Taxonomické oddělení

Vedoucí: Mgr. Zdeněk Kaplan, Ph.D.

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace

Výzkumná témata

Systematika a taxonomie cévnatých rostlin:

  • Studium druhové diverzity České republiky a dalších vybraných regionů světa, revize a syntézy
  • Taxonomické monografie
  • Studium fylogeneze a evoluce
  • Evoluční a ekologické důsledky variability velikosti genomu
  • Reprodukční systémy a mikroevoluce

Systematika, taxonomie a ekologie lišejníků a hub:

  • Diverzita, ekologie a evoluce lišejníků
  • Ochrana lišejníků
  • Taxonomie and systematika askomycetů

Vybrané výsledky z posledních let

1/ Evoluce skupiny Sabulina verna (Caryophyllaceae) v Evropě

V naší studii jsme se zabývali tím, jak se podílí odlišné ekologické podmínky prostředí a zdvojení genomu na evoluci taxonomicky složité arkto-alpínské skupiny druhu Sabulina verna. Její zástupci se během doby poledové rozšířili až do severské tundry, opakovaně kolonizovali horská prostředí a současně přežívali na vhodných dlouhodobě bezlesých stanovištích v nižších polohách; významná je přitom adaptace na různé typy půd včetně toxických substrátů s vysokým obsahem těžkých kovů. S využitím moderních genomických a morfometrických metod jsme zkoumali 111 populací této příbuzenské skupiny. Zjistili jsme, že diploidní zástupci tvoří dvě skupiny: jedna je svým výskytem omezená pouze na Balkánský poloostrov, druhá se vyskytuje napříč celou Evropou. Obě tyto skupiny se pak pravděpodobně podílely na vzniku tetraploidních jedinců vyskytujících se převážně v jižní Evropě a panonské oblasti. Zároveň jsme zjistili, že toxické půdy byly kolonizovány nejméně pětkrát, což poukazuje na složitou interakci mezi geografií, toxickými substráty a zdvojením genomu během evoluce této skupiny.

Spolupracující subjekt: Přírodovědecká fakulta Univerzita Karlova

  • Lipánová V., Nunvářová Kabátová K., Zeisek V., Kolář F. & Chrtek J. 2023: Evolution of the Sabulina verna group (Caryophyllaceae) in Europe: A deep split, followed by secondary contacts, multiple allopolyploidization and colonization of challenging substrates. Molecular Phylogenetics and Evolution 189, 1 – 16, doi: 1016/j.ympev.2023.107940

Sabulina verna subsp. hercynica z bývalé rudné jámy u Blankenrode v Německu

Sabulina verna subsp. hercynica z bývalé rudné jámy u Blankenrode v Německu.

 

2/ Alkobióza – symbióza hub a řas na prahu lichenizace

U mnohých kornatcovitých hub, tedy hub tvořících plodnice ve tvaru krust na povrchu kůry či dřeva, se uvnitř plodnic a pod nimi nacházejí řasy, které často tvoří nápadnou vrstvu, a výsledná anatomická stavba se tak nápadně podobá lišejníkům. Tato symbióza dosud unikala pozornosti biologů. Podrobně jsme ji popsali a zavedli pro ni termín alkobióza. Ukázalo se, že do tohoto vztahu vstupuje široké portfolio druhů hub i řas, které dohromady vytvářejí symbiotické systémy v různých vývojových stádiích, pravděpodobně vedoucích k lichenizaci. V jednom případě jsme dokonce prokázali přenos uhlíku z řasy do houby, což je proces charakteristický právě pro lišejníky.

Spolupracující subjekt: Přírodovědecká fakulta Jihočeské univerzity, České Budějovice; Biologické centrum AV ČR; Fakulta lesnická a dřevařská ČZU v Praze;

  • Vondrák J., Svoboda S., Zíbarová L., Štenclová L., Mareš J., Pouska V., Košnar J. & Kubásek J. 2023: Alcobiosis, an algal‑fungal association on the threshold of lichenisation. Scientific Reports 13, 1–13. doi: 1038/s41598-023-29384-4

Vertikální řez alkobiózou u Lyomyces sambuci. Pozorováno pod UV fluorescencí. Kolonie řas (červené díky autofluorescenci chlorofylu) jsou uvnitř řídkého houbového pletiva pod pokryvem kompaktní tkáně houbové plodnice.

Vertikální řez alkobiózou u Lyomyces sambuci. Pozorováno pod UV fluorescencí. Kolonie řas (červené díky autofluorescenci chlorofylu) jsou uvnitř řídkého houbového pletiva pod pokryvem kompaktní tkáně houbové plodnice.

 

3/ Konsolidace rodu Chloridium: nová klasifikace a interpretace podobných morfotypů v řádech Chaetosphaeriales and Vermiculariopsellales

Naše studie představuje nový metodologický přístup v klasifikaci druhů rodu Chloridium, což je málo prozkoumaná skupina hub, které se vyskytují v půdě a tlejícím dřevu. Naše strategie zahrnuje syntézu molekulárních metod určování druhů, fylogenetických analýz, rekonstrukce předků, testování morfologických hypotéz a globální biogeografické analýzy. Naše výsledky zpochybňují tradiční koncept rodu Chloridium a odhalují, že se nejedná o monofyletickou skupinu, jak se dříve soudilo. Na základě studia více než 100 kmenů jsme nově definovali Chloridium jako monofyletický a polytetický rod rozdělený do osmi sekcí. Naše analýza environmentálních sekvencí ITS naznačuje, že Chloridium je běžnou půdní houbou, významně zastoupenou v environmentálních vzorcích. Prokázali jsme též, že Chloridium se vyznačuje druhově specifickým rozšířením, což je mezi mikroskopickými půdními houbami vzácný jev. Fylogenetická rekonstrukce čtyř lokusů DNA a analýza dalších 71 kmenů poskytly nové poznatky o vztazích mezi Chloridium a morfologicky podobnými houbami. Ty jsou jen vzdáleně příbuzné k Chloridium s. str., byly zařazeny do dvou řádů v rámci třídy Sordariomycetes a představují 11 rodů.

Spolupracující subjekt: Laboratoř genetiky a metabolismu hub, Mikrobiologický ústav Akademie věd ČR, Praha; Ústav klinické biochemie a diagnostiky, Fakultní nemocnice v Hradci Králové, Hradec Králové; Westerdijk Fungal Biodiversity Institute, 3508 AD Utrecht, the Netherlands

  • Réblová M., Hernández-Restrepo M., Sklenář F., Nekvindová J., Réblová K. & Kolařík M. 2022: Consolidation of Chloridium: new classification into eight sections with 37 species and reinstatement of the genera Gongromeriza and Psilobotrys. Studies in Mycology 103, 87–212, doi: 3114/sim.2022.103.04

Variabilita kolonií druhů rodu Chloridium.

Variabilita kolonií druhů rodu Chloridium.

 

4/ Celosvětová biosystematická studie evoluce, diverzity a hybridizace v rodu Stuckenia

Vodní rostliny často mají rozsáhlé areály rozšíření, a to i na více kontinentech. Jejich taxonomické hodnocení je však velmi obtížné v důsledku redukované stavby těla a vysoké fenotypové plasticity. Kombinací několika molekulárních markerů jsme analyzovali dosud největší soubor vzorků z celého světa k získání unikátních dat o evoluci, diverzitě, genetické variabilitě, fertilitě a hybridizaci v rodu Stuckenia. V rámci této rozsáhlé studie se nám podařilo vyjasnit vymezení druhů, popsat vnitrodruhovou variabilitu a její geografickou strukturu a identifikovat velké množství vnitro- i mezidruhových hybridů. Ukázali jsme, že genetická vzdálenost ne vždy koreluje s biologickou diferenciací druhů, že hybridizace byla při interpretaci diverzity podceňována a že databáze sekvencí DNA jsou kontaminovány velkým množstvím chyb. Kromě sekvenčních dat jsme pro výsledné evoluční a taxonomické interpretace využili i pozorování rozsahu fenotypové plasticity a míry fertility v kultivačních experimentech. Naše studie je příkladem moderního komplementárního přístupu, který pro spolehlivé taxonomické závěry kombinuje poznatky z morfologie, chorologie, cytologie, reprodukční biologie a genetiky.

