Origin and long-term survival of Central European populations of larch (Larix decidua): combining phylogeography, paleoecology and niche modeling approaches

• Název práce v češtině: Původ a přežívání modřínu opadavého (Larix decidua) ve střední Evropě: kombinace fylogeografie, paleoekologie a modelování nik
• Název v anglickém jazyce: Origin and long-term survival of Central European populations of larch (Larix decidua): combining phylogeography, paleoecology and niche modeling approaches
• Klíčová slova: mikrosatelity, sekvenování DNA, holocén, klimatická refugia
• Klíčová slova anglicky: microsatellites, DNA sequencing, Holocene, climatic refugia
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra botaniky (31-120)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Tomáš Fér, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 13.10.2021
• Datum zadání: 13.10.2021
• Datum potvrzení stud. oddělením: 13.10.2021
• Konzultanti: doc. Mgr. Petr Pokorný, Ph.D.

Seznam odborné literatury

Wagner, S., Gerber, S., & Petit, R. J. (2012). Two highly informative dinucleotide SSR multiplexes for the conifer Larix decidua (European larch). Molecular Ecology Resources, 12(4), 717-725.
Wagner, S., Litt, T., Sanchez-Goni, M. F., & Petit, R. J. (2015). History of Larix decidua Mill.(European larch) since 130 ka. Quaternary Science Reviews, 124, 224-247.

Předběžná náplň práce

Modřín evropský (Larix decidua) byl v posledním glaciálu široce rozšířen ve středoevropských nížinách. Obecně se předpokládá, že areál modřínu se během holocénu zmenšoval až na dnešní zbývající původní populace v Alpách, Karpatech a východních Sudetech. Na druhou stranu se objevuje stále více paleoekologických a historických důkazů o výskytu modřínu i v dalších oblastech a nížinách během holocénu a dlouho před začátkem jeho umělého pěstování. Tyto důkazy však nebyly nikdy podpořeny analýzou populační genetické struktury současných nížinných populací. Cílem tohoto multidisciplinárního projektu je prozkoumat genetickou strukturu a současnou i minulou ekologii populací modřínu v České republice. Zvláštní důraz je kladen na identifikaci potenciálních nížinných holocenních refugií, tj. oblastí, kde modřín mohl přežít kontinuálně po celý holocén. Prvním cílem je pomocí kombinace historických, archeobotanických a paleoekologických metod spolu s modelování klimatických nik odlišit potenciální refugia od porostů zjevně vysazených. Následně budou vybrané populace zkoumány pomocí analýzy mikrosatelitové DNA a sekvenace mitochondriálního/chloroplastového genomu.
Fylogeografická studie modřínu byla dosud provedena pouze na poměrně malém reprezentativním vzorku populací v rámci celé Evropy, kde byla Česká republika zastoupena pouze několika populacemi z oblasti předpokládaného původního výskytu ve východních Sudetech (Wagner et al. 2015). Nebyly ale zahrnuty jiné populace, které by na základě jejich stanoviště a morfologických znaků mohly být potenciálně refugiálního původu. Otázka jejich skutečného původu byla diskutována mezi lesníky a botaniky od počátku 20. století, nikdy ale nebyla potvrzena nebo odmítnuta na základě moderních molekulárních metod. Případné potvrzení jejich původnosti pomocí pevných multiproxy důkazů by bylo nesmírně důležité pro probíhající debatu o pěstování modřínu v produkčních lesích ve středoevropských nížinách.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The European larch (Larix decidua) was broadly distributed in Central European lowlands during the last glacial period. It is generally assumed that the distribution range of larch shrunk in the Holocene to the nowadays only native populations in the Alps, Carpathians, and the eastern Sudetes. Contrary to this, there is growing paleoecological and historical evidence of larch occurrence in other regions and lowlands during the Holocene and long before forest plantations. This evidence was, however, never complemented with the population genetic structure of the contemporary lowland populations. The aim of this multidisciplinary project is to explore population genetic structure, current and past ecology of larch populations. Special emphasis is put on identifying potential lowland Holocene refugia, i.e. regions where larch has persisted continuously. First, the integration of historical, archaeobotanical, paleoecological, and climatic niche modeling approaches will help to distinguish potential refugia from obvious plantations. Second, selected populations will be screened using microsatellite DNA and mitochondrial/chloroplast sequencing.
Phylogeography study of larch has so far been done only on a rather small representative sample of populations across Europe where the Czech Republic was represented by only several populations from the assumed native range in eastern Sudetes (Wagner et al. 2015). Other populations that could potentially be of refugial origin, as is suggested by their habitual and morphological characteristics, were not included. The question of their real origin has been discussed among foresters and botanists since the beginning of the 20^th century but never confirmed or rejected by modern molecular methods. The potential confirmation of native status using firm multiproxy evidence would be extremely important for the ongoing debate about the cultivation of larch in production forests in Central European lowlands.

Questions
1. What is the status of Larix decidua in the area of the Czech Republic? Are there any other “refugial” populations outside the eastern Sudetes?
2. What is the relationship of native Czech populations (mainly eastern Sudetes) with other areas of native occurrence? Is there any pattern within the area of putative native origin in the eastern Sudetes?
3. Is there any correlation between molecular, historic, and palaeoecological evidence for Larix occurrence in the Czech Republic?
4. Are the ecological/climatic niches of Larix decidua diversified in different parts of native distribution? Can the niche modeling approaches help to distinguish potential refugia from obvious plantations?