Geografická analýza mezidruhové hybridizace rodu Cirsium ve střední Evropě

Bc. Martin Vavrinec

Master's thesis

Geographic analysis of interspecific hybridization of genus Cirsium in Central Europe

Abstract:

Interspecific hybridization is an important evolutionary precursor of speciation. Although many plant species are able to hybridise, the frequency of hybridization could dramatically vary among them. It is necessary to study these differences regarding their importance in evolution, nature conservation and artificial plant selection. The genus Cirsium (thistle) from the family Asteraceae is a suitable model for the research of patterns of the interspecific hybridisation on a small phylogenetic range. The submitted master’s thesis describes the geographic distribution of interspecific hybrids of sixteen Cirsium species in Central Europe (C. acaulon, C. alsophilum, C. arvense, C. brachycephalum, C. canum, C. carniolicum, C. eriophorum, C. erisithales, C. greimleri, C. heterophyllum, C. oleraceum, C. palustre, C. pannonicum, C. rivulare, C. spinosissimum, C. vulgare). The analysis of the hybrids’ distribution has been carried out based on the study of herbarium specimens of majority of museum and university herbaria in the Czech Republic and in Slovakia and the largest Austrian and Hungarian herbaria. The localities of hybrids, which have been identified during this study, were entered into a database. This database contains 6040 records. Based on the amount of records, Austria, Czech Republic, Slovakia, Hungary, Slovenia and the region of South Tyrol have been selected as the surveyed territory. The geographic coordinates of described localities have been assigned. By using these coordinates the distribution maps of hybrids could be created. Also, the distribution of parental species has been mapped using data from scientific studies of other authors and from the previous bachelor’s thesis. 59 of the theoretically possible 120 hybrids of sixteen studied species have been recorded from the surveyed territory. They greatly vary in their occurrence within the territory. The most abundant hybrids are C. canum × C. oleraceum, C. oleraceum × C. palustre, C. oleraceum × C. rivulare, C. palustre × C. rivulare. The knowledge of the distribution of hybrids and their parents allows us to determine the species’ tendency to hybridise. Most willing to create hybrids are rare mountainous species Cirsium greimleri and C. carniolicum, that could be therefore endangered by genetic corrosion. On the other hand, the least hybridizing are Cirsium brachycephalum, the species of salt marshes, C. eriophorum, the species of pastures and C. arvense and C. vulgare, both abundant, broad-spread species. This study has shown that the data obtained by studying herbarium material is a suitable tool for representative determination of varying intensity of interspecific hybridization. Using the geographical overlap in the distribution of parental species, it is possible to explain 15.74 % of the variability in the frequency of hybrids.

Abstract:

Mezidruhová hybridizace je významným evolučním prekurzorem speciace. I když je mnoho druhů rostlin schopných křížit se, frekvence hybridizace se mezi nimi může výrazně lišit. Tyto odlišnosti je potřeba zkoumat s ohledem na jejich evoluční, ochranářský a šlechtitelský význam. Rod Cirsium (pcháč) z čeledi Asteraceae je vhodný model pro výzkum zákonitostí mezidruhové hybridizace na malé fylogenetické škále. Předkládaná magisterská práce popisuje geografické rozšíření mezidruhových hybridů šestnácti druhů rodu Cirsium ve střední Evropě (C. acaulon, C. alsophilum, C. arvense, C. brachycephalum, C. canum, C. carniolicum, C. eriophorum, C. erisithales, C. greimleri, C. heterophyllum, C. oleraceum, C. palustre, C. pannonicum, C. rivulare, C. spinosissimum, C. vulgare). Analýza rozšíření hybridů byla vypracována na základě studia herbářových položek většiny muzejních a univerzitních herbářů v České republice, na Slovensku a největších herbářů v Rakousku a Maďarsku. Lokality hybridů, zjištěné tímto studiem, byly přeneseny do databáze. Ta obsahuje 6 040 záznamů. Jako zkoumané území byly na základě množství záznamů vymezeny státy Rakousko, Česká republika, Slovensko, Maďarsko, Slovinsko a region Jižní Tyrolsko. K lokalitám byly přiřazeny geografické souřadnice, jejichž pomocí, byly vytvořeny mapy rozšíření nalezených hybridů. Za pomoci údajů, pocházejících z odborných prací jiných autorů a předešlé bakalářské práce, byla zdokumentována rovněž distribuce rodičovských druhů. Z teoreticky možných 120 hybridů šestnácti studovaných druhů bylo z daného území zaznamenáno celkem 59 různých hybridů vyskytujících se v tomhle území s velice rozdílnou frekvencí. Nejhojnějšími hybridy jsou C. canum × C. oleraceum, C. oleraceum × C. palustre, C. oleraceum × C. rivulare, C. palustre × C. rivulare. Poznání rozšíření hybridů a jejich rodičů umožnilo taky stanovit tendenci druhů křížit se. Nejochotněji tvoří hybridy vzácné horské druhy Cirsium greimleri a C. carniolicum, které proto mohou být ohroženy genetickou korozí. Naopak nejméně hybridizuje druh slanisek C. brachycephalum, druh pastvin C. eriophorum a hojné, plošně rozšířené druhy C. arvense a C. vulgare. Data získaná studiem herbářového materiálu se ukázala jako vhodný nástroj pro reprezentativní stanovení různé míry intenzity mezidruhové hybridizace. Pomocí geografického překryvu v distribuci rodičovských druhů lze vysvětlit 15,74 % variability ve frekvenci hybridů.

Keywords

Asteraceae, Cirsium, hybrid, geografické rozšíření, hvězdnicovité, chorologie, pcháč, geographic distribution, aster family, chorology, thistle

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 1. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 13. 2. 2020
• Supervisor: doc. RNDr. Petr Bureš, Ph.D.
• Reader: Ing. Jiří Danihelka, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Botany / Plant Biosystematics