Genetická diverzita a hybridizace v rodu Cirsium

Bc. Ester Lajkepová

Master's thesis

Genetic diversity and hybridization in the genus Cirsium

Abstract:

Hybridizací podmíněný mezidruhový genový tok je důležitým prekurzorem evolučních a speciačních procesů u rostlin, nelze jej však považovat za obecnou vlastnost veškerých fylogenetických linií. Nakolik může potenciální mezidruhový genový tok ovlivnit genetickou diverzitu druhu, však zatím nebylo studováno. Pro studium této problematiky byl použit modelový rod Cirsium (pcháč), který zahrnuje druhy s různou intenzitou přirozené hybridizace a tím odráží situaci, která je pozorovatelná napříč celou rostlinnou říší. Pro účel studie bylo ve třech eko-geograficky dobře vymezených regionech (Brněnsko, Bílé Karpaty, Žďárské vrchy) vzorkováno 10 druhů tohoto rodu, které se liší v ochotě tvořit mezidruhové hybridy. Celkem bylo pomocí AFLP analyzováno 523 morfologicky čistých jedinců a 71 vzorků hybridů. V rámci diplomové práce bylo molekulárně ověřeno 14 z 31 hybridních kombinací v rámci české flóry a objevit nového trihybrida, který ještě nebyl popsán. V rámci druhů byl zaznamenán pokles v genetické podobnosti mezi jedinci se vzrůstající geografickou vzdáleností. Bylo však prokázáno, že většina genetické variability druhu se nachází již mezi jedinci v rámci jednotlivých regionů, zatímco samotné regiony se od sebe významně geneticky neliší. Regionální rozdíly v genetické variabilitě jsou vyšší u druhů, které mají na území České republiky svoji areálovou hranici, zatímco u druhů, pro něž Česká republika leží uvnitř areálu, jsou tyto rozdíly mezi regiony nižší. Dále bylo prokázáno, že ochota druhu tvořit mezidruhové hybridy a mezidruhový genový tok nemají na genetickou diverzitu samotných druhů vliv. Naopak se zdá, že mnohem více vnitrodruhovou genetickou variabilitu ovlivňuje reprodukční strategie druhu. Druhy, které jsou nuceny k častějšímu samooplození (monokarpické druhy a druhy s nízkým počtem samic), měly signifikantně nižší genetickou diverzitu než druhy, které k samooplození nuceny nejsou. Mezidruhový genový tok byl tedy zaznamenán jen na recentní úrovni (F1 hybridi, zpětní kříženci), očekávané stopy dávné hybridizace u morfologicky čistých jedinců se při použitém postupu ani u častěji hybridizujích druhů zachytit nepodařilo.

Abstract:

Hybridization and subsequent interspecific gene flow are important determinants of evolutionary a speciation processes, however, they cannot be assumed to be general characteristics of all phylogenetic lineages. To what extent may the potential gene flow influence genetic diversity of a species has never been studied. To study this problematic we used a model genus Cirsium (thistle), which includes species with various intensity of natural hybridization and thus reflect the situation observable across the whole plant kingdom. For the purpose of this study we sampled 10 species of this genus that are very variable in their ability to create hybrids. These species were sampled in three eco-geographically well delimited regions (Brno and its surroundings, White Carpathians and Žďárské vrchy Hills). Apart from morphologically pure individuals we also included hybrid plants. Using AFLP (amplified fragment length polymorphism) we analysed 523 morphologically pure individuals and 71 samples of hybrids. Within the diploma thesis we proved the existence of 14 out of total 31 hybrid combinations found in the Czech Republic so far. We also discovered a new trihybrid that has never been reported. Within respective species we detected a decrease in genetic similarity between the individuals as the geographic distance between them increased. We proved that most of the species genetic variability is found between the individuals of respective regions, whereas the regions themselves are not significantly genetically different. Regional differences in genetic variability are higher in species with range margin in the Czech Republic, whereas the species with range optimum in the Czech Republic showed lower interregional differences. Subsequently we proved that species promiscuity together with interspecific gene flow does not influence genetic diversity of the species. The interspecific genetic variability is probably much more influenced by species reproduction strategy. Species that are more vulnerable to self-fertilization (monocarpic species and species with low number of females) had significantly lower genetic diversity than outcrossing species. We were able to detect only recent interspecific gene flow (F1 hybrids and backcross hybrids). Based on our approach the expected signs of ancient hybridization in morphologically pure individuals were undetectable even in more frequently hybridizing individuals.

Keywords

AFLP, Asteraceae, Cirsium, Brno, Bílé Karpaty, genetická diverzita, genový tok, hybridizace, hybrid, izolace vzdáleností, pcháč, Žďárské vrchy, genetic diversity, gene flow, hybridization, isolation by distance, thistle, White Carpathians, Žďárské vrchy Hills

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 23. 6. 2016
• Supervisor: doc. RNDr. Petr Bureš, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Botany