Katedra botaniky Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Má si co říci Odra s Nežárkou? Katedra botaniky Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze 2. 11. 2009

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Obsah 1 Úvod 2 Stuĺık v ČR Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr 3 Příklady odjinud Říční systémy Jiná vodní prostředí 4 Závěrem

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Fylogeografie Ptá se po historii šíření a rozšíření organismů Využívá informaci uloženou v DNA sekvencí DNA Čtení DNA na různě dlouhé úseky kódy (DNA Štípání čárové fingerprinting) Určí se příbuznost mezi jedinci K interpretaci jsou potřeba další informace Klasické otázky souvisí s postglaciální rekolonizací Evropy Různé časoprostorové škály

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Vodní rostliny a říční sít Vodní rostliny jsou v mnohém výjimečné Velmi široké areály Nejasná taxonomie Specifická přizpůsobení Řeky jsou zajímavým modelovým systémem Jednosměrná sít cest Problematika šíření mezi řekami a povodími a proti proudu Specifické selekční tlaky související s pohybem v říční síti Příklady možných otázek Jsou hydrologicky izolovaná území izolovaná i geneticky? Kde je největší genetická variabilita? Relativně málo studíı

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Stuĺık žlutý (Nuphar lutea)

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Otázky 1 Jaká je genetická struktura populací? Kolik je tam klonů? 2 Jak kĺıčivá jsou semena a oddenkové úlomky? Mohou oddenkové úlomky sloužit jako dispersní agens? 3 Liší se geneticky populace stuĺıku žlutého v jednotlivých oblastech (Polabí, Jižní Čechy, Odra, Jižní Morava,... ) ČR? 4 Dochází k transportu diaspor mezi povodími (Odra, Morava, Labe), anebo jsou povodí striktně oddělené? Lze v různých oblastech najít identické (nebo velmi podobné) jedince? 5 Jaký je vztah geografické vzdálenosti mezi jedinci a genetické podobnosti jedinců? Na jakou vzdálenost se stuĺık šíří semeny? Dochází ke genetické izolaci geografickou vzdáleností?

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Lokality 528 vzorků ze 70 populací (489 vzorků a 66 populací z ČR)

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Kĺıčivost semen a oddenkových úlomků Oddenkové úlomky Mohou sloužit k (dálkovému) vegetativnímu šíření Jak dobře rostou? Jak dobře plavou? Ve dně drží velmi pevně... Vyrvány ze dna, skladovány na střeše v plastových bednách Semena Jak jsou semena kĺıčivá? Je semenná banka důležitá? Semena prakticky neplavou, ale plody ano Kĺıčena po 3 roky, zprvu v různých podmínkách

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Mikrosatelitová analýza V každém organizmu jsou desítky až stovky mikrosatelitových markerů Mnohočetné opakování nejčastěji páru nukleotidů, variabilita dána různými délkami... ATATATATATATATATATATATATATATATATATAT...... ATATATATATATATATATATATATATATATATATATAT... Velmi variabilní, rychle mutují Pravděpodobně selekčně neutrální Zde použito 10 párů

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Vyhodnocení dat Analýza molekulární variance (AMOVA) PCoA k zobrazení nehierarchických vztahů mezi jedinci Bayesiánské shlukování Hledá se nejvyšší pravděpodobnost dat za předpokladu platnosti modelu Tzn. hledá se, jaké bude nejpravděpodobnější rozdělení jedinců do daného počtu genetických skupin Vztah genetické a geografické vzdálenosti Na jakou vzdálenost jsou si jedinci ještě významně geneticky podobní?

