Thesis works General Botany and Plant Systematics

The working group „Allgemeine und spezielle Botanik“ is offering "Abschlussarbeiten" (M.Sc. and B.Sc. theses) in different fields. In the following, you will see an overview table with the respective topics and their status. If you scroll further down, you will see short descriptions for each topic. If you are interested, please contact us, best via mail or after a lecture.

Overview: Topics for MSc / BSc thesis works

Nr. Thema BSc/MSc Zeitraum vergeben?
1 Mustererkennung bei Diphasiastrum BSc ab Oct. 2019 vergeben
2 Spore size in Physarum BSc or MSc from Nov. 2019 free
3 Stomatadichte in Picea glauca MSc or BSc ab Oct. 2019 frei
4 Genetische Characterisierung in Lemna spp. MSc ab Oct. 2019 frei
5 Reaktionsnorm in Sphagnum MSc or BSc ab Oct. 2019 frei
6 Sporenausbreitung in Myxomyceten BSc ab Nov. 2019 vergeben
7 Hybridisierung bei Diphasiastrum takedae MSc ab Nov. 2019 vergeben
8 Phylogenie bei Ceratiomyxa spp. (Myxomycetes) MSc ab Sommer 2020 frei
         

Abstracts to the offered topics

01 BSc Thema: Bestimmungs-Apps - Der neue Zugang zur Artendiversität?

Immer mehr Apps zur Pflanzenbestimmung kommen auf den Markt. Doch was können diese Apps wirklich, und wie gut sind sie in der Lehre einsetzbar? Wie zuverlässig sind die Ergebnisse, zumindest für die gut bekannte Flora Mitteleuropas? An einem Fallbeispiel sollen diese Fragen untersucht werden.

Thema:Kann Mustererkennung morphometrische Analysen in Diphasiastrum spp. ersetzen?

Besonders Bestimmungs-Apps, die mit visueller Erkennungssoftware auf der Basis künstlicher Intelligenz arbeiten, lernen von jedem weiteren Vergleichsfoto, das dem Datenbestand hinzugefügt wird. Wo aber liegen die Grenzen für solche Mustererkennungs-Algorithmen? Dies soll an einem Datensatz zu den Europäischen Arten der Gattung Diphasiastrum (Flachbärlapp) ausgetestet werden.

Bei dieser Gattung gibt es drei Arten, die drei homoploide Hybride bilden, und mittels molekularer Marker konnte gezeigt werden, dass diese Hybride offenbar F1-Hybride sind (Mol Phyl Evol 131: 181-192. doi.org/10.1016/j.ympev.2018.11.001). In einer Fortsetzung dieser Arbeiten wurde ein Datensatz von je fünf Bildern von 6-20 Accessionen aller sechs Taxa erstellt, der morphometrisch ausgewertet wurde. Wie zu erwarten, sind die Hybriden auch morphologisch intermediär zwischen den Elternarten.

Der Datensatz der korrekt bestimmten Vergleichsaufnahmen (ventrale und dorsale Seite der Sprosse) soll in eine der innerhalb der Themen 1 und 2 am besten abschneidenden Bestimmungsapps hochgeladen werden. Innerhalb einer Exkursion in den Nationalpark Bayerischer Wald (dort kommen noch alle sechs Arten in je mehreren Lokalitäten vor) sollen dann weitere Aufnahmen dieser Art, diesmal aber direkt im Gelände, angefertigt werden, per App mit den bereits korrekt bestimmten Aufnahmen vergleichen werden und die Zuordnungssicherheit registriert und ausgewertet werden.

Ziel ist, die Bestimmungssicherheit derartiger Mustererkennungsalgorithmen bewerten zu können.

Zeitlicher Rahmen: Winter 2019/20

Betreuer: Martin Schnittler, Elke Seeber

 

02 Topic BSc thesis: Factors influencing spore size in Physarum albescens

Topic: In the frame of a Project in the Graduate Research Training School RESPONSE we investigate adaptation of a myxomycete species, fruiting at the edge of the melting snow in mountains. The species forms little colonies of fructification dispersing spores, and spore size is a critical parameter for dispersal, having a trade-off: small spores go further, but large spores come with more resources for the hatching amoebae. Interestingly, spore size in the model species differs between 10 and 13.5 µm.

With this topic we would like to add on an existing body of data, looking if spore size is more constant within colonies belonging to a clone (genetically identical) than in between them. For this purpose, spore size will be measured for a series of collections from the Khibine Mts. (Kola peninsula) and the Sierra Nevada (southern Spain) which were subjected to GBS genotyping.

A semi-automatic workflow is already available which allows to measure ca. 40 000 spores simultaneously from specially prepared slides. Some experience in image processing and microscopic work is helpful but not crucially needed. 

