Project

Back to overview

Getting to the roots in the fern phylogeny - phylogenetics and biogeography of the Ophioglossaceae and the grape-ferns (Sceptridium)

English title Getting to the roots in the fern phylogeny - phylogenetics and biogeography of the Ophioglossaceae and the grape-ferns (Sceptridium)
Applicant Grant Jason
Number 182688
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut de Biologie Université de Neuchâtel
Institution of higher education University of Neuchatel - NE
Main discipline Botany
Start/End 01.11.2018 - 31.10.2022
Approved amount 543'731.00
Show all

Keywords (8)

taxonomy; phylogeography; ferns; evolution; Sceptridium; Ophioglossaceae; biogeography; morphology

Lay Summary (French)

Lead
Les Ophioglossacées auxquels appartient le Botryche lunaire (Botrychium lunaria), sont une famille primitive de fougères apparue très tôt sur Terre (il y a environ 300 millions d’années) et aujourd’hui répandue sur le globe dans des biotopes particuliers. Malgré quelques études génétiques assez récentes mais incomplètes, l’évolution et les relations de parenté parmi les dix genres et les 112 espèces qui composent actuellement cette famille sont très peu connues et la distinction entre les espèces reste problématique. De plus, certains genres comme le genre Sceptridium, ont été très peu étudiées d’un point de vu morphologique, génétique et écologique. Des études biogéographiques permettraient notamment d’expliquer la distribution actuelle sur plusieurs continents de ces groupes d’espèces.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

Certains groupes de plantes à fleurs et de fougères sont restés méconnus car peu étudiés, notamment en raison de la difficulté à trouver des caractères morphologiques pertinents. La biologie moléculaire a, dans ce cadre, permis des avancées considérables en permettant d’étudier les relations entre les espèces sous un nouvel angle, celui de l’ADN. Dans ce contexte, notre principal objectif est de réaliser la première phylogénie complète de la famille des Ophioglossaceae au niveau mondial et d’étudier ses aspects évolutifs à partir d’un échantillonnage conséquent en termes de nombre espèces et de distribution géographique et ce en utilisant plusieurs marqueurs génétiques du chloroplaste et du noyau de la cellule. L’objectif secondaire portera sur la révision taxonomique du genre Sceptridiumet permettra d’étudier notamment l’histoire évolutive de ce genre en comparaison avec son genre frère Botrychium. Le troisième objectif sera de compléter l’étude génétique du genre Botrychiumen réalisant les échantillonnages géographiques qui s’imposent.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Ce projet de recherche fondamentale s’intéresse aux fougères, un groupe d’organismes apparus bien avant les plantes à fleurs et qui s’est diversifié et répandu considérablement sur Terre avant de connaître une extinction importante. Pourtant, les fougères restent relativement peu étudiées et on comprend encore très mal leur histoire évolutive. Ce projet permettra d’apporter des réponses aux nombreux problèmes soulevés chez les fougères et d’apporter de nouvelles hypothèses en utilisant plusieurs approches combinées dans un contexte de taxonomie intégrative.

Direct link to Lay Summary Last update: 28.09.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
156456 Evolution of moonwort ferns (Botrychium, Ophioglossaceae) on local to global scales 01.12.2014 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Background. The Ophioglossaceae is a widespread family of ferns that with its sister clade the Psilotaceae forms the most basal lineage in the phylogeny of pteridophytes. Relationships and taxonomic delimitation among and between its ten genera and 112 species remain unresolved. Thus, the taxonomic position of several genera is controversial and no consensus has been reached among taxonomists. The genus Sceptridium is known for its taxonomic complexity mainly due to reduced yet variable morphology, subtle diagnostic characters, and hybridization. It currently includes about 25 species but the true number of taxa could be resolved by modern molecular methods. Following recent investigations of its sister genus Botrychium, this comparative study integrating phylogenetic and biogeographic approaches with advances in next-generation sequencing methods will provide crucial evidence to understand this ancient lineage.General objectives. This project is the continuation of broad taxonomic and phylogeographic studies on Botrychium. Its first objective is to prepare a robust phylogeny of the entire family Ophioglossaceae using suitable molecular approaches and a fossil-calibrated chronogram. Resulting from this we will revise the generic level classification. Second, we intend to investigate the genus Sceptridium using different approaches (taxonomy, phylogeography, and morphology) in the light of recent results obtained on its sister genus Botrychium. Third, we will complete the sampling of orphan species and geographic regions in the phylogeny of Botrychium in order to understand relationships especially between eastern Asian and North African taxa with European and American taxa.Specific aims. What is the genetic circumscription of genera within the Ophioglossaceae? Are the ten genera and 112 described species genetically supported within the family? How did the family evolve geographically? How did morphological characters evolve within the family? What is the phylogenetic structure of Sceptridium? Where is the center of specific richness of Sceptridium? Is the greatest genetic diversity in the same geographical area in Sceptridium as in Botrychium? Did Sceptridium undergo a similar evolutionary radiation as Botrychium?Experimental design and approaches. Following previous studies on Botrychium, the first aim is to produce a plastid and nuclear phylogeny of Ophioglossaceae based, respectively, on matK intron, trnHGUG-psbA, trnLUAA-trnFGAA, and rpL16 intron region, and on 12 markers from transcriptome sequencing data. The second aim is to investigate the systematics of Sceptridium genus based on a broad taxonomic and geographic sampling, and using different approaches: phylogenetic, phylogeographic, and morphological (palynology and landmarks-based morphometric geometrics). The third aim is to complete the investigation of Botrychium with the addition of populations from undersampled geographic regions. Subsequently, the comparative analysis between Botrychium and Sceptridium phylogenies will allow us to determine speciation and biogeographic processes involved in the evolutionary history of these two co-distributed genera. Value of the proposed project. The results will be of significant interest to evolutionary biologists, systematic biologists and conservation biologists throughout the world where these genera occur.
-