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Klonalita v rámci populací a mezi populacemi Mezi 528 vzorky ze 70 populací bylo v 11 populacích 15 klonů o velikosti 2 3 jedinců Mezi 6 populacemi bylo 7 klonů Dva páry na Nežárce, 3,3 km Tři a tři páry mezi Labem a Jizerou, cca 120 km, cca 60 km 3 populace, 2 klonální jedinci ve třech populacích Klony jsou velmi malé Populace jsou z malých klonů nebo skupin příbuzných jedinců Klony se rozrůstají jen v určitých vhodných podmínkách Dálkové vegetativní šíření je nevýznamné

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Analýza molekulární variance, ČR Zdroj variability Stupně volnosti % variability Mezi povodími 10 22,21 Mezi pop. v rámci povodí 55 19,4 V rámci populací 912 58,4 Fixační indexy F ST (F-statistika): 0,42 (velmi vysoká izolace) Výsledky pro české i zahraniční vzorky vyšly prakticky stejně p<0,001 Jednotlivé populace, povodí jsou významně odlišné

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr PCoA 3,81 a 2,84 (dohromady 6,65) % pozorované variability

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Bayesiánské shlukování jedinců I

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Bayesiánské shlukování jedinců II

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Vztah geografické vzdálenosti a genetické podobnosti mezi jedinci Jedinci vzdálení přes 100 km už si nejsou významně geneticky podobní

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Klonalita, semena, oddenkové úlomky a šíření stuĺıku U vodních rostlin je vysoká vnitropopulační klonalita a dobrá schopnost klonálního rozmnožování a šíření velmi častá V tomto ohledu je stuĺık spíše výjimkou Klony jsou pravděpodobně důležité jen na malé škále a za vhodných podmínek Oddenkové úlomky dobře plavou i kĺıčí, ale jejich role v šíření je sporná Semena kĺıčí nejlépe 2. rok v přirozených podmínkách, což je u vodních rostlin celkem běžné

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Vztahy mezi populacemi Jednotlivé populace jsou poměrně izolované Populační struktura na vyšší úrovni je nezřetelná Jedinci vzdálení více jak asi 100 km si nejsou významně podobní Mezi Čechami a Moravou jsou významné rozdíly i slabá detekovatelná komunikace Za současné genetické rozrůzňování asi může genetický drift v areálu se stíženou komunikací

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Úvod Metodika Výsledky Diskuze Závěr Shrnutí fylogeografie stuĺıku Klonální rozmnožování je obecně nepříliš významné Dálkové šíření klonů je pravděpodobně velmi vzácné Populace jsou poměrně silně izolované Mezi povodími existují významné rozdíly a slabá komunikace Stuĺık vykazuje silnou genetickou izolaci geografickou vzdáleností Další informace viz Fér and Hroudová (2008) a http://www.natur.cuni.cz/ zeisek/cs/diplomova-pracefylogeografie-sireni-stuliku

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Říční systémy Jiná vodní prostředí Zajímavé fylogeografické studie zabývající se vodními rostlinami

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Říční systémy Jiná vodní prostředí Zevar jednoduchý (Sparganium emersum) Pomocí mikrosatelitů studováno ve dvou řekách v Německu a Nizozemí Míra klonality byla závislá na místních podmínkách Populace, kde převládalo pohlavní rozmnožování byly geneticky propojenější Řeky se hodně lišily, vegetativní šíření je vzácné Pollux et al. (2007) Podobné výsledky přinesly i další studie

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Říční systémy Jiná vodní prostředí Šípatka širolistá (Sagittaria latifolia) v Severní Americe Pomocí PCR-RFLP chloroplastové DNA zkoumána ve východní části USA Vykazuje malou haplotypovou variabilitu, populace jsou hodně homogenní Glaciální refugia pravděpodobně byla na jihovýchodě Dorken and Barrett (2004)

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Říční systémy Jiná vodní prostředí Nezávislá Helmholtzia glaberrima (Philydraceae) Queensland a Nový jižní Wales, Austrálie Zkoumána pomocí AFLP Horské toky, velmi vzácná Genetická diverzita korelovala hlavně s nadmořskou výškou, topologie říční sítě prakticky neměla vliv Prentis and Mather (2008)

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Říční systémy Jiná vodní prostředí Ibišek bahenní (Hibiscus moscheutos) Zkoumán isozymy v ústí řeky Rhode (severovýchod USA) Semena jsou hydrochorní, tok měl velký vliv na charakteristiky příbuznosti čím dále od hlavního toku, tím méně si jedinci byli příbuzní Kudoh and Whigham (1997, 2001)

