velikost textu

Local adaptation of the rare herb Aster amellus in fragmented landscape

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Local adaptation of the rare herb Aster amellus in fragmented landscape
Název v češtině:
Lokální adaptace vzácné byliny Aster amellus ve fragmentované krajině
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Jana Raabová, Ph.D.
Školitel:
doc. RNDr. Zuzana Münzbergová, Ph.D.
Oponenti:
Prof. RNDr. Jan Lepš, CSc.
prof. Diethart Matthies, Dr.
Id práce:
112435
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra botaniky (31-120)
Program studia:
Botanika (P1507)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
16. 5. 2008
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
Souhrn Cílem této práce bylo testovat konlaétníhypotézyýkající se stanovištních rozdílů'lokální adaptacea'outbrední deprese ohrožené rostliny suchých trávníků, hvězdnice cblunni (Aster amellus), Kapitola 1 se zabývala stanovištnímirozdL|y mezi diploidními a hexaploidními populacemil. amellus a jejich úlohouv izolaci obou cýoýpů v České republice.Pro futo studii jsem vybrala tři diploidnía šest populací amellus,kterése hexaploidních l. (s lyskýovaly ve dvou ýpech stanovišt' malou a velkou produktivitou).Rozdíly v nice mezi oběma cýoýpy jsem zkoumalapomocíanalýzy stanovištních charakÍeristik a zkšiŽených Potomjsem testovalavliv typu stanoviště, přesazovacichpokusů. ploidní uroÝněa zdiojovépopu|ace úspěšnost na rostlin v pokusech. Lokality diploidnícha hexaploidrrich populacíse signifikantnělišily ve vegetacr , a půdních vlastnostech,avšak stanovištní podmínkyobou cýotypů se takéz velké mírypřeknývaly.Diploidní rostliny kvetly signifikantněvícenežhexaploidní rostliny, což naznačuje rozdi|y mezi oběma cýotypy. Avšak rostliny ze stanovišt's nízkou produktivitou kvet|y také signifikantně vice neŽ rostliny ze stanovišťs vysokou produktivitou. Navíc největši rozdí|y v pÍeživáru, velikosti rostlin a kvetení byly patmémezi jednotlivými populacemi.To ukazuje,žecelková úspěšnost amellus se l. lišilavícemezi jednotlir"ými populaceminežmezi oběmacytotypy. přežívalo lokalitách domácíploidníúrovněnežna lokalitách Více semenáčků na ciá ploidníurovně. Podobněpřesazené rostliny měly delší listy na lokalitrích domácí neŽ cízi ploidní urovně' To namačujerozdíly v nice mezi oběma cýotypy. Nicméně semenáčky dospělérost|iny byly schopné i rust i na lokalitách cizí ploidní urovně. Dá|e přeživán semenáčků dospělých rostlin a procento kvetoucích rostlin byli vyšší i na lokalitrlch domácípopulace nežna lokalitách cizí populace,což indikuje lokilní adaptaci. Protožeoba cýotypy A. amellus se vyskytrrjív oddělených populacích, romiměnost mezi oběma c}'tot}pyv důsledkulokálni adaptacese mohla vy/inout. Následná adaptivrúevoluce s prostředímtak mohla přispět k rozrůměnostidvou cýotypů A. amellus. Tato studie ukazuje, že rozďlnost nik sama o sobě nemůže vysvětlit prostorovouizolaci diploidnícha hexaploidních populaciA. amellus. Kapitola 2 mé|a cíl zkoumatlokální adaptace za diploidníchpopulacíl. anelhts na maléprostorové škále'Lokální adapiaceje možné jednoduchýmpokusem testovat přesazování.Adaptace se prokáže,pokud se přesazeným rostlinám daří zkšiŽeného |épena původnímnež na jiném stanovišti.Proto jsem provedla terénnizkřížený přesazovacípokus s šesti populacemi s použitímsemen i dospělých rostlin. Pro stanovení rozdílů mezi populacemi jsem vybrala geografickou, genetickou a ekologickou vzdálenost. Pro určenígenetickévzdá|enost mezi populacemi jsem použila isozymovémarkery. Pro získáníekologick'ýchvzdálenostímezi lokalitami jsem analyzovala vegetační půdnívlastnosti a potenciálnípřímou slrrneční složení, jakévzdrálenosti radiaci. Potomjsem testovala, meá populaceminejlépe vysvětlímíru lokálníadaptace. Loká|ni adaptacese prokázala vyšším přežíváním semenáčků domácíchnež na na cizích lokalitách. Tento výsledek namačuje, adaptivnírozdi|y mezi populacemi že se mohou vyvinout již na malé prostorové škále mezi lokalitami s malými eko|ogick'ýmirozdíly. Nicméně ne všechny poprr|acebyly adaptovány ke svým místnim podmínkám. To můžebýt způsobenodvěma důvody: (i) jen některé populace mohou bý schopny se adaptovat na lokální podmínky, (ii) lokální adaptace se můževyvinout jen k extrémnímstanovišhrímpodmínkám. Avšak aby bylo moŽnéspolehlivě stanovit, proč jen některépopulace Á' amellus by|y adaptoványna lokální podmínky'by bylo nutné počet studovatvetší populaci. Rozdíly v potenciální příméradiaci (místnímklimatu) a vegetaci obzvláště ovlivnily míru lokální adaptace. Tento ýsledek je logický' protože genetická vzdálenost,lrÍenáje založená neutrá|ních na geno\^ý markerech,reflekfujezejména tok v minulosti