Biosystematic and chorological study of Dactylorhiza maculata agg. in Central Europe

Mgr. Vojtěch TARAŠKA

Doctoral thesis

Abstract:

Protection of endangered species of the temperate orchids is often complicated due to unsatisfactory knowledge of their variability and taxonomic diversity. This is also the case of the Dactylorhiza maculata agg., an evolutionary young group of diploid and autopolyploid taxa with intricate phylogenetic relations and large morphological variability. In this thesis, multivariate morphometrics, flow cytometry and environmental data were employed to reveal the variability of the group in Central Europe. A special attention was payed to populations traditionally recognized as D. fuchsii (s. str.), for which two ploidy levels, namely diploid and tetraploid, had previously been reported, but little has been known about frequency, distribution, and taxonomic value of its cytotypes. This study demonstrates that both diploids and tetraploids occur in Central Europe, where they form either pure ploidy or mixed ploidy populations. Moreover, DNA-triploids sometimes co-occur with the other cytotypes. Plants with different ploidy levels are indistinguishable in morphology and occupy similar habitats, but differences in their distribution patterns were revealed. Polyploidy must be regarded as a hidden source of variation in D. fuchsii, which should be taken into consideration in further research and biodiversity protection activities. The ploidy level was traditionally deemed the most important distinguishing trait between two putative species in Central Europe, namely diploid D. fuchsii and tetraploid D. maculata. This taxonomic concept was challenged by the discovery of tetraploid D. fuchsii as well as rather continuous morphological variability of the D. maculata agg. Homoploid hybridization probably allows for genetic admixture between these taxa, or even merging of some distinct evolutionary lineages, which may seem to be well separated in other parts of their distribution areas. Moreover, DNA-triploids may facilitate the gene flow across ploidy levels. Amalgamation of all Central European taxa into a single species, D. maculata, is thus advocated here. Eight subspecies with distinct morphology, cytotype diversity and/or ecology may be circumscribed within this species in the study area. An updated checklist and determination key to Central European D. maculata subspecies are provided here, of which two were described as new to science, and one was resurrected in this work. For the Czech Republic, grid-based distribution maps were created, and national Red List categories were assigned for subspecies occurring in this country.

Abstract:

Ochrana ohrožených druhů temperátních orchidejí je často komplikovaná kvůli neuspokojivým znalostem o jejich variabilitě a taxonomické diverzitě. To je také případ Dactylorhiza maculata agg. (okruhu prstnatce plamatého), evolučně mladé skupiny diploidních a autopolyploidních taxonů se složitými fylogenetickými vztahy a značnou morfologickou variabilitou. Předložená práce využívá mnohorozměrné statistiky, průtokové cytometrie a environmentálních dat ke studiu variability této skupiny ve střední Evropě. Zvláštní pozornost byla věnována populacím tradičně rozlišovaným jako D. fuchsii (s. str.), pro něž byly již dříve udávány dva ploidní stupně, diploidní a tetraploidní, avšak existovalo jen málo poznatků o četnosti, rozšíření a taxonomické hodnotě obou cytotypů. Tato práce ukazuje, že ve Střední Evropě se vyskytují diploidi i tetraploidi, již zde tvoří buď čisté, nebo ploidně smíšené populace. Na společných lokalitách s těmito dvěma cytotypy se navíc někdy objevují také DNA-triploidi. Rostliny s rozdílnou ploidní úrovní jsou morfologicky nerozlišitelné a rostou ve stejných biotopech, avšak byly zjištěny rozdíly v charakteru jejich rozšíření. Polyploidie u D. fuchsii by měla být nahlížena jako zdroj skryté variability, což je třeba zohlednit v dalším výzkumu i aktivitách na ochranu biodiverzity. Stupeň ploidie byl ve střední Evropě tradičně považován za nejdůležitější rozlišovací znak mezi dvěma domnělými druhy, diploidní D. fuchsii a tetraploidní D. maculata. Tento taxonomický koncept byl však zpochybněn kvůli objevu tetraploidní D. fuchsii a více méně kontinuální morfologické variabilitě D. maculata agg. Homoploidní hybridizace pravděpodobně umožňuje mísení genetické informace obou taxonů, nebo dokonce splývání některých evolučních linií, jež se v jiných částech areálu mohou zdát jako dobře oddělené. DNA-triploidi navíc mohou usnadňovat genový tok napříč ploidními stupni. Výsledky této práce proto podporují taxonomický koncept, který spojuje všechny středoevropské taxony do jediného druhu D. maculata. V rámci tohoto druhu může být ve studovaném území rozlišeno osm poddruhů, a to na základě morfologie, cytotypové diverzity a/nebo ekologie. Práce přináší aktualizovaný seznam středoevropských poddruhů a klíč k jejich určení. Dva poddruhy jsou zde popsány jako nové pro vědu, jeden dříve popsaný druh byl nově rozpoznán. Pro Českou republiku byly dále vytvořeny síťové mapy rozšíření jednotlivých poddruhů, pro něž byly rovněž stanoveny kategorie ohrožení podle národního červeného seznamu.

Keywords

cytogeografie, rozšíření, ekologie, ohrožené druhy, průtoková cytometrie, biotop, morfometrika, Orchidaceae, polyploidie, červený seznam, taxonomie

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 2. 2024

Thesis defence

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

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Botany