Vztah pylové viability, ploidie a velikosti genomu u středoevropských zástupců rodu Ornithogalum (snědek)

Bc. Gabriela PRAVCOVÁ

Master's thesis

Relationship of pollen viability, ploidy and genome size in central European representatives of the genus Ornithogalum

Abstract:

Rod Ornithogalum představuje taxonomicky složitý a cytologicky velmi rozmanitý rod, ve kterém je běžným jevem polyploidie i hybridizace. Oba tyto jevy ovlivňují velikost genomu a schopnost tvořit viabilní pyl. Cílem práce bylo u středoevropských zástupců tohoto rodu stanovit velikost genomu a míru pylové viability. Testováno bylo, zda jsou mikroevoluční procesy, jako polyploidie a hybridizace, spojeny se změnami pylové viability. Velikost genomu byla zjišťována pomocí průtokové cytometrie a viabilita pylu byla odhadována za pomocí metody barvení pylových zrn modifikovaným Alexandrovým barvivem. Středoevropské zástupce tohoto rodu lze rozdělit do tří podrodů Beryllis, Myogalum a Ornithogalum. V rámci podrodu Beryllis byla zajímavým zjištěním menší velikost genomu u O. brevistylum oproti druhému taxonu z tohoto podrodu O. pyrenaicum subsp. sphaerocarpum. U obou taxonů byly také prokázány na základě údajů z literatury odlišné počty chromozomů, ovšem zajímavostí je, že se nich uvádí stejná ploidní úroveň, a sice diploidní. Pravděpodobně se jedná o taxony náležící k odlišným skupinám v rámci podrodu Beryllis a je nezbytné jejich další studium. Stejná ploidní úroveň byla zjištěna také u taxonů O. boucheanum a O. nutans z podrodu Myogalum, a to tetraploidní. V podrodu Ornithogalum bylo rozlišeno šest ploidních úrovní od diploidní po heptaploidní. V rámci celého studovaného souboru jedinců v této práci byl prokázán vztah zmenšování monoploidní velikosti genomu s rostoucí ploidní úrovní, tzv. 'genome downsizing'. V rámci celého studované souboru jedinců nebyla potvrzena významná závislost viability pylu na velkosti genomu ani na ploidní úrovni rostliny a nebyl prokázán obecně předpokládaný vztah snížení pylové viability u lichých ploidních stupňů a vysoká viabilita u sudých ploidií. Výjimkou je podrod Ornithogalum, u kterého se projevil statisticky signifikantní vztah, kdy viabilita klesala s rostoucí ploidií a se zmenšující se monoploidní velikostí genomu. Ploidní úroveň naopak hraje roli v pylové viabilitě u hybridních taxonů, kdy byla u triploidního O. ×wildtii prokázána velmi nízká viabilita a zároveň nízká schopnost tvořit pyl, naopak u tetraploidního O. ×degenianum nebyl zaznamenán výrazný pokles viability pylu, ani pokles jeho tvorby. Obecně bylo také potvrzeno, že taxony, které v průměru vykazovaly sníženou viabilitu pylu byly často v těchto hodnotách mnohem variabilnější, nežli taxony s vyšší viabilitou a zároveň byly dosti variabilní ve zjištěných počtech pylových zrn.

Abstract:

Genus Ornithogalum is taxonomically and cytologically very complicated due to commonly occurring polyploidization and hybridization. Both phenomena are affecting genome size and pollen viability. Aim of this thesis was to assess the genome size and the degree of pollen viability of selected representatives of this genus from Central Europe. It further tested if the microevolutionary processes, such as polyploidization and hybridization, are associated with variation in pollen viability. Genome size was investigated by flow cytometry and estimates of degree of pollen viability was assessed by differential pollen staining using modified Alexander's stain. All representatives of genus Ornithogalum from Central Europe can be sorted to the three subgenera Beryllis, Myogalum and Ornithogalum. Within subgenus Beryllis an interesting find was that O. brevistylum has smaller genome size of than O. pyrenaicum subsp. sphaerocarpum despite former species has more chromosomes than the latter based on information from other studies. Moreover, both species the same ploidy level is indicated for both - a diploid. Therefore, these two species probably belong to different groups within subgenus Beryllis, and further study is needed. Same ploidy level - a tetraploid - was found also within O. boucheanum and O. nutans from subgenus Myogalum. Six ploidy levels from diploid to heptaploid was determined within subgenus Ornithogalum. The relationship of monoploid genome size downsizing with increasing ploidy level was discovered using whole set of analyzed taxa. No significant relationship has been found between pollen viability, genome size and ploidy level. Surprisingly, the generally assumed fact that odd ploidy levels have lowered pollen viability compared to even ploidy levels has not been confirmed. An exception is the subgenus Ornithogalum where pollen viability decreased with increasing ploidy level and decreasing monoploid genome size. Indeed, ploidy level play role in degree of pollen viability within hybrid species, where triploid O. ×wildtii is characterized by very low degree of pollen viability and has a low ability to produce pollen grains at the same time, whereas in tetraploid O. ×degenianum has been observed no significant decrease of pollen viability and even no significant decrease of pollen grains production. Generally, using the whole set of taxa, it was proved that species with lower pollen viability were more variable in degrees of pollen viability and at the same time in number of pollen grains.

Keywords

Asparagaceae, hybridizace, polyploidie, průtoková cytometrie, pyl

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 8. 2021

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Michal Hroneš, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Botany