Populačně genetické aspekty rostlinných invazí: studie genetické a cytotypové variability u invazních a nativních populací \kur{Phalaris arundinacea} L. a \kur{Myriophyllum} sp.

Ing. Tereza KÁVOVÁ

Doctoral thesis

Population genetic aspects of plant invasions: studies of genetic and cytotype variability in invasive and native populations of \kur{Phalaris arundinacea} L. a \kur{Myriophyllum} sp.

Abstract:

Jedna z hypotéz o příčinách invazního šíření chrastice rákosovité v USA je, že podobně jako u rákosu obecného, došlo k opakovaným introdukcím druhu z Evropy anebo hybridizaci introdukovaných genotypů s původními. Část tohoto mezikontinentálního genového toku je zesílen produkcí kultivarů Phalaris v Minnesotě. Důsledky těchto výměn mají významný dopad na management invazních plodin pocházejících z obou kontinentů. Předchozí studie potvrzují jen minimální morfologickou heterogenitu mezi pěstovanými a původními (divokými) formami chrastice rákosovité. U Phalaris arundinacea jsme analyzovali genetické podobnosti a rozdíly mezi populacemi v USA (Minnesota) a v České republice. Pomocí ISSR markerů byl porovnán rozsah genetické variability v nativních a invazních populacích. Ukázalo se, že komerční genotypy se vyskytují napříč celým spektrem invazivních genotypů, což poukazuje na poměrně častou výměnu genů mezi pícninářskými, okrasnými a původními populacemi v USA. Rod Myriophyllum je významný hlavně kvůli svým invazním druhům, které měly vždy zvláštní postavení, protože na nich mohl být v reálném čase sledován průběh ekologických a evolučních změn. Ve střední Evropě je zastoupen třemi původními druhy (M. spicatum L., M. alterniflorum a M. verticillatum) a dvěma nepůvodními druhy severoamerickým M. heterophyllum a jihoamerickým M. aquaticum. M. spicatum spolu s M. heterophyllum a M. aquaticum patří mezi významné invazní rostliny, které svým agresivním růstem způsobují mnoho problémů především v Severní Americe. Disertační práce se zabývá hodnocením role polyploidizace v procesech vedoucích k invaznímu charakteru některý druhů rodu stolístků (Myriophyllum) na území USA, cytologickým a populačně-genetickým srovnáním nativních (Eurasie) a invazních populací (USA) stolístku klasnatého (M. spicatum) a stanovením možných ?poolů? genetické a cytotypové variability invazních populací a zhodnocením využitelnosti jednoduchého stanovení velikosti genomu při taxonomickém určování klasickým morfologickým postupem nezařaditelných rostlin, čímž by došlo k výraznému zlevnění a zefektivnění biomonitoringu invazních stolístků a tedy i nároků na management jeho invazních populací.

Abstract:

One of the hypotheses about the causes of invasive transmission of Phalaris arundinacea in the US is, that this species have repeatively introducted from Europe or by hybridization of the introduced genotypes with the native species. This is the same situation as Phragmites australis. Part of this intercontinental gene flow is enhanced by the production of Phalaris cultivars in Minnesota. The consequences of these exchanges have a significant impact on the management of invasive crops from both continents. Previous studies confirm only minimal morphological heterogeneity between cultivated and native (wild) forms of Phalaris arundinacea. In Phalaris arundinacea, we analyzed genetic similarities and differences between the US populations (Minnesota) and population of the Czech Republic. The extent of genetic variation in native and invasive populations was compared using ISSR markers. The occurence of commercial genotypes was observed across the full spectrum of invasive genotypes, which suggests a relatively frequent exchange of genes among forage, ornamental, and native US populations. The genus Myriophyllum is mainly significant because of its invasive species, which have always been in a special position as the course of ecological and evolutionary changes may be observed in real time. In Central Europe it is represented by three native species (M. spicatum L., M. alterniflorum and M. verticillatum) and two non-native species of North American M. heterophyllum and South American M. aquaticum. Species M. spicatum, together with M. heterophyllum and M. aquaticum, is one of the most important invasive plants that, due to their aggressive growth, cause many problems, especially in North America. The main theme of this Ph.D. is the evaluation of the role of polyploidization in processes leading to invasive character of some species of the genus Myriophyllum in the USA, cytological and population-genetic comparison of native (Eurasia) and invasive populations (US) of Myriophyllum spicatum. Moreover, possible "Pools" of genetic and cytotype variability of invasive populations and evaluation of usability of simple genome size were determinated in taxonomic determination by classical morphological procedure of unclassifiable plants, which might reduce the cost and efficiency of invasive stool biomonitoring and thus the management of its invasive populations

Keywords

Phalaris arundinacea, molekulární variabilita, cytogenetická variabilita, ISSR markery, průtoková cytometrie, Myriophyllum L., SSR, ITS

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 3. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 26. 4. 2019
• Supervisor: prof. Ing. Vladislav Čurn, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Agriculture

Doctoral programme / field:
Biotechnology / Agricultural Biotechnology