With given interest, the topic can be enlarged into a MSc project, i.e. by calculating heritability of spore size and investigating the influence of environmental parameters via a Generalized Linear Model.

Time frame: Work can start immediately. A set of specimens is already available.

Supervisor: PhD Student Jan Woyzichovski (jan.woyzichovski-at-uni-greifswald.de)

 

03 Topic master thesis: detection of genetic adaptation in Picea glauca

Topic: In 2015 a reciprocal transplantation experiment started where seedlings of Picea glauca (white spruce) in Alaska were planted from a wet and cold environment (Brooks Range) to a dry and warm environment (Interior Alaska) and vice versa. After four years, in 2019, the youngest needles were taken, dried on silica gel and carried to Germany to measure needle morphology especially stomatal density. In case of local adaptation, trees now standing in the same transplanted plot differ in their stomatal density due to their origin (Brooks Range, Interior).

Tasks for the master thesis are to find a good method to rehydrate the dried needles and measure needle morphology traits like the amount of stomata and surface area of the needles under a microscope. We will use a Keyence VPX 7000 digital microscope to develop an automatic workflow to detect and count stomata. Therefore, some experience with image processing would be helpful. Further statistic analysis will be needed to prove if there are significant differences between the provenances.

Time frame: start 11/2019. Because the microscope is not available yet the stomata measurements can start earliest in the end of November. Rehydration experiments of the needles can start earlier. 

Supervisor: PhD Student Melanie Zacharias (melanie.zacharias-at-uni-greifswald.de)

 

04 Topic MSc thesis: Genetische Charakterisierung der Gattung Lemna (Wasserlinsen)

Thema: Die Gattung Lemna umfasst 12 Arten, wobei einige Arten genetisch nicht ausreichend charakterisiert sind. Untersuchungen mittels AFLP lassen weitere Arten vermuten, bzw. deuten darauf hin, dass andere Arten keine selbstständige Position einnehmen.

Die hier angebotene Abschlussarbeit soll sich mit der genetischen Charakterisierung dieser auch aus wirtschaftlicher Sicht interessanten Gattung beschäftigen. Dazu sollen bereits vorliegende GBS-Daten mittels geeigneter Pipelines ausgewertet werden. Anschließend soll überprüft werden, ob die vorgeschlagenen Barcode-Marker für die Bestimmung der Arten geeignet sind. Programmierkenntnisse sind von Vorteil, aber kein absolutes Muss. Es sollte aber die Bereitschaft sich mit diversen Python-Skripten auseinander zusetzen vorhanden sein.

Optional: Die Arbeit könnte auch auf weitere Gattungen der Lmnaceae ausgeweitet werden bzw. bei Interesse die Identifikation von mit Wasserlinsen assoziierten Mikroorganismen umfassen. Bei Verfügbarkeit von Klimaschrank und Mikroskop können auch Arbeiten zur Morphologie und Blühinduktion durchgeführt werden.

Das Thema ist relativ anspruchsvoll und daher vor allem als MSc-Arbeit geeignet. Für eine BSc Arbeit wäre der erste Teil obligatorisch, alles andere kann nach Interessenlage gewählt werden.

Zeitlicher Rahmen: ab 11/2019, keine zeitliche Begrenzung oder Restriktionen, da keine Feldarbeit notwendig.

Betreuer: Dr. M. Bog (manuela.bog-at-uni-greifswald.de)

 

05 Thema MSc thesis: Autökologie in der Gattung Sphagnum (Torfmoose)

Thema: In einem zur Zeit laufenden Projekt (MOOSzucht) wird im Rahmen einer Promotionsarbeit die Eignung verschiedener Torfmoosearten für Paludikultur untersucht. Ziel ist es, möglichst schnell viel Biomasse bildende Arten zu identifizieren und in Kultur zu bringen, um die Ausbeutung natürlichen Torfes (und damit die Zerstörung von Mooren) für die Gewinnung von Kulturerde zu reduzieren. Hintergrund ist der wachsende Bedarf besonders des Zierpflanzenbaus an Blumentopf- und Kulturerde, der immer Torf beigemischt ist.

Als Kern der Arbeit soll eine kontrolliertes Wuchsexperiment (Mesokosmenexperiment) im Klimaschrank mit verschiedenen Torfmoosarten durchgeführt werden. Dabei sollen natürliche, möglichst sortenreine (aber genetisch noch heterogene) Herkünfte verschiedener Torfmoosarten als Dauerkultur etabliert werden. Die Arten sollen in einem neuen Kulturverfahren (Dochtkultur einzelner Köpfchen) bei unterschiedlichen Nährstoffkonzentrationen (n=5) auf Produktivität hin untersucht werden. Nach ca. drei Monaten soll die Biomasse bestimmt werden, zusätzlich sollen die Kulturen auf Mangelerscheinungen (bzw. mögliche Parasiten) beobachtet werden. Hypothese: artspezifisch unterschiedlicher Massezuwachs sowie Längenwachstum bei verschiedenen Arten, sehr hohen Nährstoffkonzentrationen können toxisch wirken.

