte. Für den zweiten und dritten Ansatz habe ich Chicken Repeat 1 (CR1) Retrotransposons als phylogenetische Marker benutzt. Anhand zweier spezifischer CR1 Insertionen als apomorphe Merkmale und deren Insertionsmuster in verschiedenen Sperlingsvögeln konnte ich die phylogenetische Position der afrikanischen Felshüpfer, Picathartes spp., klären. Aufgrund meiner Ergebnisse schließe ich auf eine engere Verwandtschaft der Felshüpfer zu den Rabenvögeln. Durch meinen dritten Ansatz konnte ich nachweisen, dass CR1-Sequenzen phylogenetische Informationen enthalten, und untersuchte detailliert deren Anwendung als Marker. Dafür habe ich in verschiedenen Sperlingsvögeln nach CR1 Elementen gesucht und mit einigen dieser Sequenzen Stammbäume berechnet, um die Verlässlichkeit der Marker zu überprüfen. Durch meine Untersuchungen konnte ich existierende Hypothesen stützen und zusätzlich starke Hinweise auf neue Hypothesen finden. Beispielsweise schlage ich eine Revision der Taxa Corvidae und Corvinae vor, da Vireos eng mit den Rabenvögeln verwandt sind. Die Unterteilung der Passerida in die drei Unterfamilien Sylvioidea, Passeroidea und Muscicapoidea konnte deutlich bestätigt werden. Ich habe Hinweise auf eine Trennung der Sylvioidea in zwei taxonomische Gruppen erhalten, einer bestehend aus Meisen und Verwandten und der andere aus Grasmücken, Bülbüls, Häherlingen, Brillenvögeln und Verwandten. Während die Passeridae paraphyletisch sind, wurde die Monophylie der Weber und Astrilden als ein eigenes Taxon unterstützt. Das Schwestergruppenverhältnis zwischen Wasseramseln und dem Drossel/Fliegenschnäpper/Schmätzer-Taxon wurde ebenfalls bestätigt. Außerdem habe ich Hinweise auf eine nähere Verwandtschaft zwischen Seidenschwänzen und Goldhähnchen zu Zaunkönigen, Baumläufern und Kleibern gefunden.show moreshow less

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Metadaten
Author:Simone Treplin
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus-11230
Advisor:Ralph Tiedemann
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2006
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2006/12/18
Release Date:2006/12/19
Tag:Chicken Repeat; Passeriformes; Phylogenie; Retrotransposon; ZENK
Passeriformes; ZENK; chicken repeat 1; phylogeny; retrotransposon
RVK - Regensburg Classification:WH 8850
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Biochemie und Biologie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie