velikost textu

Microevolutionary processes in mixed-ploidy populations of plants

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:
Microevolutionary processes in mixed-ploidy populations of plants
Název v češtině:
Mikroevoluční procesy v cytotypově smíšených populacích rostlin
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Martin Hanzl
Školitel:
RNDr. Filip Kolář
Oponenti:
Justin Ramsey
RNDr. Martin Duchoslav, Ph.D.
Id práce:
128435
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra botaniky (31-120)
Program studia:
Botanika (P1507)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
26. 2. 2018
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
koexistence cytotypů, rozrůznění ekologických nik, duplikace genomu, nevýhoda malých čísel, uchycování neopolyploidů, polyploidní speciace
Klíčová slova v angličtině:
cytotype coexistence, ecological niche differentiation, genome doubling, minority cytotype exclusion, neopolyploid establishment, polyploid speciation
Abstrakt:
Abstrakt Polyploidizace (duplikace genomu) je obecně přijímána jako jeden z nejvýznamnějších procesů zodpovědných za evoluční diverzifikaci krytosemenných rostlin. Ke vzniku polyploidů dochází opakovaně a řada rostlinných druhů si udržuje dva či více různých cytotypů v určitých částech svého areálu nebo dokonce ve svých populacích. Cílem této práce bylo využít příhodné metodické postupy a modelové rostliny s unikátními vlastnostmi k cílenému studiu doposud neobjasněných aspektů polyploidní speciace. Rozdíly v monoploidní velikosti genomu mezi cytotypy Tripleurospermum inodorum (Asteraceae) byly unikátní příležitostí ke studiu frekvence vzniku nových polyploidů v přirozených populacích, neboť umožňují snadné odlišení polyploidních mutantů od již etablovaných polyploidů v rutinních cytometrických analýzách. Cytotypový průzkum opakovaný ve smíšených populacích jednoletého druhu T. inodorum byl patrně úplně prvním pokusem zdokumentovat časový vývoj cytotypového složení v přírodních populacích. Navzdory značným meziročním fluktuacím ve frekvenci cytotypů, jak diploidi tak tetraploidi byli schopni v populacích vytrvat po několik následných let. Častý výskyt takových smíšených populací pak, spolu s částečnou fertilitou triploidních hybridů, přispívají ke genovému toku mezi koexistujícími di- a tetraploidy. Unikátní primární kontaktní zóna mezi diploidy a z nich nedávno vzniklými autotetraploidy u Knautia serpentinicola (Caprifoliaceae) umožnila nahlédnout do problematiky přímých fenotypových a ekologických důsledků duplikace genomu. Tetraploidi nejen že dosahovali větších hodnot nadzemní i podzemní biomasy oproti svým diploidním předkům, ale v případě dostatku živin byli zároveň i úspěšnější v tolerování mezidruhové kompetice, což mohlo sehrát klíčovou roli v jejich úspěšném uchycení na lokalitě. Během hodnocení rozdílů v ekologických nárocích a míry jejich vlivu na koexistenci cytotypů jsme u T. inodorum i K. serpentinicola demonstrovali, že nezávislá opakování i srovnání napříč škálami mohou značně zvýšit přesnost ekologických porovnání cytotypů. V kontaktních zónách obou modelových druhů bylo patrné, že na menších prostorových škálách je distribuce cytotypů ovlivněna více neadaptivními procesy (např. nenáhodnost migrace, efekt zakladatele) než ekologickou různorodostí prostředí. Práce byla doplněna rešerší literatury zaměřené na téma vnitrodruhové cytotypové variability, která odhalila překvapivou diverzitu cytotypů a jejich častou koexistenci u většiny excerpovaných druhů. Přestože byla v literatuře navržena celá řada mechanismů přispívajících ke koexistenci cytotypů, jen malá část z nich byla dostatečně empiricky podložena. Ke společnému výskytu různých cytotypů u řady druhů významně přispívá jejich prostorová segregace a převládající nepohlavní rozmnožování.
Abstract v angličtině:
Abstract Polyploidization (whole-genome duplication) is widely considered one of the most important evolutionary forces driving the diversification of flowering plants. Polyploids tend to originate recurrently and many plant species retain individuals of two or more different ploidy levels in certain parts of their distributional range of even within their populations. The main aim of this thesis was to address the understudied aspects of polyploid speciation by employing new, convenient methods and/or studying plant model systems with unique features. Difference in monoploid genome size of Tripleurospermum inodorum (Asteraceae) cytotypes provided a unique opportunity for addressing the rate of spontaneous polyploidization in natural populations by enabling the easy distinction of neopolyploid mutants from long-established polyploids in routine flow-cytometric analyses. Repeated ploidy screening in mixed-ploidy populations of annual T. inodorum have been, to our knowledge, the very first attempt to document temporal changes in cytotype composition in situ. In spite of considerable between- year oscillations in cytotype frequencies, both diploids and tetraploids usually persisted locally for several consecutive years. The common incidence of such ploidy mixtures along with a partial fertility of triploid hybrids then likely result in gene flow between coexisting di- and tetraploids. A new insight into the direct phenotypic and ecological consequences of genome doubling was accomplished in a unique primary contact zone of diploids and their recent autotetraploid derivates in Knautia serpentinicola (Caprifoliaceae). Not only did the tetraploids attain higher values of both aboveground and belowground biomass compared to their diploid progenitors, when provided enough nutrients, they were also more successful in tolerating interspecific competition, which might have been the key to their successful establishment. When evaluating the importance of habitat differentiation for cytotype coexistence in both T. inodorum and K. serpentinicola, we demonstrated that independent replicates and/or across-scale comparisons may significantly improve the performance of ecological niche assessments. In the contact zones of both model species, at regional and finer scales, non-adaptive processes (e.g. non-random migration patterns, the founder effect) were more important determinants of cytotype distribution patterns than environmental heterogeneity. Finally, we reviewed the available literature on intraspecific ploidy variation, highlighting unexpectedly high cytotype diversity and a frequent ploidy coexistence in the cytologically intensely surveyed species. Numerous mechanisms facilitating the ploidy coexistence have been suggested, however, only a few of these were sufficiently explored. The roles of a spatial segregation of cytotypes and asexual reproduction were emphasized in our survey.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Martin Hanzl 16.82 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Martin Hanzl 184 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Martin Hanzl 178 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Martin Hanzl 353 kB
Stáhnout Posudek oponenta Justin Ramsey 409 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Martin Duchoslav, Ph.D. 523 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 157 kB