Genetický paradox biologických invazí

Michaela Medzihorská

Master's thesis

Genetic paradox of biological invasions

Abstract:

Biologické invaze, které mohou být v probíhající klimatické změně hrozbou pro udržení stávající biodiverzity původních ekosystémů, jsou předmětem zájmu mnoha vědeckých studií. Jsou i východiskem pro tuto práci, která je zaměřena na genetický aspekt biologických invazí. Hlavním cílem této práce je zaměřit se na genetické aspekty šíření invazních populací, na probíhající hybridizaci s lokální populací a její vliv na dynamiku a úspěšnost expanze. Za účelem mapování vývoje genetické diverzity, životaschopnosti či adaptace na nové prostředí byl vytvořen simulační nástroj pomocí programovacího jazyka R a využití populačně genetického balíčku AlphaSimR. Pro uživatelsky přívětivější nastavení parametrů pro konkrétní scénář simulace pak bylo vytvořeno rozhraní pomocí balíčku Shiny. Výsledky z testovaných scénářů pak potvrdily očekávaný nárůst adaptačního potenciálu invazní populace způsobený hybridizací s lokální populací. Hybridizace měla za následek i pokles nevýhodných alel. Zároveň byl zmapován rozdíl sledovaných parametrů v centrální části populace a na jejím expandujícím okraji, s tím, že životaschopnost populace směrem k expanznímu kraji klesá a migrační potenciál roste. Z výsledků simulací byl patrný i fenomén surfování alel. Zde prezentovaný simulační nástroj, který je zatím velmi obecně nastavený, může sloužit jako základ pro vytvoření specifičtějších modelů pro konkrétní organismy a konkrétní stanoviště, jejichž využití by bylo možné i v praxi.

Abstract:

Biological invasions, which can pose a threat to the existing biodiversity of native ecosystems in the ongoing climate change, are the subject of many scientific studies. They are also the basis for this paper, which focus is on the genetic aspect of biological invasions. The main aim of this study is to examine the genetic aspects of the expansion of invasive populations, hybridization with local populations, and its impact on the dynamics and success of their expansion. To map the development of genetic diversity, viability, and adaptation to new environments, a simulation tool was created using programming language R and the population genetics package AlphaSimR. And Shiny package was used for user-friendly interface which make the setting of specific simulation scenarios more approachable. The results from the tested scenarios confirmed the expected increase in the adaptive potential of the invasive population caused by hybridization with the local population. Hybridization also resulted in a decrease in deleterious alleles. At the same time, differences in the monitored parameters were mapped in the central part of the population and its expanding edge. Fitness of the population was decreasing towards the expansion edge and migration potential increasing. There was also an evidence of allele surfing phenomenon. The simulation tool presented here, which is currently very general, can serve as a basis for creating more specific models for particular organisms and particular habitats with possible practical use.

Keywords

bottleneck, biologické invaze, founder effect, hybridizace

Keywords

biological invasions, bottleneck, founder effect, hybridization

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 29. 5. 2024
• Supervisor: RNDr. Jaroslav Čepl, Ph.D.
• Reader: Jan Toman, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme:
Forest Engineering