a genetickýdrift a neindikujenezbytněadaptivní rozdílymezi populacemi. jen Lokální adaptacebyla prokázrfura v pokusu s ýsevem semena nikoli v pokusu s přesazováním semenje 'vhodnější dospělýchrostlin. To ukazuje,ževysévání metodav ochranářské praxi než přesazování dospělých rostlin' protože lépe zabrání genoýpůmpřed uchycením. neadaptovaným V kapitole 3 jsem zkoumala důsledkymezipopulačního křiženíu A. amellus. Kříženímezi populacemi můževést k zvýšenífitness (heteróze) nebo ke snížení fitness(outbrední Prostorováškála'na jakémohou týo jevy nastat, potomků. deprese) je však málo proá<oumána.Provedla jsem tři typy kříŽení:v rámci poprrlace, mezi populacemiuvnitř regionu a mezi populacemiz rimých regionů. Poté jsem zkoumala zahradě i v terénu. fitness Fl-hybridů v experimentrílní Křížení mezi populacemi vedlo k odlišným ýsledkům v závislosti na vzdiílenosti meá populacemi. KříŽení mezi populacemi z rtwtých regionů vedlo k prodúci semen, zatímcokřížení vyšší mezi populacemi v nímci regionu vedlo k nižší produkci semen nežkřížení rámci populace. Nicméně vliv křížerú rámci populace v v mezi populacemi,cožneindikujeoutbrední se celkově nelišil od vlivu křížení depresi. produkci květů v experimentiílnízabradě, kříženíved|o k vyšší Navíc mezipopu|ační což namačujeheterózi. Úspěšnostrostlin v terénunebyla ovlivněna ýpem křížení' Týo ýsledky ukazuji, Že kříženimezi populacemi ,4. amellus neved|ok bezprostřední outbrednídepresi. Důsledky pro ochranu přírody \ f- Ve své práci jsem nalezla jen malérozdí|y mezi diploidnimi a hexaptoidními populacemi A. amellus. Rostliny obou cýotypů vykazovaly velké rozdíly v rámci jednotliých populacíobou cýoýpů se lišily populacea mezi populacemi'Stanoviště v půdních podmínkách' vegetačnímsložení a místním klimafu. Již takové malé ekologické rozdíly dohromady s omezen;fmgenovým tokem mezi populacemi vedly k evoluci lokálně adaptovaných typů.Nicménělokální adaptace byla nápadnáhlavně ve stádiu uchyceni semenáčků lišila se mezi populacemi. Přesazenédospělérostliny a naopak byly schopnérůstna všechlokalitrích ve studované oblasti a kvéstna většiněz populacemi nevedlo k outbrednídepresi. Proto přenášeni nich. Kříženímezi rum;ýrrni rostlin mezi populacemi na vzdálenost 70 km' které má za ci| zvýšit genetickou proměnlivost, se jeví jako opnávněnýnáshoj ochrany přírody. Tato práce nantačuje, že materiál pro přenášenírostlin by mě| pocházet ne nezbytně z nejbližší populace, ale spíše ekologicky podobnýchstanovišť. z
Abstract v angličtině:
Summary This thesis aimed to test specific hypothesis conceming habitat differentiation, local adaptation and outbreeding depression of the rare herb of dry calcareous grasslands, lsler amellus. Chapter I examined habitat requirements of diploid and hexaploid A. amellus and their role in segregationof the two cýotypes in the Czech Republic. I chose three diploid and six hexaploid populations belonging to two habitat types (with low and high productivity). To test for differences in fundamental niche between the two cýobpes' I analysed habitat characteristics sites occupied by each cýotype and of usedreciprocalhansplantexperiments. Then, I testedthe effectsofhabitat type,ploidy level and populationoforigin on plantperformance the experiments. in Sites of diploid and hexaploid populations differed significantly in vegetation and soil properties but much overlap existed in habitat characteristicsof the two cytotypes. Diploids had overall higher flowering percentage than hexaploids, suggesting differences between the two cytotypes. However, plants frorn sites with low productivity also flowered more than plants from sites with high productivity. Moreover, the largest differences in survival, leaf length and flowering were found among plants from different populations. This suggeststhat overall performance oťl. amellus differs more among individual populations than betweenthe two cýotypes. Seedling survival was higher and transplantedplants had longer leaves at sites of the home ploidy level' suggesting niche differentiation between the two cýotypes. both seedlingsand adult plants were able to grow at sites ofthe fbreign Nevertheless, cýotne. Furtherrnore, seedling survival' survival of adult plants and flowering prcentage were higher at sites of home population than ai foreigr ones, indicating Because the two cýotypes of l. amellus have a patchy distribution local adaptation. the divergence between two cýot.ypes due to local adaptation cou|d evolve' Subsequent adaptive evolution with the environment could therefore contribute to habitatdifferentiationofthe two cýot}Ťes.I concludethatniche differentiationalone carrnotexplain spatial