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Říční systémy Jiná vodní prostředí Bezstrukturní opletník dřípatkovitý (Calystegia soldanella) Zkoumána pomocí AFLP podél atlantského, středomořského a černomořského pobřeží Evropy Naprosto žádná genetická struktura Dlouze kĺıčivá semena dlouho a dobře plavou (dálkový transport) Dlouhověké klony Arafeh and Kadereit (2006)

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Říční systémy Jiná vodní prostředí Vikarizující posidonie mořská (Posidonia oceanica) Jedna z mála mořských cévnatých rostlin Studována mikrosatelity (dříve i méně variabilními markery) Klonální endemit Středozemního moře, omezené šíření Genetické charakteristiky dobře vysvětlitelné vikariancí a geologickou historíı Středozemního moře Arnaud-Haond et al. (2007)

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Říční systémy Jiná vodní prostředí Dvakrát rdest hřebenitý (Potamogeton pectinatus) Pomocí RFLP nenalezli v Evropě a severní Africe shodné haplotypy (řídký sampling) Genetická variabilita rostla se vzdáleností: stepping stone anebo isolation by distance model Zjevný vliv ptačích tahů Mader et al. (1998) Baltské a jezerní populace, mikrosatelity Severní Evropu rekolonizoval před cca 12 000 lety Žádné geografické pattern Baltské populace geneticky méně diferencované, 2,5 větší genový tok Prvopočátek speciace? Nies and Reusch (2005)

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Co z toho všeho plyne...? Máme se stálo hodně co učit... :-) Obecné závěry se dělají jen velmi obtížně Hodně záleží na ekologických vlastnostech druhu a charakteru konkrétního prostředí Zobecňovat lze v rámci skupin podobných druhů Jsou nutné znalosti o geologické historii území a ekologii studovaného druhu

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Děkuji za pozornost...... otázky?

Úvod Stuĺık v ČR Příklady odjinud Závěrem Reference Citovaná literatura Arafeh, R. and Kadereit, J. W. (2006). Long-distance seed dispersal, clone longevity and lack of phylogeographical structure in the European distributional range of the coastal Calystegia soldanella (L.) R. Br.(Convolvulaceae). Journal of Biogeography, 33(8):1461 1469. Arnaud-Haond, S., Migliaccio, M., Diaz-Almela, E., Teixeira, S., van de Vliet, M. S., Alberto, F., Procaccini, G., Duarte, C. M., and Serrāo, E. A. (2007). Vicariance patterns in the Mediterranean Sea: east west cleavage and low dispersal in the endemic seagrass Posidonia oceanica. Journal of Biogeography, 34:963 976. Dorken, M. E. and Barrett, S. C. H. (2004). Chloroplast haplotype variation among monoecious and dioecious popuations of Sagittaria latifolia (Alismataceae) in eastern North America. Molecular Ecology, 13:2699 2707. Fér, T. and Hroudová, Z. (2008). Detecting dispersal of Nuphar lutea in river corridors using microsatellite markers. Freshwater biology, 53(7):1409 1422. Kudoh, H. and Whigham, D. (1997). Microgeographic genetic structure and gene flow in Hibiscus moscheutos (Malvaceae) populations. American Journal of Botany, 84(9):1285 1285. Mader, E., van Vierssen, W., and Schwenk, K. (1998). Clonal diversity in the submerged macrophyte Potamogeton pectinatus L. inferred from nuclear and cytoplasmic variation. Aquatic Botany, 62:147 160. Nies, G. and Reusch, T. B. H. (2005). Evolutionary divergence and possible incipient speciation in post-glacial populations of a cosmopolitan aquatic plant. J. Biol. Evol., 18:19 26. Pollux, B. J. A., De Jong, M., Steegh, A., Verbruggen, E., Van Groenendael, J. M., and Ouborg, N. J. (2007). Reproductive strategy, clonal structure and genetic diversity in popuations of the aquatic macrophyte Sparganium emersum in river systems. Molecular Ecology, 16:313 325. Prentis, P. J. and Mather, P. B. (2008). Fine-scale patterns of genetic variation indicate non-equilibrium gene frequency divergence in the stream lily, Helmholtzia glaberrima. Freshwater Biology, 53(5):973 980.