Doplňky barcodingu motýlů České republiky

Patrik Škopek

Diplomová práce

Butterfly barcoding accessories for the Czech Republic

Anotace:

Cílem této práce bylo doplnění barcodů vybrané části druhů denních motýlů ČR (osekvenováním části mitochondriálního genu pro cytochrom c oxidázu), vyhodnocení vnitrodruhových vzorců mitochondriální genetické diverzity a zjištění prevalence (podíl počtu infikovaných jedinců ve sledované populaci) vzorků nitrobuněčnými parazity, bakteriemi rodu Wolbachia. Testovány byly hypotézy: 1. Biotopové nároky a funkční vlastnosti motýlů mají vliv na to, která genetická linie se bude v České republice vyskytovat. Zároveň je předurčen osud motýlů: míra ohroženosti také vysvětlí výskyt genetických linií.; 2. Promořenost bakterií Wolbachia je v ČR vysoká, bakterie se vyskytuje u velké části druhů a testovaných vzorků. Osekvenoval jsem geny COI a WSP (ověření přítomnosti bakterie Wolbachia). Za pomocí spolupracovníků jsem získal 1119 sekvencí od 140 druhů žijící na našem území (z 142 druhů, tj. 98,6 % české fauny). Po přidání sekvencí z databáze BOLD obsahoval dataset 22 489 sekvencí s průměrně 160,6 vzorky na druh. Ve své studii jsem zjistil, že bakterií Wolbachia bylo nakaženo 108 druhů z 133 testovaných druhů (81,2 %), tedy většina českých druhů denních motýlů a pozitivní nález infekce byl u 401 vzorků (40,2 % studovaných vzorků). Tím potvrzuji hypotézu 2. Odhalil jsem také 40 různých kmenů bakterie Wolbachia. Pomocí analýzy BAPS, která rozřazuje sekvence do klastrů dle příbuznosti, a na základě haplotypových sítí bylo všech 140 druhů rozděleno do kategorií linií přítomných v České republice (zvlášť pro obě metody). Dále byly testovány užitím přímých ordinačních analýz CCA závislosti mezi těmito liniemi a vzorci biotopových nároků, funkčních vlastností a ohroženosti motýlů. Na základě těchto analýz potvrzuji hypotézu 1. Závislost mezi vysvětlovanými kategoriemi BAPS a vysvětlujícími proměnnými znaky – biotopy byla při analýze všech proměnných průkazná. Interaktivním výběrem byly zvoleny za proměnné vysvětlující nejvíce variability ubikvista (všudypřítomný) a xerotermofil-1 (stepní druhy). Závislosti mezi kategoriemi BAPS a proměnného znaku ohrožení, a kategoriemi BAPS a funkčních vlastností byly taktéž průkazné. Interaktivním výběrem byly vybrány délka doby letu, aparence (forma živné rostliny) a rozpětí předních křídel za znaky s nejvyšší vysvětlující variabilitou. Závislost haplotypových sítí pomocí vysvětlujících proměnných znaků (biotopů) vyšla neprůkazně, ale interaktivní výběr ukázal, že nejvíce variability vysvětlují ubikvista, mezofil-3 (lesní druhy) a tyrfofil (rašeliništní druhy) a prokázal závislost mezi zmíněnými biotopy a kategorií haplotypových sítí. Závislost haplotypových sítí pomocí proměnného znaku ohrožení vyšla průkazná. Vysvětlované kategorie haplotypových sítí pomocí funkčních vlastností ukázaly, že nejvíce variability prokazují aparence a délka doby letu. Tato práce přispěla k vytvoření datasetu barcodů motýlí fauny České republiky a poznání závislostí mezi genetickými liniemi a ekologií druhů.

Abstract:

The aim of this work was to add barcodes of a selected part of butterfly species of the Czech Republic (by sequencing a part of the mitochondrial gene for cytochrome c oxidase), to evaluate intraspecific patterns of mitochondrial genetic diversity, and to determine the prevalence (proportion of infected individuals in the population) of samples infected with intracellular parasites, bacteria of the genus Wolbachia. The following hypotheses were tested: 1. The butterfly habitat requirements and functional traits influence which genetic lineages will be present in the Czech Republic. At the same time, the fate of butterflies is predestined: the degree of threat will also explain the occurrence of genetic lineages; 2. The prevalence of Wolbachia is high in the Czech Republic; the bacterium is present in a large proportion of species and individuals. I sequenced the COI and WSP genes to verify the presence of Wolbachia. With the help of collaborators, I obtained 1119 sequences from 140 species living in our territory (from 142 species, i.e., 98.6% of the Czech fauna). After adding sequences from the BOLD database, the dataset contained 22,489 sequences with an average of 160.6 samples per species. In my thesis, I found that 108 out of 133 tested species (81.2%), i.e., majority of Czech butterfly species, were infected with Wolbachia, and 401 samples (40.2% of the studied samples) were positive for infection. This confirms hypothesis 2. I also detected 40 different strains of Wolbachia. Using BAPS analysis, which sorts sequences into clusters according to relatedness, and haplotype networks, all 140 species were categorized into lineages present in the Czech Republic (separately for both methods). Furthermore, relationships between these lineages and patterns of habitat requirements, functional traits, and threat levels were tested using CCA ordination analyses. Based on these analyses, I confirm hypothesis 1. The relationship between the response BAPS categories and the explanatory trait-habitat variables was significant when all variables were analyzed. Interactive forward selection selected ubiquist (generalist) and xerothermophile-1 (steppe species) as the variables explaining the most of the variability. Relationships between BAPS categories and the threat level and between BAPS categories and functional traits were also significant. Interactive forward selection selected length of flight period, aparence (host plant form), and forewing length as traits explaining the most of the variability. The response haplotype networks using habitats as explanatory variables were not significant, but interactive selection showed that ubiquist, mesophilous-3 (forest species), and tyrphophilous (bog species) explained the most of the variability. The relationships of haplotype networks and threat level was significant. The relationship of the response variable haplotype networks using explanatory functional traits showed that the most of the variability was explained by aparence and length of flight period. This work extended the barcoding dataset of the butterfly fauna of the Czech Republic and contributed to the understanding of the relationships between genetic lineages and species ecology.

Klíčová slova

DNA, barcoding, Lepidoptera, Rhopalocera, Česká republika, Wolbachia

Keywords

DNA, barcoding, Lepidoptera, Rhopalocera, Czech Republic, Wolbachia

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 4. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 16. 5. 2023
• Vedoucí: doc. Mgr. Vladimír Vrabec, Ph.D.
• Oponent: Zdeněk Faltýnek Fric, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program:
Zájmové chovy zvířat