Sexual selection and plant speciation: from micro- to macroevolutionary scales

• Název práce v češtině: Sexuální výběr a speciace rostlin: od mikro- až po makroevoluční měřítka
• Název v anglickém jazyce: Sexual selection and plant speciation: from micro- to macroevolutionary scales
• Akademický rok vypsání: 2020/2021
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra botaniky (31-120)
• Vedoucí / školitel: doc. Clément Lafon Placette, Dr.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 12.10.2020
• Datum zadání: 12.10.2020
• Datum potvrzení stud. oddělením: 12.10.2020
• Konzultanti: RNDr. Antonín Macháč, Ph.D.

Seznam odborné literatury

Andersson M, Simmons LW. 2006.Sexual selection and mate choice. Trends in ecology & evolution21: 296-302.
Arnegard ME, McGee MD, Matthews B, Marchinko KB, Conte GL, Kabir S, Bedford N, Bergek S, Chan YF, Jones FC, Kingsley DM. 2014.Genetics of ecological divergence during speciation. Nature511: 307-311.
Bhattacharjee S, MacPherson B, Gras R. 2018.A comparison of sexual selection versus random selection with respect to extinction and speciation rates using individual based modeling and machine learning. Ecological complexity36: 126-137.
Harvey MG, Seeholzer GF, Smith BT, Rabosky DL, Cuervo AM, Brumfield RT. 2017.Positive association between population genetic differentiation and speciation rates in New World birds. Proceedings of the National Academy of Sciences114: 6328-6333.
Harvey MG, Singhal S, Rabosky DL. 2019.Beyond reproductive isolation: Demographic controls on the speciation process. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics50: 75-95.
Kelley ST, Farrell BD, Mitton JB. 2000.Effects of specialization on genetic differentiation in sister species of bark beetles. Heredity84: 218-227.
Lafon-Placette C, Vallejo-Marín M, Parisod C, Abbott RJ, Köhler C. 2016.Current plant speciation research: unravelling the processes and mechanisms behind the evolution of reproductive isolation barriers (Meeting Report). New Phytologist209: 29-33.
Moore JC, Pannell JR. 2011. Sexual selection in plants. Current biology: CB21: R176-182.
Pease JB, Guerrero RF, Sherman NA, Hahn MW, Moyle LC. 2016. Molecular mechanisms of postmating prezygotic reproductive isolation uncovered by transcriptome analysis. Molecular Ecology25: 2592-2608.
Ridley M. 2003.Evolution 3rd Edition.[j1] [WU2]
Rieseberg LH, Desrochers AM, Youn SJ. 1995. Interspecific Pollen Competition as a Reproductive Barrier Between Sympatric Species of Helianthus (Asteraceae). American Journal of Botany82: 515-519.
Rieseberg LH, Willis JH. 2007.Plant speciation. Science 317: 910-914.
Rundle HD, Nosil P. 2005.Ecological speciation. Ecology letters 8: 336-352.
Seehausen O, Alphen JJM van, Witte F. 1997. Cichlid Fish Diversity Threatened by Eutrophication That Curbs Sexual Selection. Science277: 1808-1811.
Servedio MR, Boughman JW. 2017.The role of sexual selection in local adaptation and speciation. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 48: 85-109.
Turelli M, Barton NH, Coyne JA. 2001.Theory and speciation. Trends in ecology & evolution16: 330-343.
Vamosi JC, Magallón S, Mayrose I, Otto SP, Sauquet H. 2018.Macroevolutionary patterns of flowering plant speciation and extinction. Annual review of plant biology69: 685-706.
Zheng Y-Y, Lin X-J, Liang H-M, Wang F-F, Chen L-Y. 2018. The Long Journey of Pollen Tube in the Pistil. International Journal of Molecular Sciences19.

Předběžná náplň práce

To, jak sexuální výběr generuje nové druhy, zůstává mezi základními hádankami v evoluci. Klasická teorie předpokládá, že sexuální výběr vyvolává rozdíly v sexuálních vlastnostech, které se nakonec promítnou do reprodukčních bariér a rozsáhlé speciace. Rostliny představují vynikající příležitosti k testování a rozšíření teorie vzhledem k tomu, že sexuální výběr byl v rostlinách intenzivně studován na herní úrovni (konkurence mezi samčími pylovými zrny a samičí volbou zprostředkovanou květními stigmy a vajíčkami). Genomický základ sexuálního výběru a jeho rozsáhlý vliv na speciaci rostlin je však ještě třeba zkoumat.
Projekt PhD bude tyto mezery v současných znalostech překlenout integrací výzkumu z mikro- a makroevoluce. Mikroevoluční výzkum bude zahrnovat vývojovou biologii, transkriptomiku a populační genomiku. Student konkrétně vyhodnotí genetickou a fenotypovou diferenciaci v sexuálních vlastnostech u několika druhů Arabidopsis pomocí mikroskopických a bioinformatických technik. Makroevoluční výzkum pomocí statistických technik prozkoumá, zda se sexuální znaky (květinové znaky, režim opylování atd.) Promítají do velkého měřítka u rostlin. Propojením dvou tradic v evolučním výzkumu (mikro- a makro-) vytvoří projekt integrační pohled na sexuální výběr a speciaci. V rámci tohoto procesu vybaví doktoranda teoretickými a praktickými dovednostmi, které jsou v současné době velmi žádané v akademické sféře a soukromém sektoru (biologie reprodukce rostlin, genomické techniky, statistika, programování).

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

How sexual selection generates new species remains among the fundamental puzzles in evolution. Classic theory postulates that sexual selection produces divergence in sexual traits which, eventually, translates into reproductive barriers and large-scale speciation. Plants present excellent opportunities to test and extend the theory, given that sexual selection has been studied extensively at the gametic level in plants (competition between male pollen grains and female choice mediated by the flower stigmas and ovules). However, the genomic basis of sexual selection and its large-scale influence on plant speciation have yet to be examined.
The PhD project will bridge these gaps in current knowledge by integrating research from micro- and macroevolution. The microevolutionary research will involve developmental biology, transcriptomics and population genomics. Specifically, the student will evaluate genetic and phenotypic differentiation in sexual traits across several Arabidopsis species, using microscopy and bioinformatics techniques. The macroevolutionary research will examine whether sexual traits (floral traits, pollination mode, etc.) translate into large-scale speciation in plants, using statistical techniques. By bridging two traditions in evolutionary research (micro- and macro-), the project will produce an integrative perspective on sexual selection and speciation. In the process, it will equip the PhD student with theoretical and practical skills currently in high demand in academia and private sector (plant reproduction biology, genomic techniques, statistics, programming).