Plant Chemical Diversity and Its Role in Plant-Insect Coevolution

• Thesis title in Czech: Chemodiverzita rostlin a její role v koevoluci rostlin a hmyzu
• Thesis title in English: Plant Chemical Diversity and Its Role in Plant-Insect Coevolution
• Key words: specializované rostlinné metabolity, metabolomika, chemická ekologie, interakce rostlin a hmyzu, evoluce
• English key words: plant specialized metabolites, metabolomics, chemical ecology, plant-insect interactions, evolution
• Academic year of topic announcement: 2025/2026
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Cell Biology (31-151)
• Supervisor: Mgr. Tito Damiani, Ph.D.

Preliminary scope of work

Rostlinná říše představuje jedinečný zdroj biologické a chemické rozmanitosti. Přesto se dosavadní fytochemický výzkum soustředil pouze na několik modelových druhů, zatímco naprostá většina rostlin zůstává z chemického hlediska téměř neprobádaná. Cílem tohoto projektu je tuto skrytou chemickou rozmanitost odhalit, popsat a propojit ji s ekologickými vztahy mezi rostlinami a hmyzem napříč celou rostlinnou říší.
Student(ka) vyhledá skupiny rostlin, které dosud nebyly z chemického hlediska dostatečně prozkoumány. K tomu využije kombinaci fylogenetických dat a automatizovaného vyhledávání ve vědecké literatuře. Vybrané druhy rostlin budou následně sbírány v botanických zahradách a analyzovány pomocí moderních metabolomických metod, které umožní komplexní zmapování jejich specializovaných metabolitů. Získaná data budou zpracována výpočetními nástroji a využita k vytvoření “chemické mapy” rostlinných metabolitů napříč jednotlivými čeleděmi. Spojením této mapy s globálními databázemi výskytu rostlin a hmyzu (např. GBIF) bude možné odhalit souvislosti mezi určitými třídami metabolitů a vzorci asociací rostlin a hmyzu, což umožní formulovat hypotézy o možných koevolučních vztazích. Ve spolupráci s výzkumnou skupinou Chemie společenského hmyzu budou vybrané hypotézy následně ověřeny experimentálně – konkrétně testováním insekticidních či repelentních účinků vybraných rostlinných metabolitů na polyfágní druhy hmyzu.
V průběhu projektu získá student(ka) široký mezioborový přehled a praktické zkušenosti z oblasti analytické a výpočetní chemie, chemické ekologie a evoluční biologie. Doktorský příjem studenta/ky bude z 50% pokryt pracovní smlouvou na ÚOCHB AV ČR, ve výzkumné skupině Biochemie specializovaných rostlinných metabolitů (vedoucí: Tomáš Pluskal).

Preliminary scope of work in English

The Plant Kingdom represents an unparalleled reservoir of biological and chemical diversity. However, phytochemical research has historically focused on a few model species, leaving the vast majority of plants chemically unexplored. This project aims to uncover and characterize this hidden chemical diversity and link it to plant-insect ecological interactions across the Plant Kingdom.
The student will identify chemically-understudied plant lineages by combining phylogenomic datasets with automated mining of scientific literature. Selected plant species will be sampled in botanical gardens and analyzed using advanced metabolomics approaches to comprehensively profile their specialized metabolites. The resulting metabolomics data will be processed using a range of computational tools to generate a chemical map of specialized metabolites across plant lineages. By integrating this map with global plant–insect co-occurrence datasets (e.g., GBIF), the student will identify correlations between specific metabolite classes and patterns of plant–insect associations, generating hypotheses about potential co-evolutionary relationships. In collaboration with the Chemistry of Social Insects research group at IOCB Prague, selected hypotheses will be experimentally tested by measuring the insecticidal or deterrent activity of candidate plant metabolites against polyphagous insects.
Throughout the project, the student will gain interdisciplinary and cutting-edge expertise in analytical/computational chemistry, chemical ecology, and evolutionary biology. The doctoral income of the student will be covered 50% by an employment contract at IOCB Prague, research group Biochemistry of Plant Specialized Metabolites (PI: Tomáš Pluskal).