In der MSc-Arbeit soll dann bei 2-3 vorab ausgewählten Arten (gute Produktivität unter Standardbedingungen) das ökologischen Optimum unter Nutzung eines mehrfaktoriellen Designs näher charakterisiert werden (Faktoren sind Versorgung mit Nitrat, eventuell Phosphat, und pH). Dazu muss eine sogenannte Reaktionsnorm für jeden diser Faktoren erstellt werden.

Das Thema ist relativ anspruchsvoll und daher vor allem als MSc-Arbeit geeignet, da die Kulturversuche mindestens drei Monate laufen.

Zeitlicher Rahmen: ab Oktober 2019, keine zeitliche Begrenzung oder Restriktionen, da keine Feldarbeit notwendig.

Betreuer: PhD student P. Lamkowski (schneidried-at-gmail.com)

 

06 Thema BSc: Dispersal kernel für Pilze, Myxomyceten, Sporenpflanzen: Experiment zur Sporenverbreitung

Thema: Sporen sind die universelle Lösung der Natur für das Problem, das Organismen bei der Ausbreitung in Luft haben: die Dichte von Luft ist so gering, dass nur einzelne Zellen in Luft “schwimmen”. Für diese Ausbreitungszellen, genannt Sporen, gibt es eine Größenlimitation: nur unterhalb von ca. 50 µm Durchmesser fallen sie noch nicht so schnell, dass die Wahrscheinlichkeit, verdriftet zu werden, gegen Null geht. Die “terminale Fallgeschwindigkeit” (sie wird erreicht, wenn sich ein Gleichgewicht aus Graviatationsbeschleunigung und der Reibung in Luft eingestellt hat) wird durch das Stokesche Gesetz beschrieben – je geringer sie ist, desto größer die Chance, das Sporen verdriftet, d.h. über große Entfernungen verbreitet werden. Typische terminale Fallgeschwindigkeiten liegen zwischen 1 und 10 mm/s (Tesmer & Schnittler 2007).

In einem Experiment soll die Verdriftung von Sporen verschiedener Organismen gemeinsam erfasst werden, in dem im Freiland im Abstand um eine Sporenquelle die Sporenzahl in einer bestimmten Luftmenge bestimmt wird. Das Experiment soll im Winter stattfinden, da dann die natürliche Sporenbelastung der Luft ein Minimum erreicht (im Sommer sind stets Sporen und Pollen unterwegs). Dazu soll die Luft mit einer Sporenfalle angesaugt und auf ein mit Klebeband belegten Objektträger geleitet werden; ein solches Gerät ist im Prinzip ein kleiner, mit einem Akkumulator betriebener Staubsauger (Crazzolara et al. 2019).

Der Versuch soll parallel an folgenden Organismen durchgeführt werden

- Langermannia gigantea (Basidiomycetes, Riesenbovist), Sporen 5-7 µm Durchmesser

- Fuligo septica (Myxomycetes, Lohblüte), Sporen 10-11 µm

- Lycopodium clavatum (Lycophyta, Keulenbärlapp), Sporen 30-34 µm

Das Thema ist von der Durchführung des Experimentes her relativ einfach, das zu lösende technische Problem ist die semiautomatische, idealerweise automatische, Auszählung der Sporen auf den Objektträgern. Dazu müssen Vorversuche mit folgender Zielstellung durchgeführt werden:

- Unterscheidung und Zählung der Sporen auf den Objektträgern, wenn ein Gemisch von Sporen der drei Arten vorliegt

- Ermittlung der optimalen Sporenmenge für die Auszählung in Abhängigkeit von der Entfernung (wie lange muss das Gerät laufen)?

Parallel zu den Experimenten soll während der Laufzeit des Sporensammlers der vorherrschende Wind (stärke unf Richtung) mit einem Windmesser registriert werden.

Zeitlicher Rahmen: Winter 2019/20 für das Experiment, keine zeitliche Begrenzung oder Restriktionen für die Auszählung der Sporen auf den Objektträgern, da keine Feldarbeit notwendig.

