Phylogeny and biogeography of Campanula L. section Quinqueloculares (Boiss.) Phitos (Campanuloideae, Campanulaceae)

Abstract

Campanula (Campanuloideae, Campanulaceae) is a one of the most speciose and variable genera including ca. 400 species, which are distributed across the circumboreal region. It is characterized by a long and complex taxonomic history. Traditional classifications were based on morphological characters that often resulted in artificial grouping. The last two decades, however, extensive phylogenetic studies of the broader Campanuloideae utilizing molecular data and modern analytical methods have been presented. These studies have revealed many interesting patterns and insights into the evolution of Campanuloideae and have provided compelling evidence for the polyphyly of Campanula. Mediterranean hotspots for the genus such as the Middle East, Greece, and the Balkan Peninsula are particularly species-rich and have attracted much attention from botanists.Campanula section Quinqueloculares, as traditionally defined, belongs to C. subgenus Campanula and consists of ca. 39 species, which are distribibuted mainly in Greece and W Turkey with high number of endemics. One species is distributed in Italy and France, while two species have been recorded to Caucasus and Middle East. The section is considered one of the most morphologically variable groups in Campanula comprising biennial (monocarpic) or, more rarely, perennial chasmophytes, characterized by a 5-locular ovary, a style with five stigmas, appendages more or less covering the ovary, and a capsule opening with five pores. The main common taxonomic feature was the 5-locular ovary; even though a small group of species with trilocular ovary was recorded.The few early evolutionary hypotheses for C. sect.Quinqueloculares were based on morphological, karyological and biogeographical data resulting to a correlation with paleogeographical events in the Aegean area. From phylogenetic point of view, almost the half species of C. sect.Quinqueloculares, which were included in broader Campanula frameworks, were recoverd into a large but completely unresolved clade of Campanula and related genera (CAM17) mostly growing in Greece, Turkey and Caucasus. However, the comb-like structure of CAM17 to a large extent does not allow generating clear hypotheses on the evolution of C. sect. Quinqueloculares. Main obstacles for the phylogenetic studies were the incomplete taxon sampling and the insufficient molecular markers for this section. Furthermore, the absence of a phylogenetic study focused on C. sect. Quinqueloculares in addition to the few available evolutionary hypotheses formulated several decades ago, render C. sect. Quinqueloculares as a challenging case within CAM17, and presumably a key group for the interpretation of the evolutionary processes in the whole clade.The current PhD Thesis is focused on the study of C. sect. Quinqueloculares employing different methods and evaluating various perspectives. A complete taxon sampling is achived through field work throughout Greece and collaborations with Universities and Herbaria of other countries. The main goals of the study include testing the monophyly and reconstructing the phylogeny of C. sect. Quinqueloculares. In this framework, we aim to infer the historical biogeographic patterns and to reveal the significant biological and geological processes that may have shaped the