  • Fehrer J., Nagy Nejedlá M., Hellquist C. B., Bobrov A. A. & Kaplan Z. Evolutionary history and patterns of geographical variation, fertility, and hybridization in Stuckenia (Potamogetonaceae). Front. Pl. Sci. 2022, 13: 1042517, doi: 10.3389/fpls.2022.1042517

Fylogenetická analýza zobrazující evoluční vztahy mezi druhy rodu Stuckenia
Fylogenetická analýza zobrazující evoluční vztahy mezi druhy rodu Stuckenia a geografickou strukturu vnitrodruhové variability.

 

5/ Nová klasifikace, taxonomická stabilita a biogeografie vybraných mikroskopických hub

Naše polyfázová studie představuje nový, komplexní pohled na systematiku a biogeografii polyfyletického rodu Codinaea a příbuzných taxonů. Zavedli jsme nový rodový koncept a definovali rod Codinaea jako monofyletický a polytetický rod, který zahrnuje čtyři morfotypy, jež přispívají k jeho morfologické komplexnosti. Rekonstrukce předků ukázala, že evoluce některých znaků je korelovaná a že tyto znaky dosud používané k vymezení rodů se vyskytují u druhů patřících do stejného rodu. Definovali jsme pět fylogenetických linií hub podobných rodu Codinaea, které jsme popsali jako nové rody pro vědu. K usnadnění identifikace na úrovni druhů byly úspěšně použity duální DNA „barkódy“. Codinaea a její segregáty osídlují rozkládající se rostlinnou hmotu, zřídka se vyskytují jako endofyti nebo patogeny rostlin. Hloubková analýza environmentálních sekvencí ITS ukázala, že se tyto houby běžně vyskytují v půdě a že většina druhů je rozšířena buď v Holarktické říši nebo v tropických zeměpisných oblastech. Ancestrální klimatickou zónou byl mírný pás, po kterém následovaly migrace do tropů.

  • Réblová M., Kolařík M., Nekvindová J., Réblová K., Sklenář F., Miller A. N., Hernández-Restrepo M. Phylogenetic Reassessment, Taxonomy, and Biogeography of Codinaea and Similar Fungi. Journal of Fungi 2021, 7: 1097. doi:10.3390/jof7121097

Morfotypy Codinaea a podobných rodů se setulátními konidiemi.

Morfotypy Codinaea a podobných rodů se setulátními konidiemi. Konidie a pigmenty vytvořené in vitro jsou zobrazeny ve střední (bílé) části kruhu. Uspořádání konidioforů se setami, pokud jsou přítomny, spolu s morfologií konidiogenních buněk a znaky kolonií u jednotlivých rodů jsou zobrazeny ve vnější (šedé) části kruhu. Pigmenty rozptýlené v MLA a OA jsou znázorněny příslušnými barvami a obrazy kolonií; pokud se žádný pigment netvoří, je místo uprostřed prázdné; n/a znamená, že tato informace není k dispozici.

 

6/ Jak se projevuje (ne)paralelní hadcová adaptace a jaká je její genetická podstata?

Paralelní evoluce je v přírodě běžná a poskytuje jeden z nejpřesvědčivějších příkladů rychlé adaptace. Existuje řada studií zabývajících se genetickou podstatou paralelní evoluce, ale studie spojující studium paralelismu na úrovni genetické a fenotypové jsou vzácné. Toxické hadcové půdy, typické přirozeným zvýšeným obsahem těžkých kovů a hořčíku, poskytují ideální systém pro studium rychlé paralelní adaptace. V naší studii jsme ukázali nezávislou adaptaci u tří hadcových populací Arabidopsis arenosa pomocí kultivačního experimentu s hadcovými a nehadcovými půdami. Zjistili jsme všudypřítomný fenotypový paralelismus, například v příjmu iontů těžkých kovů. Genomický paralelismus na úrovni genů byl významný, i když relativně malý. Oproti tomu paralelismus na úrovni biologických funkcí byl vyšší, to může ukazovat na výběr různých genů v podobných funkčních drahách, které však vedou ke stejnému fenotypu.

