Populační struktura invazních taxonů rodu Fallopia v sekundárním areálu rozšíření

Ing. Martina Kadlecová

Disertační práce

Population Structure of Invasive Fallopia taxa in the Secondary Distribution Range

Anotace:

Pochopení procesů, které napomáhají invaznímu šíření nepůvodních druhů, je klíčové pro zvyšování efektivity strategií managementu. Dynamiku šíření ovlivňuje reprodukční strategie, struktura populací a úspěšnost zakládání potomstva. Fallopia spp. syn. Reynoutria spp. (křídlatky) jsou problematické invazní rostliny s převážně vegetativním způsobem reprodukce, které jsou charakteristické mezidruhovou hybridizací a výskytem množství hybridních kombinací ve volné přírodě. Tato disertační práce se zaměřuje na detekci hybridizace, polyploidizace a genetické variability křídlatek, včetně odhalení limitů generativní reprodukce. V rámci práce byla rovněž hodnocena odolnost jednotlivých taxonů vůči herbicidním postřikům. Vzorky křídlatek byly odebrány z evropských populací (Francie, Německo, Chorvatsko, Česká republika) a následně bylo analyzováno jejich cytologické a genetické složení. Semena, získaná z různých mateřských rostlin, v rámci evropských populací, byla experimentálně klíčena a u vypěstovaných semenáčků byla následně měřena velikost genomu a hodnocena jejich vitalita. Cytologické analýzy probíhaly pomocí metod průtokové cytometrie a pro zjištění genetické variability byly využity SSR markery. Odolnost vůči herbicidům (glyfosátu) byla testována v rámci in-situ a ex-situ experimentů. V evropských populacích křídlatek dochází k odlišným evolučním procesům. Struktura populace je silně ovlivněna lokálními podmínkami a přítomností specifických taxonů a cytotypů. Nebyli nalezeni nově vzniklí hybridi F1 generace mezi F. japonica a F. sachalinensis. Naopak bylo pozorováno křížení hybridů, což umožňuje vznik variabilního potomstva nezávisle na přítomnosti rodičovských taxonů. Oktoploidní hybridi představují evoluční potenciál především díky schopnosti úspěšného zpětného křížení s F. japonica. Nejvýznamnějším výsledkem je objev a první nezpochybnitelná dokumentace genetické variability u F. japonica. V sekundárním areálu rozšíření se již nevyskytují pouze identické klony F. japonica, ale také nový genotyp, vzniklý pravděpodobně somatickou mutací. Dále bylo zjištěno, že pobřežní biotopy představují příznivá místa pro klíčení a etablování semenáčků, čímž vytváří ohniska pro vznik nových variabilních hybridních taxonů. Nezbytným směřováním managementu křídlatek je tedy zařazení nových přístupů cílených na konkrétní taxony, které budou předcházet tvorbě semen a tím i vzniku a šíření nových hybridních forem, zejména podél říčních břehů.

Abstract:

Understanding the processes that underpin the invasive spread of alien species is critical for enhancing the efficacy of management strategies. Dissemination dynamics depend on reproduction strategies, population structure, and offspring establishment. Fallopia spp. syn. Reynoutria spp. (knotweeds) are highly problematic invasive plants characterized by interspecific hybridization and various hybrid combinations in the wild, with a predominantly vegetative mode of reproduction. This thesis focuses on detecting hybridization, polyploidization, and genetic variability within the Fallopia taxa, including identifying generative reproduction limits. Taxa-specific resistance to herbicide treatments was also evaluated. European Fallopia spp. populations, including France, Germany, Croatia, and the Czech Republic, were sampled to assess their cytological and genetic composition. Seeds collected from different mother plants across Europe underwent germination experiments; the resulting seedlings were cultivated, and their genome sizes and vitality were assessed. Flow cytometry was employed for cytological analyses, while SSR markers were utilized to assess genetic diversity. In-situ and ex-situ experiments were conducted to understand resistance to herbicide (glyphosate) treatments. Distinct evolutionary processes occur in European populations of Fallopia spp. Population structure is strongly influenced by local conditions and the presence of specific taxa and cytotypes. This study did not detect newly arisen F1 generation hybrids between F. japonica and F. sachalinensis. On the contrary, hybrid crossing was observed, allowing the emergence of a new variable of offspring independent of the presence of parental taxa. The octoploid hybrids exhibit evolutionary promise primarily due to their capability for successful backcrossing with F. japonica. The most significant outcome is the discovery, and the first undeniable documentation, of genetic variability in F. japonica. Thus, in the secondary distribution range, there are no longer just single clones of F. japonica; a new genotype, most likely caused by somatic mutation, is now present. Riparian habitats are identified as favourable locations for germination, seedling establishment, and the potential evolution of new hybrid taxa. Therefore, it is necessary to implement taxa-specific management to prevent seed production and the emergence and spread of new hybrid forms from seedlings, primarily along riverbanks.

Klíčová slova

generativní rozmnožování, glyfosát, hybridizace, invazní rostliny, křídlatky, velikost genomu

Keywords

generative reproduction, genome size, glyphosate, hybridization, invasive plants, knotweed

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 1. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Ing. Kateřina Berchová, Ph.D.
• Oponent: Karel Prach, Ing., externi, Fanny Dommanget, externi, Hana Skálová, externi

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta životního prostředí

Doktorský studijní program / obor:
Environmentální vědy / Aplikovaná a krajinná ekologie