evolution of this group. In order to accomplish these goals, molecular data for every taxon are obtained whereas the taxonomic contribution of morphological, palynological, and karyological features of most taxa are considered. The photosynthetic traits of C. sect. Quinqueloculares are also evaluated.The comparative morphological study of C. sect. Quinqueloculares and the recording of their main morphological features are based on collected material and herbarium specimens of all described until now taxa. The morphological diversity of the section is very high, especially for some species-complexes, and our results reinforce the already expressed opinions for “extreme polymorphism”. However, some species such as C. laciniata and C. merxmuelleri are particularly distinct. The complexes of C. lyrata, C. rupestris and C. topaliana are found the most variable morphologically; thus, requiring further taxonomic reconsiderations. The re-establishment of C. nisyria as distinct species and not synonym with any species of C. lyrata complex, is well-evident from its morphological traits corroborated by molecular data. Regarding C. topaliana complex, the subsp. topaliana and subsp. cordifolia probably should be merged based on morphological and molecular data. The study of C. rupestris complex, characterized by a consistent 3-locular ovary, revealed high variation on number of ovary locules (from 3 to 5) rendering the number of ovary locules as a diagnostic feature questionable.Seed and pollen morphology of C. sect. Quinqueloculares is examined using Scanning Electron Microscopy and their taxonomic significance is evaluated. The study of seed morphology provides data on size, shape, color and seed coat of 16 Greek taxa. The seed morphology is found to be relatively uniform except the seed coat. The seeds are characterized of small size, oblong to elliptic/obelliptic shape and light to dark brown color. However, two different patterns are described based on the nearness of striations on the seed surface: a) regularly striate and b) narrowly striate. All the data for seed morphology are presented for first time here.The pollen morphology of 12 taxa from C. sect. Quinqueloculares is studied revealing spheroidal, radially symmetrical and isopolar pollen grains with three pores for all taxa. The size of pollen grains is small with the exception of C. laciniata, which has medium-sized grains. The pollen ornamentation shows considerable variation resulting to two different types: a) striato-reticulate and microechinate in most studied taxa and b) rugulate and echinate pollen grains observed in C. laciniata and C. pelviformis. The palynological results are newly generated for 10 of the 12 studied taxa. Although, data for more taxa are needed, the two types of pollen ornamentation seem to support phylogentic relationships in some cases. Overall, seed and pollen morphology are found to be an overlooked feature in Greek Campanula taxa. However, this study sets the framework for their research and additionally supports their complementary role in Campanula taxonomy and systematic mainly at specific rank.The determination of chromosome number, ploidy level and karyomorphometric analysis is presented for 12 taxa of Campanula section Quinqueloculares employing the classical squash technique and combination of stains. The chromosome number 2n = 2x = 34 predominates in all examined taxa with the exception of