Evolutionary genetics of a bizarre adaptation : elongated forelegs of South African Rediviva bees as an adaptation to their Diascia flower hosts

Abstract

In meiner Dissertation untersuchte ich die Evolution und Genetik eines bizarren Merkmals, verlängerte Vorderbeine, in südafrikanischen Rediviva Bienen. Rediviva Weibchen evolvierten lange Beine um Öl aus den Spornen ihrer Hauptwirtspflanze Diascia zu sammeln. Die Vorderbeinlänge (VBL) von Rediviva variiert nicht nur inter- sondern auch intraspezifisch, wobei diese signifikant mit der Spornlänge von Diascia korreliert ist, d.h. auf Koevolution hinweist. Meine Arbeit deutet auf eine rasche Evolution der VBL und auf mehrere Ursprünge für lange Vorderbeine hin. Die VBL beeinflusst jedoch nicht die genetische Differenzierung von Rediviva Populationen, die stark durch Gendrift geprägt wird, wie eine geringe genetische Diversität und Bottlenecks suggerierten. Mehrere Gene, u.a. Kandidaten zur VBL Regulation, stehen zudem unter Selektion. Obwohl Rediviva und Diascia koevolvieren erfolgt eine Ko-Speziation scheinbar selten. Hingegen scheint der Wechsel von Rediviva Bestäubern häufig die Artbildung von Diascia anzutreiben. Meine Arbeit erlaubt es die Evolution und Diversifikation von Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen besser zu verstehen.

In my PhD thesis I studied the evolution and genetics of a bizarre trait, elongated forelegs, in South African Rediviva bees. Female Rediviva have evolved extended forelegs in order to collect oil from the spurs of their main host plant Diascia. Interestingly, Rediviva foreleg length (FLL) shows not only inter- but also intraspecific variation, which seems to be significantly correlated with Diascia spur length, indicating coevolution. My studies suggested several independent origins of long forelegs and that FLL is a rapidly evolving trait. However, I did not find that FLL influences the genetic differentiation of Rediviva populations, which seem to be strongly affected by genetic drift as indicated by a low genetic diversity and signatures of bottleneck events. Several genes, including candidate genes regulating FLL, were also suggested to experience selection. Moreover, although Rediviva and Diascia are coevolving, they rarely seem to cospeciate. I rather found that shifts between Rediviva pollinators frequently drive Diascia speciation. Overall, my studies help to understand the evolution and diversification of plant-pollinator-interactions.