Betreuer: Jan Woyzichovski (jan.woyzichovski-at-uni-greifswald.de), Martin Schnittler

 

07 Thema MSc: Homoploide Hybridisierung in Flachbärlappen Diphasiastrum spp.: der Status von D. x takedae

Thema: Die Flachbärlappe der Gattung Diphasiastrum gehören zu den entwicklungsgeschichtlich ältesten noch lebenden Landpflanzen.  Bei vielen Farnpflanzen gibt es retikulate Evolution: zwei Ausgangsarten hybridisieren, und durch Verdopplung des Chromosomensatzes der zuerst sterilen F1-Hybriden kann eine neue, fertile Art entstehen. Allerdings funktioniert die Entstehung solcher hybridogener Arten nicht immer: bei den drei diploiden mitteleuropäischen Arten der Gattung entstehen nur F1-Hybride (von denen es ebenfalls alle drei Kombinationen gibt, Schnittler et al. 2019). Tetraploide Hybriden, die dann wieder fertil sein müssten, da das Genom jeder Elternart doppelt vertreten ist, sind bisher nicht nachgewiesen. Alle gedundenen Hybridpflanzen sind F1-Hybriden, kreuzen offenbar nicht mit den Elternarten zurück und sind daher sehr wahrscheinlich steril.

Eine sehr ähnliche Kombination aus zwei Elternarten und einer Hybride wurde aus dem Fernen Osten nachgewiesen: D. alpinum + D. sitchense = D. x takedae. Auch diese Kombination entsteht durch homoploide Hybridisation: alle Pflanzen des Komplexes sind offenbar diploid. Solche Pflanzen wurden auf zwei Exkursionen in Kamtschatka (2017 und 2019) gesammelt und für eine Reihe von Akzessionen aus 2017 für zwei Gene sequenziert (ein chromosomaler Marker und ein nuklearer Marker, RPB2). Allerdings ist das Bild dieser Sequenzen nicht so klar wie bei den europäischen Hybriden: hier scheint es Rückkreuzung zu geben. Außerdem weicht eine der Elternarten, D. alpinum, in ihrem DNA-Gehalt von europäischen Pflanzen deutlich ab, sie bildet auch keine Hybriden mit dem ebenfalls auf Kamtschatka vorkommenden D. complanatum.

Im Rahmen dieses MSc-Projektes soll für diese Hybridkombination untersucht werden:

- sind die asiatischen Pflanzen von D. alpinum abweichend von den mitteleuropäischen (Vergleich der drei in Schnittler et al. (2019) sequenzierten Marker?

- handelt es sich bei den asiatischen Pflanzen um eine eigene Art?

- gibt es Rückkreuzung bei der Hybride D. x takedae?

- gibt es Unterschiede zwischen der zweiten Elternart, D. sitchense, und der von Japan beschriebenen D. nikoense, oder sind dies identische Arten?

Ausgangspunkt der Untersuchungen sind die auf Kamtschatka gesammelten Pflanzen (ca. 100 Accessionen von D. alpinum, 20 von D. x takedae, ca. 10 von D. sitchense). Wünschenswert wäre die Untersuchung weiteren Materials insbesondere von Japan, um den Status von D. sitchese / D. nikoense zu klären.

Zeitlicher Rahmen: Beginn ab sofort möglich, günstig wäre der Sommer 2020 für weitere Aufsammlungen von D. alpinum sowie Anfragen für die Leihe japanischen Materials.

Betreuer: Martin Schnittler (martin.schnittler-at-uni-greifswald.de),

Schnittler, M., Horn, K., Kaufmann, R., Rimgailė-Voicik, R., Klahr, A. Bog, M., Fuchs J., Bennert H.W. 2019: Genetic diversity and hybrid formation in Central European club-mosses (Diphasiastrum, Lycopodiaceae) – new insights from cp microsatellites, two nuclear markers and AFLP. Molecular Phylogenetics and Evolution 131: 181-192. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2018.11.001

 

08 Topic MSc: Phylogeny of Ceratiomyxa spp. (Myxomycetes)

Topic: Myxomycetes are protists and have recently been found to be one of the more important groups of soil microrganisms. They are efficient predators of bacteria, and as such, they play an essential role in the soil food web. Nevertheless, studies about their impact in the soil are inexistent, because the group is too poorly known at the molecular level. The genus Ceratiomyxa comprises four described species and several varieties, but the exact identidity of these species is still uncertain, and it is very likely that the most common taxon, Ceratiomyxafruticulosa, is a complex of cryptic species. The aim of this study will be elucidate species delimitation in Ceratiomyxa and to ascertain the status of the varieties, most likely resulting in the description of new taxa.

The candidate will learn the basic techniques for molecular work: DNA extraction, amplification and sequencing, working on provided specimens (field work is an option, but not necessary, as we have a collection of specimens) and/or DNA samples stored in a preserving agent (RNAlater). The student will become familiar with the Myxomycetes by making microscopic preparations of the specimens. A large part of the project will be dedicated to bioinformatics: alignments of DNA sequences, implementing of phylogenetic programs, obtain and interpreting phylogenetic trees. The basic skills that will be acquired during this work will be applicable in any other field of molecular biology.

Time frame: summer 2020, ca. 6 months

Supervisors: Prof. Martin Schnittler (martin.schnittler-at-uni-greifswald.de).