C. laciniata, for which a new chromosome number (2n = 4x = 68) was found in a population from W Crete. The karyotypes in all examined taxa are symmetrical comprising of mostly metacentric and submetacentric chromosomes, small in size, but they differ in the presence and the size of satellites. The chromosome count (2n = 34) and karyotype morphology of C. topaliana subsp. delphica is given for first time. New populations of C. cymaea, C. kamariana, C. pelviformis, and C. topaliana subsp. cordifolia were karyologically investigated confirming the previous references. The karyotype morphology of C. anchusiflora, C. andrewsii subsp. hirsutula, C. kamariana, C. lavrensis, C. merxmuelleri, C. nisyria and C. rupestris is given for first time. Additionally, microphotographs are firstly provided hereby for all investigated taxa. The taxonomic value of chromosome data for C. sect. Quinqueloculares is limited due to the almost constant chromosome number (2n = 34), the similar chromosome morphology and the small chromosome size, which renders the karyomorphometric analysis extremely difficult. However, the karyological study of more populations is necessary since it may reveal important evolutionary processes, e.g. polyploidy, as in the case of C. laciniata.The molecular study of Campanula section Quinqueloculares utilizes individual and combined data matrices consisting of six plastid (NADHS-2, rpoC1-1, rpoC2-1, rpoC2-2, rpoC2-3, trnT-trnL) and four nuclear (2017561, ITS, PPR11, PPR70) markers for 121 taxa in total. The results indicate that C. sect. Quinqueloculares, as traditionally circumscribed, is polyphyletic. The topology of the phylogenetic trees of chloroplast markers, ITS and 2017561, as well as of combined data is similar. The nuclear markers of PPR family genes show slightly different topology in their phylogenetic trees, but the species of sect. Quinqueloculares are found again scattered in different branches. Species are largely clustered into two well-supported clades, except for three taxa (C. crispa, C. medium, C. pelia) excluded from these groups. Additionally, a few taxa (C. isaurica, C. koyuncui, C. sartorii, C. teucrioides) belonging to other sections are confidently nested within the two Quinqueloculares clades. The first clade (Greek clade) includes one isophylloid species (C. sartorii) nested with 24 Greek endemics belonging to C. sect. Quinqueloculares, which are distributed in mainland Greece, Evia, Northen Sporades and Kiklades islands. Only two species of the clade, ie. C. merxmuelleri and C. saxatilis subsp. saxatilis, extend their distribution to NE Aegean islands and Crete, respectively. C. sartorii, endemic to Kiklades (Andros, Tinos), was not considered member of the traditional circumscribed sect. Quinqueloculares, but our results indicate it always nested within this clade. The second clade (Southeastern Aegean-Turkish clade) comprises 20 taxa of C. sect. Quinqueloculares and 3 species of C. sect. Rupestres, all distributed in E Aegean islands, Crete, Karpathos-Saria and Turkey. The Turkish endemics C. isaurica, C. koyuncui and C. teucrioides were traditionally classified under sect. Rupestres, but in our phylogenetic analyses are resolved within this clade together with Quinqueloculares taxa. Divergence time estimates suggest that these clades originated in the Late Miocene. Temporal and geographic patterns are consistent with a vicariant scenario driven by geological