  • Konečná V., Šustr M., Požárová D., Čertner M., Krejčová A., Tylová E. & Kolář F. Genomic basis and phenotypic manifestation of (non-) parallel serpentine adaptation in Arabidopsis arenosa. Evolution 2022, 76: 2315–2331, doi:1111/evo.14593

Adaptace na hadcové půdy po 4 měsících kultivace.
Ilustrativní fotografie ukazující  (barevné body značí původ rostlin – fialové nehadcové rostliny, zelené hadcové rostliny). Sloupce tvoří populační páry. Fotografie V. Konečná.

 

7/ Genetický pohled na přizpůsobení rostlin toxickým půdám

Ukázali jsme, že zdvojení genomu poskytuje zásobárnu genetických variant pro evoluci. Zjistili jsme, že Arabidopsis arenosa opakovaně kolonizoval hadcové půdy typické vysokým obsahem těžkých kovů a hořčíku, které jsou toxické pro většinu rostlin. Nalezli jsme 61 selektovaných genů, jejichž výhodné varianty byly většinou společného původu. Zároveň jsme jako první doložili i vznik nových potenciálně funkčních mutací u polyploidů a ukázali tak jejich velkou evoluční flexibilitu.

  • Konečná V., Bray S., Vlček J., Bohutínská M., Požárová D., Choudhury R. R., Bollmann-Giolai A., Flis P., Salt D. E., Parisod C., Yant L. & Kolář F. 2021: Parallel adaptation in autopolyploid Arabidopsis arenosa is dominated by repeated recruitment of shared alleles. Nature Communications 12, 1 – 13. doi:10.1038/s41467-021-25256-5

Modelový druh Arabidopsis arenosa na hadcové lokalitě v Rakousku. Foto D. Požárová

Modelový druh Arabidopsis arenosa na hadcové lokalitě v Rakousku. Foto D. Požárová

 

8/ Genomická podstata opakované evoluce závisí na příbuznosti mezi huseníčky a jejich příbuznými

Je evoluce předvídatelná? Tato otázka zajímá evoluční biology i vědce bojující s vývojem rezistencí k antibiotikům či pesticidům a představovala také klíčovou motivaci našeho projektu. V něm jsme se zabývali měrou předvídatelnosti evoluce na příkladu paralelní evoluce, kdy se nepříbuzné linie organismů nezávisle přizpůsobují stejným výzvám měnícího se prostředí. Pomocí rozsáhlých analýz stovek genomů jsme jako první ukázali, že se tyto druhy na genetické úrovni přizpůsobují tím předvídatelněji (pomocí podobnějších genů), čím jsou si příbuznější. To je proto, že příbuznější druhy mezi sebou sdílejí výhodné varianty genu, kdežto druhy vzdálené se musí opakovaně přizpůsobit pomocí vzácně nově vzniklých variant.

  • Bohutínská M., Vlček J., Yair S., Laenen B., Konečná V., Fracassetti M., Slotte T. & Kolář F. 2021: Genomic basis of parallel adaptation varies with divergence in Arabidopsis and its relatives. Proceedings of The National Academy of Sciences of The United States of America 118, 1 – 10. doi:10.1073/pnas.2022713118

   Opakovaně vzniklé horské formy huseníčku Arabidopsis arenosa (horní řada) a jejich nížinní předchůdci (dolní řada).

Opakovaně vzniklé horské formy huseníčku Arabidopsis arenosa (horní řada) a jejich nížinní předchůdci (dolní řada).

 

9/ Morfologie neodráží genetickou variabilitu v okruhu Urtica dioica (Urticaceae)

Urtica dioica agg. je modelový příklad polyploidního komplexu s diploidními taxony vázanými na lidskou činností málo ovlivněná, někdy reliktní stanoviště, a široce rozšířenými invazními tetraploidy s doposud neznámou evoluční historií, osídlujícími širokou škálu zejména synantropních stanovišť. Morfometrické analýzy ukázaly, že diploidi tvoří víceméně oddělené skupiny odpovídající rozlišovaným subspeciím, molekulárně-genetické analýzy ale žádnou strukturu neprokázaly. Tetraploidní rostliny byly součástí shluku diploidních rostlin jak v morfologických, tak i v molekulárně-genetických analýzách, s výjimkou oddělených rostlin z jihozápadní Asie. Malá genetická diferenciace a rozdílné výsledky morfologických a molekulárně-genetických analýz mohou být způsobeny lokálními adaptacemi diploidních rostlin promítnutými do jejich fenotypu, relativně nedávnou diferenciací a/nebo křížením jak v rámci jedné ploidie, tak i mezi ploidiemi.

