Ecological and evolutionary consequences of edaphic differentiation in plant polyploid systems

Abstract

The thesis deals with evolutionary and ecological consequences of edaphic speciation (adaptation to different soil types) and genome duplication (polyploidization), acting in concert. Using a wide range of ecological, karyological and molecular approaches, several hypotheses of general importance have been examined in three model angiosperm systems (ploidy variable species or species aggregates occurring both on and off specific substrates, including serpentines and calcareous soils). In the Knautia arvensis group (Caprifoliaceae) a unique cryptic diploid lineage in central Europe was identified to be restricted to serpentine and limestone outcrops, which served as refugia during environmental changes (forest spread, human impact) in the Holocene. These refugial populations exhibited strong evolutionary potential because they were able to polyploidize and escape beyond the borders of their original edaphically-conditioned refugia owing to hybridization with surrounding widespread homoploid genotypes. Survival of both Knautia cytotypes on serpentine soils was facilitated by their high tolerance to chemical stress factors such as high Ni concentrations and low Ca/Mg ratios. In the Galium pusillum group (Rubiaceae), a striking cytological, ecological, and taxonomic, diversity was revealed in northern and...

Předkládaná práce se zabývá evolučně ekologickými důsledky souhry mezi procesy edafické specializace a genomové duplikace (polyploidizace). Obecné hypotézy byly testovány pomocí širokého spektra ekologických, karyologických a molekulárních metod na třech modelových systémech krytosemenných rostlin (ploidně variabilní druhy nebo druhové komplexy vyskytující se na běžných i edaficky zvláštních substrátech jako hadce a vápence). V případě Knautia arvensis agg. (Caprifoliaceae) se podařilo detekovat ve střední Evropě zvláštní kryptickou diploidní skupinu vázanou na hadcové a vápencové výchozy, které zřejmě sloužily jako její refugia v průběhu dramatických změn v Holocénu (šíření lesa, člověkem podmíněné změny krajiny). Tyto refugiální populace navíc vykazovaly silný evoluční potenciál jak dokládá jejich nedávná polyploidizace a únik nového tetraploidního cytotypu za hranice hadcového refugia prostřednictvím hybridizace s okolními populacemi. Přežívání obou cytotypů Knautia na hadcové půdě bylo usnadněno tolerancí k hlavním chemickým stresovým faktorům hadců (vysoká koncentrace niklu a nízký poměr vápníku ku hořčíku). Ve skupině Galium pusillum agg. (Rubiaceae) byla odhalena překvapivě vysoká cytologická, ekologická a taxonomická diverzita v dříve zaledněných oblastech západní a severní Evropy. Hlavními...