The genus Symphytum L. in the Central Europe: chorology, cytogeography and taxonomy

Mgr. Lucie KOBRLOVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

In recent decades, the plant research has provided a satisfying picture of plant evolution, with polyploidization being recognised as a significant driver affecting the speciation and diversification of flowering plants. This thesis deals with the genus Symphytum (Boraginaceae), wherein polyploidy considerably shaped its evolution. The first part of the thesis aims at the revision of the genus Symphytum in the Central Europe, with the special focus to the Czech Republic. The distribution of particular taxa was studied based on the revised herbarium specimens, as well as own field research. As a result, nine taxa have been confirmed, with two alien taxa (i.e. S. grandiflorum and S. ×hidcotense) being reported for the first time. A detailed morphological description, habitat requirements, distribution and the history of cultivation (in the case of alien taxa) are provided for all Symphytum taxa from the studied area. In addition, two local (Czech Republic, Slovakia) identification keys have been compiled. The second part of the thesis investigates the morphological and ecological consequences of polyploidy within two taxonomically and evolutionary complicated polyploid complexes, namely S. officinale complex and S. tuberosum complex. With respect to the taxonomy of both groups, frequent polyploidy together with a high morphological variation often makes the delimitation of individual taxa quite problematic. In more detail, the ploidy level variation, cytotypes distribution patterns, morphological variation and ecological preferences of these two species' groups were studied using flow cytometry, multivariate morphometric analyses and ecological niche modelling, primarily on a Central European scale. In light of the results obtained, the taxonomic concept has been suggested for each group. Within the S. officinale complex, three cytotypes should be treated as separate species, i.e. diploid S. bohemicum F.W. Schmidt, tetraploid S. officinale s. str. and hypotetraploid S. tanaicense Steven. In contrast, the taxonomic treatment of cytotypes as subspecies has been proposed for the S. tuberosum complex, i.e. tetraploids as S. tuberosum subsp. angustifolium and dodecaploids as S. tuberosum subsp. tuberosum. To sum up, the present thesis documents a complete overview of the representatives of the genus Symphytum in Central Europe. The results highlighted the cytotype diversity among Central-European members of the genus. Moreover, they emphasise the significance of polyploidy and determined its direct morphological and ecological consequences, with regard to the taxonomy of both studied groups. Further studies should aim to support the proposed taxonomic value of both groups and to reveal the origin (auto- vs. allopolyploid) of given taxa using the methods of molecular biology.

Abstract:

V posledních desetiletích poskytl výzkum relevantní obraz o evoluci rostlin, přičemž polyploidie byla prokázána jako významná hnací síla ovlivňující speciaci a diverzifikaci kvetoucích rostlin. První část práce se věnuje revizi rodu kostival (Symphytum, čel. Boraginaceae) ve střední Evropě, především na území České republiky. Rozšíření jednotlivých druhů bylo zpracováno na základě revize herbářových položek, ale i vlastního terénního pozorování. Celkem byl v rámci této oblasti potvrzen výskyt devíti taxonů, z nichž dva (tzn. nepůvodní S. grandiflorum a S. ×hidcotense) představují první záznam pro českou flóru. Pro všechny taxony byl vypracován podrobný morfologický popis, specifikovány stanovištní nároky, popsáno celkové rozšíření a shrnuta historie pěstování nepůvodních, zavlečených taxonů. Navíc byly nově vytvořeny determinační klíče pro Klíč ke květeně České republiky a budoucí Malou flóru Slovenska. Druhá část práce se následně zabývá detailním studiem morfologických a ekologických důsledků polyploidie v rámci dvou taxonomicky komplikovaných polyploidních skupin, konkrétně okruhem k. lékařského (S. officinale agg.) a k. hlíznatého (S. tuberosum agg.). S ohledem na taxonomii obou skupin činí častá polyploidie, spolu s vysokou morfologickou variabilitou, vymezení jednotlivých taxonů značně problematické. Podrobněji byla v rámci obou skupin studována variabilita ploidní úrovně, struktura distribuce dílčích cytotypů, jejich morfologická variabilita a ekologické nároky, a to zejména za pomoci průtokové cytometrie, vícerozměrných morfometrických analýz a modelování ekologických nik. Na základě získaných výsledků byl pro každou skupinu navržen taxonomický koncept. V rámci okruhu k. lékařského jsou všechny cytotypy považovány za samostatné druhy, tj. diploidní S. bohemicum F.W. Schmidt, tetraploidní S. officinale s. str. a hypotetraploidní S. tanaicense Steven. Naproti tomu pro okruh k. hlíznatého bylo navrženo taxonomické hodnocení cytotypů pouze na úrovni poddruhů, tj. tetraploidní S. tuberosum subsp. angustifolium (A. Kern.) Nyman a dodekaploidní S. tuberosum subsp. tuberosum. Předložená disertační práce představuje kompletní přehled zástupců rodu Symphytum ve středoevropské krajině. Získané výsledky zdůraznily význam polyploidie v evoluci rodu (vysoká cytotypová diverzita) a poukázaly na její přímé morfologické a ekologické důsledky s ohledem na taxonomii obou skupin. Výsledky vybízí k podrobnému zkoumání za pomoci molekulárních metod, a to zejména za účelem podpory navržených taxonomických konceptů obou skupin a k odhalení původu (auto- vs. alopolyploidie) daných taxonů.

Keywords

Boraginaceae, ekologie, geografické rozšíření, herbářová revize, morfologie, polyploidie, průtoková cytometrie

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 3. 2022

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Bohumil Trávníček, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Botany