  • Rejlová L., Böhmová A., Chumová Z., Hořčicová Š., Josefiová J., Schmidt P.-A., Trávníček P., Urfus T., Vít P. & Chrtek J. 2021: Disparity between morphology and genetics in Urtica dioica (Urticaceae). Botanical Journal of the Linnean Society 195, 606 – 621. doi:10.1093/botlinnean/boaa076

Diploidní Urtica dioica subsp. kurdistanica: (A) horní část rostliny, (B) přírodní stanoviště v turecké jižní Anatolii, (C) střední část lodyhy (foto T. Urfus).

Diploidní Urtica dioica subsp. kurdistanica: (A) horní část rostliny, (B) přírodní stanoviště v turecké jižní Anatolii, (C) střední část lodyhy (foto T. Urfus).

 

10/ Zkoumání rodových hranic u Chaetosphaeriaceae

Na základě polyfázového přístupu předkládáme nový, komplexní pohled na systematiku a taxonomii několika rodů mikroskopických hub, konkrétně Catenularia, Dictyochaeta, Menisporopsis a Zanclospora. Tyto rody jsou spojeny se značnou variabilitou nepohlavních morfologických znaků, což vedlo k jejich širokému vymezení. Na druhé straně jsou jejich pohlavní znaky jednotné, což vede ke spekulacím, zda rozsáhlá morfologická plasticita nepohlavních stádií může souviset s jejich ekologií. Díky integraci molekulárních, RNA strukturních, morfologických a biogeografických dat bylo možné vyřešit a objasnit koncepty několika rodů, které byly vyhodnoceny jako polyfyletické. Duální „DNA barkoding“ pomocí genů ITS a tef1-α, spolu s genem tub2, usnadnil přesnou identifikaci zástupců těchto rodů. Geografické rozšíření získané z nekultivačních dat pomocí databáze GlobalFungi bylo v souladu s literárními a terénními údaji a významně rozšířilo naše znalosti. Naše studie jsou součástí dlouhodobého projektu, které vede k racionální klasifikaci chaetosphaeriálních rodů založené na fylogenezi, s cílem najít odpovědi týkající se hodnoty morfologických znaků tradičně používaných k vymezení mikroskopických hub.

  • Réblová M., Nekvindová J., Kolařík M. & Hernández-Restrepo M. 2021: Delimitation and phylogeny of Dictyochaeta, and introduction of Achrochaeta and Tubulicolla, genera nova. Mycologia 113, 390 – 433. doi:10.1080/00275514.2020.1822095
  • Réblová M., Kolařík M., Nekvindová J., Miller A. N. & Hernández-Restrepo, M. 2021: Phylogeny, global biogeography and pleomorphism of Zanclospora. Microorganisms 9, 1 – 61. doi:10.3390/microorganisms9040706
  • Réblová M., Nekvindová J. & Miller A. N. 2021: Phylogeny and taxonomy of Catenularia and similar fungi with catenate conidia. MycoKeys 81, 1 – 44. doi:10.3897/mycokeys.81.67785
  • Réblová M., Nekvindová J. & Hernández-Restrepo M. 2021: Reflections on Menisporopsis, Multiguttulispora and Tainosphaeria using molecular and morphological data. Journal of Fungi 7, 1 – 36. doi:10.3390/jof7060438

Kolonie a jejich variabilita v rámci druhového komplexu Dictyochaeta fuegiana na čtyřech různých médiích a na sterilních stoncích kopřivy dvoudomé.

Kolonie a jejich variabilita v rámci druhového komplexu Dictyochaeta fuegiana na čtyřech různých médiích a na sterilních stoncích kopřivy dvoudomé.