events during the Miocene, such as the formation of the Mid-Aegean trench and the Messinian salinity crisis.The response of various indices of the photosynthetic machinery efficiency to temperature change was examined in species of sect. Quinqueloculares both experimentally in the laboratory (15°C, 24°C, 35°C) and seasonally in the field (winter, spring, summer). The methods of chlorophyll fluorescence and leaf reflectance spectrometry were used. According to the results, the photosynthetic machinery of the studied taxa of the sect. Quinqueloculares is generally more sensitive to high temperatures in the laboratory and respectively during summer in the field. The effect is most pronounced in C. pelviformis and C. merxmuelleri. The low winter temperature which is generally considered as a second stressful parameter for Mediterranean plants does not seem to be particularly stressful for the studied species.Concluding, after decades of attempts to clarify the evolutionary history of Campanula at broad and narrow scales, it seems that we are still far from a comprehensive understanding of this enigmatic group. In order to resolve the taxonomic complexity and elucidate the historical evolution of Campanula in the Mediterranean region and beyond, more focused studies with increased genomic data and complete taxon sampling are necessary. The current PhD represents the first phylogenetic study focused on C. sect. Quinqueloculares and based on complete taxon sampling, 10 molecular markers as well as data on morphology, palynology, karyology and ecophysiology in a taxonomic context. The results reveal the polyphyletic origin and intriguing evolutionary aspects of C. sect. Quinqueloculares, which comprise an important piece of Campanula evolutionary history and also set the background for a new classification of the section in a phylogenetic context.

Το γένος Campanula (Campanuloideae, Campanulaceae) αποτελεί μία από τις πιο πολυάριθμες και πολύμορφες ομάδες των Σπερματοφύτων, καθώς περιλαμβάνει περίπου 400 είδη, τα οποία εξαπλώνονται στις βόρειες εύκρατες περιοχές και ιδιαιτέρως στις μεσογειακές χώρες. Πρόκειται για ένα μεγάλο γένος με μακρά και περίπλοκη ταξινομική ιστορία. Οι παραδοσιακές ταξινομήσεις βασίστηκαν σε μορφολογικούς χαρακτήρες που συχνά οδήγησαν σε τεχνητή ομαδοποίηση. Στις τελευταίες δύο δεκαετίες, ωστόσο, εκτεταμένες φυλογενετικές μελέτες των Campanuloideae, στις οποίες χρησιμοποιήθηκαν μοριακά δεδομένα και σύγχρονες αναλυτικές μέθοδοι, έχουν παρουσιασθεί. Αυτές οι μελέτες έχουν αποκαλύψει πολλά ενδιαφέροντα πρότυπα και πτυχές για την εξέλιξη των Campanuloideae ενώ παρείχαν εντυπωσιακά στοιχεία για την πολυφυλετικότητα του γένους Campanula. Μεσογειακά “θερμά σημεία” όπως η Μέση Ανατολή, η Ελλάδα και η Βαλκανική χερσόνησος είναι ιδιαίτερα πλούσια σε είδη του γένους και έχουν προσελκύσει το ιδιαίτερο ενδιαφέρον των επιστημόνων.Η section Quinqueloculares υπάγεται στο υπογένος Campanula του γένους Campanula. Περιλαμβάνει συνολικά ca. 39 είδη που εξαπλώνονται κυρίως σε Ελλάδα και Δυτική Τουρκία, ενώ ένα είδος εμφανίζεται σε Γαλλία και Ιταλία. Επιπλέον, έχουν καταγραφεί αναφορές εξάπλωσης δυο ειδών σε χώρες του Καυκάσου κα της Μέσης Ανατολής. Η sect. Quinqueloculares είναι μία από τις πιο ποικίλες μορφολογικά και πλούσιες σε ενδημικά είδη ταξινομικές ομάδες του γένους. Πρόκειται για διετή (μονοκαρπικά) ή πιο σπάνια, πολυετή χασμόφυτα (υποχρεωτικά ή ευκαιριακά), τα οποία