Role of phenotypic plasticity, genetic and epigenetic differentiation in ecophysiological traits of Festuca rubra L. in response to climate change

Abstract

Understanding the ability of species to respond to climate change is essential for prediction of their future distribution. When migration is not adequate, reaction via phenotypic plasticity and/or genetic/epigenetic adaptation is necessary. The main aim of this study is to determine mechanisms of response to climate change in dominant grass species Festuca rubra. The study used reciprocal transplant experiment with growth chambers simulating different climatic conditions. Original localities in western Norway represent factorially crossed gradients of temperatures and precipitations, thus it was possible to study the effect of temperature and moisture separately as well as combined. In first part of the experiment, plastic responses were separated from genetic differentiation. To do this, plants with different genotypes from original localities were transplanted to growth chambers set to simulating temperature and moisture course in the four extreme localities (wettest and driest combined with warmest and coldest). After five months, ecophysiological photosynthetic-related traits were measured. These traits are important for species ability to adapt and maintain high fitness and thus they are essential for plants function. Specifically, it was net photosynthetic rate (PN), fluorescence of...

Pochopení schopnosti druhů reagovat na změnu klimatu je nezbytné pro předpověď jejich budoucího rozšíření. Pokud migrace není dostačující, je nutná reakce prostřednictvím fenotypové plasticity a/nebo genetické/epigenetické adaptace. Hlavním cílem této práce bylo zjistit, jaké mechanismy využívá v reakci na změnu klimatu dominantní druh Festuca rubra. Bylo zde využito recipročního přesazovacího pokusu s klimaboxy simulujícími různé klimatické podmínky na původních lokalitách v západním Norsku, které disponují faktoriálně zkříženými gradienty teplot a srážek, tedy zde bylo možné studovat vliv teploty a vlhkosti samostatně, ale i kombinovaně. V první části experimentu byla oddělena plastická odpověď od genetické diferenciace tak, že rostliny s různými genotypy z původních lokalit byly přesazeny do klimaboxů nastavených na kombinace teplot a srážek z původních čtyř extrémních lokalit (nejvlhčí a nejsušší kombinované s nejteplejší a nejchladnějšími). Po pěti měsících byly měřeny ekofyziologické znaky, které jsou klíčové pro adaptivitu a fitness a jsou tak zásadní pro fungování rostlin. Mezi měřené znaky patří čistá fotosyntetická rychlost (PN), fluorescence chlorofylu (parametr φP0), osmotický potenciál, denzita průduchů, velikost průduchů a specifická listová plocha (SLA). V druhé části experimentu...