Evolution in Chrysophyceae regarding the nutritional mode and intraspecific variation based on comparative genomics

Many protists are capable of photosynthesis. In several cases, species developed from phototrophy via mixotrophy to heterotrophy. Due to this development, in Chrysophyceae several species evolved independently of each other, making them an ideal model to study this change. In order to understand the evolution and effects of nutritional shift, the main experiments carried out so far had been feeding experiments and few transcriptome experiments. In the present thesis, whole genome sequencing of several Chrysophyceae strains provide far-reaching insights into microevolution and evolution of nutritional change. Genome characteristics such as ploidy, GC content, gene density, functional diversity of genes, metabolic pathways and shared genes were analyzed supported by bioinformatics methods. Additionally, genome and cell size were determined by flow cytometry. Three Poteriospumella lacustris strains were investigated for intraspecific variation: About 70 % of the genes are shared and genetic variation is mainly present in the secondary metabolism. The main difference between the strains is the different ploidy. Considering the different feeding modes, the following can be stated: ∙ The cell and genome size depends on the mode of nutrition. Both decrease from phototrophic to heterotrophic organisms. Mixotrophs lie in between. ∙ The GC content in heterotrophs is higher, due to different carbon and nutrient limitations. ∙ Reduction of the genome was subject to neutral evolution. Gene loss was predominantly accidental. My work generates extensive insights into differentiation, changes of the nutritional mode and their effects, which contributes to the general understanding of evolution.

Viele Protisten sind zur Photosynthese fähig. In mehreren Fällen entwickelten sich Artenaus einer zuvor phototrophen Ernährung über die Mixotrophie zur Heterotrophie. In Chrys-ophyceae evolvierten diesbezüglich mehrere Arten unabhängig voneinander, was sie zueinem idealen Modell zur Untersuchung dieser Veränderung macht. Um die Evolution undAuswirkung des Ernährungswechsels zu verstehen, wurden bislang hauptsächlich Fraßver-suche und wenige Transkriptom Versuche durchgeführt.Die vorliegende Arbeit liefert durch Genomsequenzierung mehrerer Chrysophyceae Stämmeweitreichende Erkenntnisse zu Mikroevolution und Evolution des Ernährungswechsels.Mit Hilfe bioinformatischer Methoden wurden Ploidy, GC Gehalt, Gendichte, funktionelleVielfalt der Gene, Stoffwechselwege und gemeinsame Gene analysiert. Zusätzlich wurdenGenom- und Zellgröße mittels Durchflusszytometrie bestimmt.Anhand dreierPoteriospumella lacustrisStämme konnte die innerartliche Variation gezeigtwerden: ca. 70 % der Gene werden geteilt und genetische Variationen liegen überwiegendim sekundären Metabolismus vor. Vor allem unterscheiden sich die Stämme durch un-terschiedliche Ploidy-Grade. Betrachtet man die unterschiedlichen Ernährungsmodi, lässtsich folgendes erkennen:∙Die Zell- und Genomgröße hängt vom Ernährungsmodus ab. Beide Parameter nehmenvon phototrophen zu heterotrophen Organismen ab. Mixotrophe liegen dazwischen.∙Der GC Gehalt in Heterotrophen ist höher, begründet durch unterschiedliche Kohlenstoff-und Nährstofflimitierungen.∙Reduktion des Genoms unterlag neutraler Evolution. Genverlust war überwiegendzufällig.

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