χαρακτηρίζονται από πενταμερή ωοθήκη, στύλο με πέντε στίγματα, χαρακτηριστικούς λοβούς μεταξύ των σεπάλων, οι οποίοι καλύπτουν λίγο ή πολύ την ωοθήκη και κάψα με πέντε πόρους. Κοινό και βασικό ταξινομικό γνώρισμα των ειδών είναι η πενταμερής ωοθήκη τους, αν και είχε αναφερθεί μια μικρή ομάδα ειδών με τριμερή ωοθήκη. Οι λίγες πρώιμες εξελικτικές υποθέσεις για την sect. Quinqueloculares βασίστηκαν σε μορφολογικά, κυτταρολογικά και βιογεωγραφικά δεδομένα που είχαν ως αποτέλεσμα τη συσχέτιση της εξέλιξης των ειδών, σε συνδυασμό με παλαιογεωγραφικά γεγονότα στην περιοχή του Αιγαίου. Από φυλογενετική άποψη, σχεδόν τα μισά είδη της sect. Quinqueloculares έχουν συμπεριληφθεί σε εργασίες ευρύτερης μελέτης του γένους Campanula και συναφών γενών. Στην πιο εμπεριστατωμένη εξ αυτών, τα είδη της sect. Quinqueloculares βρέθηκαν σε έναν μεγάλο κλάδο (CAM17), ο οποίος περιλαμβάνει είδη που φύονται κυρίως στην Ελλάδα, την Τουρκία και τον Καύκασο. Αν κι ο CAM17 υποστηρίζεται πολύ καλά ως κλάδος, οι φυλογενετικές σχέσεις εντός αυτού χρήζουν πιο εμπεριστατωμένης μελέτης. Η δομή “χτένας” του CAM17 σε μεγάλο βαθμό δεν επιτρέπει τη δημιουργία σαφών υποθέσεων σχετικά με την εξέλιξη της sect. Quinqueloculares. Βασικά προβλήματα σε αυτές τις μελέτες αποτελούν η ελλιπής δειγματοληψία και ο μικρός αριθμός χλωροπλαστικών ή/και πυρηνικών περιοχών σε συνδυασμό με την επιλογή μη πληροφοριακών περιοχών. Παρ’όλα αυτά, οι πρόσφατες ευρείας κλίμακας αναλύσεις έχουν εντοπίσει πολλούς κλάδους πλούσιους σε είδη, αλλά με ασαφείς φυλογενετικές σχέσεις μεταξύ τους και έχουν τονίσει ιδιαιτέρως την ανάγκη για περισσότερο εστιασμένες μελέτες. Η sect. Quinqueloculares αποτελεί ένα εξαιρετικό παράδειγμα ομάδας που χρήζει εμπεριστατωμένης μελέτης, καθώς ανήκει στον πιο πολυπληθέστερο κλάδο (CAM17) των Campanuloideae με τις πιο ασαφείς μεταξύ τους σχέσεις. Επιπροσθέτως, οι διαθέσιμες εξελικτικές υποθέσεις για την ομάδα είναι ελάχιστες και διατυπωμένες σχεδόν μισό αιώνα πριν.Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη των ειδών της sect. Quinqueloculares χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους και αξιολογώντας διάφορες προοπτικές για την διαλεύκανση της εξελικτικής της ιστορίας. Μια πλήρης δειγματοληψία όλων των ειδών και υποειδών που έχουν περιγραφεί έως σήμερα επετεύχθη μέσω εργασίας πεδίου σε όλη την Ελλάδα και συνεργασιών με Πανεπιστήμια και Herbaria του εξωτερικού. Οι κύριοι στόχοι της μελέτης περιλαμβάνουν τον έλεγχο της μονοφυλετικότητας και την ανασυγκρότηση της φυλογένεσης της sect. Quinqueloculares. Σε αυτό το πλαίσιο εντάσσονται η διερεύνηση των ιστορικών βιογεωγραφικών προτύπων και σημαντικών βιολογικών και γεωλογικών διεργασιών, που μπορεί να έχουν διαμορφώσει την εξέλιξη αυτής της ομάδας. Προκειμένου να επιτευχθούν αυτοί οι στόχοι, τα μοριακά δεδομένα για κάθε taxon της sect. Quinqueloculares έχουν χρησιμοποιηθεί και έχουν επίσης ληφθεί υπόψη μορφολογικά, παλυνολογικά και κυτταρολογικά δεδομένα ώστε να πραγματοποιηθεί μια όσο το δυνατόν ολιστική προσέγγιση του θέματος. Επιπρόσθετα, αξιολογούνται φωτοσυνθετικά χαρακτηριστικά μερικών taxa της sect. Quinqueloculares.