Taxonomy, phylogeny and phylogeografy of selected groups of aquatic beetles (Coleoptera: Hydrophilidae, Hydraenidae) of the Caribbean region

• Název práce v češtině: Taxonomie, fylogeze a fylogeografie vybraných skupin vodních brouků (Coleoptera: Hydrophilidae, Hydraenidae) karibské oblasti
• Název v anglickém jazyce: Taxonomy, phylogeny and phylogeografy of selected groups of aquatic beetles (Coleoptera: Hydrophilidae, Hydraenidae) of the Caribbean region
• Klíčová slova: Coleoptera, Hydrophilidae, Hydraenidae, taxonomie, fylogeneze, fylogeografie, karibská oblast, vodní brouci
• Klíčová slova anglicky: Coleoptera, Hydrophilidae, Hydraenidae, taxonomy, phylogeny, phylogeography, islands, Caribbean region, aquatic beetles
• Akademický rok vypsání: 2013/2014
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra zoologie (31-170)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Martin Fikáček, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 19.12.2013
• Datum zadání: 19.12.2013
• Datum a čas obhajoby: 26.09.2017 14:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 17.07.2017
• Datum proběhlé obhajoby: 26.09.2017
• Oponenti: Ignacio Ribera, Dr.

Předběžná náplň práce

Disertační práce obsahuje tři podtémata:1) taxonomickou část2) fylogenetickou část3)populačně-genetickou část
Podtémata jsou charakterizována následovně:
1) Taxonomická část:
Definice: Na základě materiálu vypůjčeného z institucionálních sbírek a z vlastního terénního výzkumu student připraví taxonomické studie vybraných skupin (rodů, druhových skupin) vodních brouků karibské oblasti.
Metodika: Student využije klasické metody taxonomické práce (studium morfologických znaků pomocí světelné a elektronové mikroskopie), vyhodnotí výskyt znaků s taxonomickým významem, připraví jejich ilustrace/fotografie a shrne výsledky v sérii vědeckých článků. V nutných případech zahrne i molekuláírní data, částečně v návaznosti na následující podtémata.
2) Fylogenetická část:
Definice: Student zanalyzuje morfologické a molekulírní znaky vybraného modelového rodu vodních brouků (rod Paracymus, čeleď Hydrophilidae) a provede fylogenetickou analýzu testující pozici rodu v čeledi, jeho monofylii a vnitrorodové fylogenetické vztahy. Speciální důraz bude věnovat analýze pozice karibských druhů modelového rodu a jejich fylogenetické pozici vůči druhům z kontinentální Ameriky.
Metodika: Analýza morfologických znaků bude provedena standardníma metodama včetně svetelné a elektronové mikroskopie. Chov živých kusů sbíraných přímo v terénu bude využit pro získání larválního materiálu a zahrnutí larválních znaků na (alespoň) rodové úrovni. Morfologické znaky dospělců a larev budou převedeny do podoby matice znaků s použitím příslušného softwaru. Fragmenty pěti genů budou použity pro molekulární část: dva mitochondriální (cox1, cox2) and tři jaderné (18S, 28S and arginine kinase). Fylogenetická analýza bude provedena s použitím oddělených datasetů (morfologie dospělců, morfologie larev, sekvence zmíněných genů) i s použitím datasetu kombinující všechny morfologické a molekulární znaky (total evidence analysis).
3) Populačně-genetická část:
Definice: Student zanalyzuje genetickou strukturu populací vybraných druhů vodních brouků Kuby a (v případě shromáždění dostatečného materiálu) okolních karibských ostrovů. Cílem je porozumět míře izolace populací mezi různými horskými systémy a ostrovy a v případě strukturovaných populací nadatovat stáří divergencí mezi jednotlivými populacemi.
Metodika. Analýza bude postavena na čerstvě nasbíraném materiálu z vybraných lokalit na Kubě (a v případě přidělení dodatečných prostředků z ostatních ostrovů Velkých Antil). Modelové taxony budou zahrnovat pět vybraných druhů vodních brouků čeledí Dytiscidae, Hydrophilidae, Gyrinidae a Hydraenidae. Student osekvenuje vybrané markery (cox1, cytB, ITS, konečný počet markerů závisí na dostupných financích) pěti kusů každého druhu z každé lokality. Získaná data budou vyhodnocena metodami obvyklými pro analýzu populační struktury, diverzity a fylogeografie (diverzita haplotypovů a nukleotidů, měřítka genetické divergence, testy korelace mezi genetickou a geografickou vzdáleností, haplotypové sítě, fylogenetická analýza, nested clade analysis, datování divergencí mezi liniemi atd.)

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The PhD thesis consists of three subtopics:1) Taxonomic part2) Phylogenetic part3) Population genetic part
The subtopics are characterized as follows:
1) Taxonomic part:
Definition: Based on the material loaned from instituonal collections and from the fieldwork performed by the student, the student will prepare studies on the taxonomy of the selected groups (genera, species groups) of the Caribbean aquatic beetles.
Methods: Student will use classical methods of taxonomic study (study of morphological characters using light microscopy, electron microscopy), will analyze characters of taxonomic importance, prepare their drawings/photos and summazize the results in series of scientific papers. In needed cases molecular data will be used, partly in context with the following two subtopics.
2) Phylogenetic part:
Definition: The student will analyze morpholgical and molecular characters of the selected model genus of aquatic beetles (genus Paracymus, family Hydrophilidae) and perform a phylogenetic analysis testing the position of the genus within the family, its monophyly and its internal phylogenetic relationships, with an special focus on the position of the Caribbean species and their relation to the fauna of continental South America.
Methods: Analysis of morphological characters will be performed using the usual methods including electron microscopy and light microscopy. Rearing of alive specimens collected in the field will be used for obtaining larval material and to include larval characters at genus level of the study. Morphological characters of both larvae and adults will be coded into the matrix using the respective freeware software (DELTA editor, Nexus data editor). Fragments of five genes will be amplified using PCR: two mitochondrial (cox1, cox2) and three nuclear (18S, 28S and arginine kinase). Phylogenetic analysis will be performed on separate data sets (adult morphology, adult+larval morphology, molecular data of each gene) as well as on the combined dataset of morphological+all molecular data (total evidence analysis).
3) Population genetics part:
Definition: The student will analyze the genetic structure of the populations of selected aquatic beetles in Cuba and (in case that the availability of the relevant material) adjacent Caribbean islands. The aim is to understand the extent of isolation of populations from different mountain systems and islands and (in case that the data will allow) to date the ade of the age of the split between these populations.
Methods. Freshly collected material from selected localities in Cuba (and additionally of other islands of Greater Antilles if the funds for the fieldwork will be obtained) will be analysed. The model taxa will include five selected species of water beetles of the families Dytiscidae, Hydrophilidae, Gyrinidae and Hydraenidae. Five specimens of each species from each locality will be sequenced for selected markers (cox1, cytB, ITS, the final number of markers depends on obtained funding). Data will be analysed using usual means used for analysis of population structure, diversity and phylogeography (haplotype and nucleotide diversities, measurements of genetic divergences, tests for corelation between genetic and geographic distances, haplotype networks, phylogenetic analyses, nested clade analysis, dating of lineages splits etc.)