 

11/ Atlas českých lišejníků: Dalib.cz

Začátkem roku 2021 byl spuštěn nový on-line atlas lišejníků České republiky, který je zároveň prvním českým atlasem těchto symbiotických organismů. Portál Dalib.cz vznikl s cílem zpřehlednit a zpřístupnit doposud nashromážděná data o českých lišejnících. Vedle obecné charakteristiky lichenoflóry ČR a aktuálního taxonomického dělení jsou na stránkách k dispozici informace o ekologických preferencích, rozšíření a hojnosti pro každý z více než 1700 taxonů. Součástí je také téměř 2000 fotografií, které lze prohlížet na kartách jednotlivých druhů nebo ve společné fotogalerii. Pro odborníky je užitečným nástrojem i databáze sekundárních metabolitů, které hrají zásadní roli při jejich identifikaci. Na základě 141 tisíc aktuálně dostupných údajů o lišejnících v databázi DaLiBor se generují celkové mapy diverzity i podrobné mapy výskytu jednotlivých druhů. Pro daný taxon je možné zobrazit detaily libovolného záznamu, včetně lokality, data sběru, substrátu a originálního zdroje. Portál by měl sloužit jak široké, tak odborné veřejnosti. Věříme, že bude užitečným nástrojem i pro praktickou ochranu přírody. Informace v atlasu jsou dostupné v českém a anglickém jazyce.

Biodiverzita lišejníků ČR – počet taxonů nalezených ve čtverci o velikosti 11×12 km (zdroj Dalib.cz)

Biodiverzita lišejníků ČR – počet taxonů nalezených ve čtverci o velikosti 11×12 km (zdroj Dalib.cz).

 

12/ Překvapivá druhová rozmanitost na střeše světa: rod pampeliška (Taraxacum) v Ladáku

Ladák je vysokohorské území ležící ve srážkovém stínu hlavního hřebene Himálaje. Podrobný výzkum jeho flóry odhalil, že je druhově téměř dvojnásobně bohatší než se dosud předpokládalo. Monografie modelového rodu pampeliška (Taraxacum) zahrnuje 120 druhů, z nichž 50 bylo nově objeveno a je prvně popsáno. Studie ukázala, že západní část Himálaje představuje jedno z největších světových center diversity rodu, s řadou endemických nebo morfologicky a evolučně velmi izolovaných druhů.

  • Kirschner J., Štěpánek J., Klimeš L., Dvorský M., Brůna J., Macek M. & Kopecký M. 2020. The Taraxacum flora of Ladakh, with notes on the adjacent regions of the West Himalaya. Phytotaxa 457: 1-409. Doi: 10.11646/phytotaxa.457.1.1.


Pampeliška Taraxacum dilutissimum Kirschner & Štěpánek, jeden z nejrozšířenějších, avšak donedávna neznámých druhů Ladáku.

 

13/ Klíč ke květeně České republiky

V důsledku lidských aktivit a změn klimatu se diverzita rostlin České republiky stále mění. Kromě toho přibývají nové poznatky v botanice, především díky využití molekulárních metod a výsledkům taxonomického a floristického výzkumu. Všechny tyto změny jsou zpracovány v novém určovacím klíči, který zároveň slouží jako inventura naší rostlinné diverzity (přes 3700 druhů) a základní příručka pro botaniky, studenty, učitele, ekology a ochranáře. Obdobný terénní manuál má méně než 10 zemí světa.

Spolupracující subjekt: Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity, Přírodovědecká fakulta Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, Přírodovědecká fakulta Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem

  • Kaplan Z., Danihelka J., Chrtek J. jun., Kirschner J., Kubát K., Štech M. & Štěpánek J. (eds). Klíč ke květeně České republiky. Ed. 2. Academia, Praha, 2019, 1168 str.

 

14/ Paralelní horská diferenciace řeřišničníku písečného (Arabidopsis arenosa)

Řeřišničník písečný je rostlina s velmi zajímavým rozšířením. Lze ji nalézt v nížinách, ale i vysoko nad horní hranicí lesa, kde tvoří drobnější alpínský morfotyp. Ten se vyskytuje od Alp přes Tatry až po Fagaraš. Při genetické analýze jsme zjistili, že tyto horské typy vznikly v jednotlivých pohořích nezávisle z místních nížinných populací. Odhalili jsme tak příklad opakované paralelní evoluce, což následně umožnilo studovat, jak působí horské prostředí na vzhled rostlin. Pomocí dvougeneračního kultivačního experimentu v kontrolovaných podmínkách jsme pak odhalili, do jaké míry jsou jednotlivé znaky podmíněny geneticky a do jaké míry se jedná o fenotypovou plasticitu. Opakovaný vznik alpinských populací činí z druhu Arabidopsis arenosa slibný modelový systém pro další studium genomické podstaty adaptace.

  • Knotek A., Konečná V., Wos G., Požárová D., Šrámková G., Bohutínská M., Zeisek V., Marhold K. & Kolář F. Parallel alpine differentiation in Arabidopsis arenosa. Frontiers in Plant Science 2020, 11:561526. doi: 10.3389/fpls.2020.561526

 Alpine morphotype of Arabidospsi arenosa from four mountain ranges: (A) Niedere Tauern, (B) Vysoké Tatry, (C) Rodna, (D) Făgăraș
Alpínský morfotyp řeřišničníku písečného ze čtyř pohoří: (A) Nízké Taury, (B) Vysoké Tatry, (C) Rodna, (D) Fagaraš.

 

15/ Evoluční vztahy mezi zástupci vodních rostlin z rodu hvězdoš (Callitriche)

Vodní rostliny představují skupinu unikátně adaptovaných organismů, které však v současné systematické botanice není věnována odpovídající pozornost. Navíc se jedná o determinačně a taxonomicky velmi obtížné skupiny rostlin vzhledem k silné redukci tělní stavby a vysoké míře fenotypové plasticity. Náš výzkum se zaměřil na rekonstrukci fylogenetických vztahů jednoho z nejobávanějších rodů vodních rostlin – hvězdošů (Callitriche). Zjistili jsme, že navzdory velké morfologické podobnosti je valná většina druhů velmi dobře geneticky vymezena. Nejméně u tří druhů hvězdošů jsme prokázali existenci kryptických, tedy dosud nerozeznaných evolučních linií. Další dva druhy jsou pravděpodobně allopolyploidi – vznikly mezidruhovým křížením a následným znásobením počtu chromozomových sad. V rámci rodu jsme taktéž odhalili čtyři mezidruhové hybridy, dva z nich jsme pro vědu nově popsali.

  • Prančl J.,  Fehrer J., Caklová P., Bambasová V., Lučanová M. & Kaplan Z. Intricate evolutionary history of Callitriche (Plantaginaceae) taxa elucidated by a combination of DNA sequencing and genome size. Taxon 2020, 69: 1016–1041.

Porost hvězdoše Callitriche obtusangula. Foto J. Prančl
Plovoucí listové růžice hvězdoše Callitriche obtusangula.

 

16/ Nové poznatky o systematice hub z řádů Chaetosphaeriales a Savoryellales

Popis česky: Mikroskopické houby z řádů Chaetosphaeriales a Savoryellales jsou významnou součástí ekosystémů, kde osidlují tlející dřevo a spadané listy. Zaměřili jsme se na tradičně široce pojaté komplexy rodů Bactrodesmium a Chaetosphaeria. Výzkum založený na fylogenetických analýzách, kultivacích a morfologických studiích umožnil vyhodnotit důležité taxonomické znaky a systematické umístění rodů. Po 155 letech od popisu se nám podařilo nalézt a kultivovat B. abruptum, typový druh rodu, což se stalo impulsem pro revizi rodu. Studium ontogeneze nepohlavních výtrusů odhalilo rhexolytickou konidogenezi vykazující až několik různých vzorců. Stabilizovali jsme rodový koncept Bactrodesmium a nepříbuzné druhy převedli do tří nových rodů Aphanodesmium, Gamsomyces a Kaseifertia. Ačkoli je morfologie pohlavních stádií většiny druhů Chaetosphaeria relativně jednotná, jejich nepohlavní stádia vykazují variabilitu a odráží evoluční změny. Výjimkou z této morfologické jednotvárnosti je skupina druhů definovaná unikátní stěnou plodnice a morfologií jehlicovitých výtrusů. Tyto druhy byly nově umístěny do obnoveného rodu Paragaeumannomyces.