Η συγκριτική μορφολογική μελέτη sect. Quinqueloculares βασίζεται στο υλικό που συλλέχθηκε στα πλαίσια της Διατριβής, καθώς και απεξηραμένα δείγματα από διάφορα Herbariα, για όλα τα περιγραφέντα έως σήμερα taxa. Τα κύρια διαγνωστικά μορφολογικά γνωρίσματα παρουσιάζονται σε μορφή πίνακα. Η μορφολογική ποικιλομορφία της ομάδας είναι ιδιαίτερα υψηλή και τα αποτελέσματα μας ενισχύουν τις ήδη διατυπωμένες απόψεις περί “ακραίου πολυμορφισμού”. Παρ’ όλα αυτά, μερικά είδη είναι ιδιαιτέρως διακριτά από μορφολογικής απόψεως, όπως τα είδη C. kamariana, C. merxmuelleri και C. laciniata. Ορισμένα όμως είδη εμφανίζουν εξαιρετική ποικιλομορφία, η οποία δημιουργεί ιδιαίτερα προβλήματα στην ταυτοποίησή τους. Τέτοια είδη σχηματίζουν ομάδες μαζί με άλλα άμεσα σχετιζόμενα μορφολογικώς taxa. Οι ομάδες των C. lyrata, C. rupestris και C. topaliana διακρίνονται ως οι πιο ποικιλόμορφες ομάδες εντός της section, οι οποίες μάλιστα απαιτούν περαιτέρω ταξινομική επαναθεώρηση. Η επανατοποθέτηση της C. nisyria ως ξεχωριστό είδος και όχι ως συνώνυμο κάποιου άλλου είδους της ομάδας C. lyrata στην οποία ανήκει, αποδεικνύεται από τα διακριτά μορφολογικά χαρακτηριστικά της σε σχέση με τα άλλα είδη της ομάδας και ενισχύεται από τα μοριακά αποτέλεσματα. Όσον αφορά την ομάδα της C. topaliana, τα μορφολογικά και μοριακά ευρήματά μας συνηγορούν στην συγχώνευση του τυπικού υποείδους με το subsp. cordifolia. Η μελέτη της ομάδας C. rupestris, η οποία χαρακτηριζόταν από την τριμερή ωοθήκη, αποκάλυψε μεγάλη ποικιλότητα ως προς τον αριθμό των μερών ωοθήκης, γεγονός που αμφισβητεί την ταξινομική αξία του χαρακτηριστικού αυτού εντός της sect. Quinqueloculares.Η μορφολογία των σπερμάτων και των γυρεοκόκκων ειδών και υποειδών της sect. Quinqueloculares μελετάται χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης και αξιολογείται η ταξινομική τους αξία. Η μελέτη της μορφολογίας των σπερμάτων πραγματοποιήθηκε σε 16 taxa από ελληνικούς πληθυσμούς. Δίνονται δεδομένα σχετικά με το μέγεθος, το σχήμα, το χρώμα και την επιφάνεια των σπερμάτων. Η μορφολογία τους βρέθηκε σχετικά ομοιόμορφη ως προς όλα τα μελετηθέντα γνωρίσματα, εκτός της επιφάνειας των σπερμάτων. Τα σπέρματα χαρακτηρίζονται από μικρό μέγεθος, επιμήκες έως ελλειπτικό / αντιστρόφως ελλειπτικό σχήμα και ανοιχτό έως σκούρο καστανό χρώμα. Ωστόσο, διακρίνονται και περιγράφονται δύο διαφορετικοί τύποι επιφάνειας των σπερμάτων με βάση την εγγύτητα των ραβδώσεων: α) ομαλώς ραβδωτός και β) στενώς ραβδωτός τύπος. Όλα τα δεδομένα για τη μορφολογία των σπερμάτων των μελετηθέντων taxa της sect. Quinqueloculares παρουσιάζονται για πρώτη φορά.Η μορφολογία των γυρεοκόκκων που πραγματοποιήθηκε για 12 taxa της sect. Quinqueloculares αποκαλύπτει ότι οι γυρεόκοκκοι είναι σφαιρικοί / σφαιροειδείς, ακτινωτά συμμετρικοί, ισοπολικοί με τρεις πόρους για όλα τα taxa. Το μέγεθος των γυρεοκόκκων είναι μικρό, με εξαίρεση το είδος C. laciniata, του οποίου οι γυρεόκοκκοι και από τους τρεις πληθυσμούς που μελετήθηκαν είναι μεσαίου μεγέθους. Το ανάγλυφο των γυρεοκόκκων δείχνει σημαντική ποικιλότητα, η οποία οδηγεί σε δύο διαφορετικούς τύπους: α) ραβδωτός-δικτυωτός και μικροακανθώδης τύπος, στα περισσότερα μελετηθέντα taxa και β) μικρο-ρυτιδώδης και ακανθώδης, στα νοτιοαιγαιακά είδη C. laciniata και C. pelviformis. Τα παλυνολογικά δεδομένα για τα 10 από τα 12 μελετηθέντα taxa είναι νέα. Αν και χρειάζονται δεδομένα για περισσότερα taxa, οι δύο τύποι αναγλύφου των γυρεοκόκκων φαίνεται να υποστηρίζουν φυλογενετικές συγγένειες σε ορισμένες περιπτώσεις. Τα αποτελέσματα της εν λόγω μελέτης αποδεικνύουν πως ο ρόλος της μορφολογίας σπερμάτων και γυρεοκόκκων μπορεί να συμβάλλει σημαντικά στην ταξινόμηση και τη συστηματική της sect. Quinqueloculares, κυρίως σε επίπεδο είδους. Δεδομένου ότι η μορφολογία σπερμάτων και γυρεοκόκκων έχει μελετηθεί ελάχιστα στα Campanula-taxa της Ελλάδας, η μελέτη αυτών των χαρακτήρων σε taxa της sect. Quinqueloculares αποτελεί τη βάση για περαιτέρω έρευνα.