Taxonomické oddělení

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/ 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.

 

2/ 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.

 

3/ 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.

 

4/ 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.

 

5/ 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.

 

6/ 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.

 

7/ 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.