  • Réblová M., Nekvindová J., Fournier J. & Miller A. N. Delimitation, new species and teleomorph-anamorph relationships in Codinaea, Dendrophoma, Paragaeumannomyces and Striatosphaeria (Chaetosphaeriaceae). MycoKeys 2020, 74: 17–74.

Coloured fruit bodies of representatives of Paragaeumannomyces and a vertical section of the wall exhibiting a unique three-layered structure.
Barevné plodnice několika druhů rodu Paragaeumannomyces a podélný řez její stěnou, odhalující unikátní strukturu sestávající ze tří vrstev.

 

17/ Důsledky celogenomové duplikace na populační genomiku druhu Arabidopsis arenosa

Druhy zahrnující jak populace se základním počtem chromozomových sad (diploidní), tak i populace s dvojnásobným počtem (tetraploidní) jsou ideálním modelovým systémem pro studium vlivu genomové duplikace (polyploidizace) na evoluci populací. Řeřišničník písečný (Arabidopsis arenosa) je zástupcem předního rostlinného modelového rodu Arabidopsis a ve volné přírodě se vyskytuje běžně jako diploid i tetraploid. Pomocí sekvenace genomů rostlin z celého areálu druhu jsme testovali, jaké jsou rozdíly v genetické struktuře diploidních a tetraploidních populací. Výsledky ukazují, že polyploidní populace sice akumulují více potenciálně škodlivých mutací, zároveň však také hromadí větší množství pozitivně selektovaných variant. Navíc jsou schopny přijímat další variabilitu prostřednictvím genového toku od svých diploidních předků i jiných blízce příbuzných druhů. Polyploidní populace tak mohou fungovat jako univerzální příjemci potenciálně výhodné variability z různých zdrojů, což může přispívat k jejich evolučnímu úspěchu. Tato zjištění jsou unikátní nejen tím, že jde o první studii zabývající se důsledky zdvojení chromosomů na genom u planých druhů, ale i pro jejich uplatnitelnost v zemědělství, protože většina kulturních plodin je polyploidní.

  • Monnahan P., Kolář F., Baduel P.,  Sailer C., Koch J., Horvath R., Laenen B., Schmickl R., Paajanen P., Šrámková G., Bohutínská M., Arnold B., Weisman C. M., Marhold K., Slotte T., Bomblies K. & Yant L. Pervasive population genomic consequences of genome duplication in Arabidopsis arenosa. Nature Ecology & Evolution 2019, 3: 457–468.

 

18/ Pralesy jako horké místo (hot-spot) biodiverzity lišejníků

Druhová rozmanitost lišejníků stoupá se stářím a zachovalostí lesa a podrobně odráží jeho ochranářský potenciál. Biodiverzita nenarušených pralesů je proto vyšší než v okolních lesích. Největší lokální diverzitu lišejníků v evropských lesích jsme zjistili v rozsáhlých pralesích na Kavkazu. Středoevropské (české) pralesy jsou výrazně chudší než ty kavkazské, přesto však mají výrazně vyšší druhovou rozmanitost než okolní kulturní lesy. Tyto rozdíly platí i v porovnání smrkových lesů: pralesy hostí vyšší genetickou i morfologickou diverzitu a rovněž větší množství ekologických specialistů než lesy hospodářské. Tato zjištění dokládají, že staré lesy jsou zásadní pro přežívání vzácných druhů, které zde mají nezřídka své poslední lokality, a zasluhují proto maximální pozornost ochrany přírody.

  • Malíček J., Palice Z., Vondrák J., Kostovčík M., Lenzová V., Hofmeister J. Lichens in old-growth and managed mountain spruce forests in the Czech Republic: assessment of biodiversity, functional traits and bioindicators. Biodiversity and Conservation 2019, 28: 3497–3528.
  • Vondrák J., Urbanavichus G., Palice Z., Malíček J., Urbanavichene I., Kubásek J., Ellis C. The epiphytic lichen biota of Caucasian virgin forests: a comparator for European conservation. – Biodiversity and Conservation 2019, 28: 3257–3276.