Ο προσδιορισμός του αριθμού χρωμοσωμάτων και του επιπέδου πολυπλοειδίας, καρυομορφομετρική ανάλυση και εικόνες καρυοτύπων παρουσιάζονται για 12 taxa της sect. Quinqueloculares χρησιμοποιώντας την κλασική τεχνική σύνθλιψης και συνδυασμό χρώσεων. Ο διπλοειδής χρωμοσωματικός αριθμός 2n = 2x = 34 κυριαρχεί σε όλα τα μελετηθέντα taxa με εξαίρεση το είδος C. laciniata, για το οποίο βρέθηκε για πρώτη φορά και ένας νέος τετραπλοειδής χρωμοσωματικός αριθμός (2n = 4x = 68) σε πληθυσμό από την Κρήτη. Οι καρυότυποι όλων των μελετηθέντων taxa είναι συμμετρικοί, αποτελούμενοι κυρίως από μετακεντρικά (m) και υπομετακεντρικά (sm) χρωμοσώματα, μικρού μεγέθους. Διαφέρουν όμως ως προς την παρουσία, τον αριθμό και το μέγεθος των δορυφόρων. Ο αριθμός χρωμοσωμάτων (2n = 34) και η μορφολογία καρυότυπου δίνεται για πρώτη φορά για το C. topaliana subsp. delphica. Νέοι πληθυσμοί των C. cymaea, C. kamariana, C. pelviformis και C. topaliana subsp. cordifolia εξετάστηκαν κυτταρολογικά επιβεβαιώνοντας προηγούμενες αναφορές. Η μορφολογία του καρυοτύπου των taxa: C. anchusiflora, C. andrewsii subsp. hirsutula, C. kamariana, C. lavrensis, C. merxmuelleri, C. nisyria και C. rupestris δίνεται για πρώτη φορά. Αν και χρωμοσωματικοί αριθμοί έχουν δοθεί για τα περισσότερα taxa της sect. Quinqueloculares, όμως υπήρχαν μόνο σχεδιαγράμματα των καρυοτύπων τους στην βιβλιογραφία και ως εκ τούτου οι φωτογραφίες που παρέχονται είναι πρωτότυπες για όλα τα taxa. Η συμβολή των χρωμοσωματικών δεδομένων στην ταξινόμηση και συστηματική της sect. Quinqueloculares κρίνεται περιορισμένη, κυρίως λόγω του σχεδόν σταθερού αριθμού χρωμοσωμάτων (2n = 34), της παρόμοιας μορφολογίας χρωμοσωμάτων και του μικρού μεγέθους χρωμοσωμάτων, γεγονός που καθιστά την καρυομορφομετρική ανάλυση εξαιρετικά δύσκολη. Παρ’όλα αυτά η κυτταρολογική μελέτη νέων πληθυσμών είναι αναγκαία καθώς δύναται να αποκαλύψει σημαντικά φαινόμενα για την εξέλιξη των ειδών, π.χ. πολυπλοειδίες, όπως έγινε στην περίπτωση του είδους C. laciniata.Στα πλαίσια της μοριακής μελέτης χρησιμοποιήθηκαν έξι χλωροπλαστικοί (NADHS-2, rpoC1-1, rpoC2-1, rpoC2-2, rpoC2-3, trnT-trnL) και τέσσερις πυρηνικοί (2017561, ITS, PPR11, PPR70) μοριακοί δείκτες για 121 taxa συνολικά. Οι μοριακές αναλύσεις όλων των μοριακών δεικτών συμφωνούν στην πολυφυλετικότητα της sect. Quinqueloculares. Η τοπολογία των φυλογενετικών δέντρων των χλωροπλαστικών δεικτών, των ITS και 2017561, αλλά και του συνολικού φυλογενετικού δέντρου είναι παρόμοια. Οι πυρηνικοί δείκτες της οικογένειας των PPR γονιδίων που χρησιμοποιήθηκαν (PPR11, PPR70) παρουσιάζουν ελαφρώς διαφορετική τοπολογία στα αντίστοιχα φυλογενετικά τους δέντρα με τα είδη της section, όμως, να κατανέμονται ομοίως σε διαφορετικούς κλάδους. Στο φυλογενετικό δέντρο που προκύπτει από τη συνένωση των μοριακών δεδομένων, δηλ. χλωροπλαστικών και πυρηνικών μοριακών δεικτών, τα Quinqueloculares taxa απεικονίζονται σε δυο κλάδους, ενώ τρία είδη εξ’ αυτών εντοπίζονται εκτός αυτών. Ο πρώτος κλάδος (Ελληνικός κλάδος) περιλαμβάνει 24 Quinqueloculares taxa και ένα είδος που ανήκει στην ομάδα των Isophylloids (C. sartorii), τα οποία εξαπλώνονται στην ηπειρωτική Ελλάδα, την Εύβοια, τις Βόρειες Σποράδες και τις Κυκλάδες. Εξαίρεση αυτής της εξάπλωσης αποτελούν το είδος C. merxmuelleri, που απαντάται σε Σκύρο (Βόρειες Σποράδες), αλλά και Ψαρά (ΒΑ Αιγαίο), καθώς και το κρητικό ενδημικό υποείδος C. saxatilis subsp. saxatilis, που φύεται στην Δ Κρήτη. Το ενδημικό είδος C. sartorii, που απαντάται στην Άνδρο και την Τήνο (Κυκλάδες), δεν ανήκει στην sect. Quinqueloculares, αλλά βάσει των μοριακών δεδομένων τοποθετείται στον Ελληνικό κλάδο μαζί με είδη της section. Ο δεύτερος κλάδος (ΝΑ Αιγαιακός-Τουρκικός κλάδος) περιλαμβάνει 23 taxa, που εξαπλώνονται κυρίως στις περιοχές του Α Αιγαίου, των νήσων Κρήτη, Κάρπαθο, Σαρία, καθώς και στην Δ Τουρκία. Σε αυτόν τον κλάδο περιλαμβάνονται 20 Quinqueloculares taxa και τρία είδη από την sect. Rupestres. Πρόκειται για τα είδη C. isaurica, C. teucrioides και C. koyuncui, εξαπλούμενα στην Δ. Τουρκία. Τα τρία Quinqueloculares είδη, τα οποία εντοπίζονται εκτός των δύο προαναφερόμενων κλάδων, είναι τα: C. medium, C. crispa και C. pelia. Οι εκτιμήσεις του χρόνου απόκλισης υποδηλώνουν ότι αυτοί οι κλάδοι προήλθαν από το Ύστερο Μειόκαινο. Τα χρονικά και γεωγραφικά πρότυπα που προκύπτουν από τις φυλογενετικές αναλύσεις υποστηρίζουν ότι η εξελικτική πορεία της sect. Quinqueloculares επηρεάστηκε από τα γεωλογικά γεγονότα κατά τη διάρκεια του Μειοκαίνου, όπως ο σχηματισμός της Μεσο-αιγαιακής τάφρου και της Μεσσηνιακής Κρίσης Αλατότητας.Η απόκριση διαφόρων δεικτών που σχετίζονται με την αποδοτικότητα της φωτοσυνθετικής συσκευής σε μεταβολές της θερμοκρασίας, εξετάστηκε σε είδη της sect. Quinqueloculares τόσο πειραματικά στο εργαστήριο (15 °C, 24 °C, 35 °C) όσο και στο πεδίο εποχιακά (χειμώνας, άνοιξη, καλοκαίρι). Χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές του φθορισμού της χλωροφύλλης και της φασματομετρίας ανακλαστικότητας των φύλλων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι στα μελετηθέντα taxa της sect. Quinqueloculares η φωτοσυνθετική συσκευή είναι γενικώς πιο ευαίσθητη στις υψηλές θερμοκρασίες στο εργαστήριο και αντιστοίχως το καλοκαίρι στο πεδίο. Το αποτέλεσμα είναι εμφανέστερο στα είδη C. pelviformis και C. merxmuelleri. Η χαμηλή θερμοκρασία του χειμώνα που είναι γεινικώς μία δεύτερη καταπονητική παράμετρος στα μεσογειακά φυτά δεν φαίνεται να καταπονεί ιδιαιτέρως τα μελετηθέντα είδη.Συμπερασματικά, μετά από δεκαετίες προσπαθειών για την αποσαφήνιση της εξελικτικής ιστορίας του γένους Campanula υπό ευρεία αλλά και στενή κλίμακα, φαίνεται ότι απέχουμε πολύ από μια ολοκληρωμένη κατανόηση αυτής της αινιγματικής ομάδας. Προκειμένου να επιλυθεί η ταξινομική πολυπλοκότητα και να αποσαφηνιστεί η ιστορική εξέλιξη του γένους Campanula στην περιοχή της Μεσογείου και όχι μόνο, απαιτούνται πιο εστιασμένες μελέτες με εκτεταμένα γονιδιακά δεδομένα και πλήρη δειγματοληψία όλων των ταξινομικών βαθμίδων.Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή αντιπροσωπεύει την πρώτη φυλογενετική μελέτη που επικεντρώνεται στην sect. Quinqueloculares και βασίζεται σε πλήρη δειγματοληψία όλων των περιγραφέντων έως τώρα taxa, σε ανάλυση 10 μοριακών δεικτών από το χλωροπλαστικό και πυρηνικό γονιδίωμα, καθώς και σε δεδομένα από την μορφολογία, την παλυνολογία, την κυτταρολογία και την οικοφυσιολογία ειδών και υποειδών της section εξεταζόμενα σε ένα ταξινομικό πλαίσιο. Τα αποτελέσματα αυτής της Διατριβής υποστηρίζουν την πολυφυλετική προέλευση της sect. Quinqueloculares και αποκαλύπτουν ενδιαφέρουσες πτυχές της εξέλιξης αυτής της ομάδας, η οποία αποτελεί ένα σημαντικό κομμάτι της εξελικτικής ιστορίας του γένους Campanula. Τέλος, συνιστά την βάση για μια νέα ταξινόμηση της ομάδας με φυλογενετική προσέγγιση.