segregationof the two cýotypes of A. amellus. ' Chapter 2 aimed to explore local adaptations diploid A. amellus at the small of spatial scale. I conducted reciprocal transplant experiments in the field with six populations using seeds and adult plants. To determine the differences between populations, I used geographic, genetic and ecological distances. I used isozyme markers to estimate genetic distance between populations. I analysed vegetation composition,soil propertiesand potentialdirect solar inadiation to obtain ecological distances between each pař of sites. Then, I tested which differences explain the degreeof local adaptation. I found evidence of local adaptationin terms of higher seedling survival at home sites than at foreign sites. This Íesult suggests that adaptive population differentiation may arise already at a small spatial scale among isolatedhabitatswith relatively little ecological differentiation. However, not all populationsof,{. amellus adaptedto theiÍ local conditions.This could be due to two reasons:i) only some populationsmay be able to adapt to local conditions or ii) local adaptationmay be limited to the most extremesites. Nevertheless,more populationsshould be examinedto reliably assess why only somepopulationsof A. amellus adapted local conditions. to Differences in local climate and in vegetationcompositionparticularly affected local adaptation.This result is plausible because genetic distance based on neutral markers reflects past gene flow and genetic drift and does not necessarily indicate adaptive divergence between populations. Only sowing seeds provided overall evidence of local adaptation.Therefore, transfer of seeds is a more appropriate techniquethan transferof adult plants in conservationpracticebecauseit more likely prevents non-adaptedgenotypes from establishing. In Chapter 3 I examined consequencesof between-population crosses in ,4. amellus. Crosses between populations may lead either to higher offspring fitness (heterosis) or to reduced offspring fitness (outbreeding depression). The spatial scale, over which these effects may arise' is little investigated.I conductedthree ýpes of crosses: within populations, between populations within regions and between populations&om different regions. Then, I investigatedfitness of Fl-hybrids in the commongardenand in the field. Crossesbetweendifferentpopulationsled to contrastingresultsdependingon the distance between populations. Crosses between populations from different regions resultedin higher seed set, while crossesbetweenpopulationswithin regions resultec in lower seed set than within-population crosses. However, the effects of within- popu|ationcrosses did not sigrriťrcantlydiffer from the effect of between.population crosses in seed set, not indicating outbÍeedingdepression. Moreover, between- population crosses led to higher number of flower heads in common garden than within.population crosses' indicating heterosis. Plant peďormance in the field was not affected by the cross-type. I conclude that outcrossing between populations of l. amellus didnot lead to immediateoutbreedingdepression. Implications for conservation I found only small differences between diploid and hexaploid ,4. amellus. Plants of both cýotypes exhibit large geneticdifferentiation within and berweenpopulations Habitats of isolated populations of both cýotypes differed in soil properties, vegetationcompositionand local climate. Such little ecological differentiationtogether with restrictedgene flow led to evolution of locally adaptedtypes. However, local adaptation was apparent mainly at the stage of seedling establishment and differec betweenpopulations.In conhast, transplantedadult plants were able to grow in all populations in the sfudied area and to flower in most of them. Crosses between different populations did not lead to immediate outbreeding depression. Therefore, translocations individuals betweenpopulationsover the distanceof 70 km aiming at of increasing genetic variation within populations appear as va|id managment option. ] conclude that material for the translocations should come, not necessarily from the closestpopulation,but ratherfrom ecologically similar habitats.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Jana Raabová, Ph.D. 1.12 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Jana Raabová, Ph.D. 1.38 MB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Jana Raabová, Ph.D. 1.31 MB
Stáhnout Posudek oponenta Prof. RNDr. Jan Lepš, CSc. 133 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. Diethart Matthies, Dr. 3.2 MB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 423 kB