Reproductive biology in the genus Ficaria: reproductive modes, pollen viability and size, and experimental homoploid hybridization between selected taxa

Mgr. Michaela KONEČNÁ

Master's thesis

Abstract:

Ficaria is a polyploid complex with high phenotypic diversity and the existence of several ploidy levels (from 2x to 6x). Both hybridization and polyploidization probably can be a major source of morphological and genetic variation that have given the taxonomic uncertainties in the genus Ficaria. Despite this taxonomic complexity, the phylogeny and taxonomy of the genus Ficaria, up to now remains poorly understood. Quantitative and qualitative studies of autonomous apomixis, autonomous selfing, pollen viability, and pollen length of most taxa/ploidy levels, and experimental homoploid crosses between the selected taxa with assessment of other reproductive modes (autonomous apomixis, autonomous selfing, outcrossing), and inference of the paternity via the estimation of the genome size of parental taxa and their hybrids were employed in evaluating of the reproductive biology, prezygotic and postzygotic reproductive isolation barriers within the genus Ficaria. Autonomous apomixis and autonomous selfing were absent in the studied Ficaria taxa regardless of ploidy level. All investigated taxa were allogamous. Number of well-developed achenes formed by outcrossing corresponded to pollen viability, pollen viability was reduced in high ploidy levels. Pollen length was increasing with genome size, but the pollen length was heterogenous, so that was not suitaible for the estimation of ploidy level of the studied taxa. Abnormally large pollen was detected in several polyploid taxa. Assemblages of the lack of autonomous apomixis and autonomous selfing and high pollen viability do not act as a prezygotic barrier to prevent mating between Ficaria taxa. Therefore, subsequent intertaxa compatibility allowed easy reciprocal asymmetric homoploid hybridization between selected taxa in the genus Ficaria in controlled conditions.

Abstract:

Rod Ficaria zahrnuje běžně rozšířené, jarně kvetoucí geofyty vyznačující se vysokou fenotypovou plasticitou a existencí několika ploidních úrovní (od 2x do 6x). Vysoká morfologická a genetická variabilita je patrně do značné míry způsobena následkem působení procesů hybridizace a polyploidizace, taxonomická problematika uvnitř rodu Ficaria tak není stále uspokojivě vyřešena. Pro pochopení fylogenetické struktury rodu Ficaria byla tedy zhodnocena reprodukční biologie, prezygotické a postzygotické reprodukčně izolační mechanismy pomocí studia schopnosti autonomní apomixie, autonomního autogamie, životaschopnosti pylových zrn a velikosti pylových zrn u většiny rozlišovaných taxonů a experimentální homoploidní hybridizace mezi vybranými taxony v kombinaci s odhadem velikosti genomu rodičovských taxonů a jejich hybridů, včetně stanovení dalších reprodukčních systémů u rodičovských taxonů. Autonomní apomixie, autogamie nebyla u studovaných taxonů, bez ohledu na ploidní stupeň zjištěna. Všechny studované taxony byly alogamní. Počet dobře vyvinutých, alogamicky vzniklých nažek odpovídal pylové viabilitě, pylová viabilita byla redukována u vyšších ploidních stupňů. Pylová délka rostla se zvyšující se velikostí genomu, ale byla výrazně heterogenní, nemohla být tedy využita k odhadu jednotlivých ploidních stupňů u studovaných taxonů. Abnormálně velká pylová zrna byla detekována u několika polyploidních taxonů. Prezygotické bariéry, jako autonomní apomixie a autogamie, viabilita tedy dohromady nepřispívají k reprodukční izolaci studovaných taxonů. Proto, následná mezitaxonová kompatibilita umožňuje snadnou obousměrnou homoploidní hybridizaci mezi vybranými taxony rodu Ficaria v kontrolovaných podmínkách.

Keywords

Alogamie, Autonomní apomixie, Autonomní autogamie, Hybridizační experiment, Prezygotické reprodukčně izolační bariéry, Postzygotické reprodukčně izolační bariéry

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 7. 2021

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Martin Duchoslav, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Botany