Mikroevoluce u polyploidů - co nám řekne průtoková cytometrie J a n S u d a

P o l y p l o i d i e Polyploidie  zmnožení chromozómových sad  násobek čísla x  auto x allopolyploidie  výhody polyploidů  polytopní vznik  nejčastěji neredukované gamety 1 z 40

R e k o r d y Haplopappus gracilis 2n = 4 Ophioglossum reticulatum 2n = 96x = 1440 Sedum suaveolens 2n = 80x = 640 Voaniola gerardii - 2n = 50x = 596 Viola modesta 2n = 4 2 z 40

R e k o r d y Somatická polyploidie  endopolyploidie  Scilla, Beta (70-80 % buněk)  často u malých genomů, zásobních pletiv antipody Triticum chromozómy Secale Pisum sativum dělohy - 64 n Scilla bifolia antipody - 1 024 n elaiosom - 4 096 n Phaseolus coccineus suspensor - 8 192 n Arum alpinum endosperm - 24 576 n 3 z 40

R e k o r d y Velikost genomu - pg DNA / Mbp Arabidopsis thaliana C = 0.1 pg Fritillaria assyriaca C = 127.4 pg Genlisea aurea C = 0.06 pg 4 z 40

R e k o r d y 5 z 40

K d e s e v y s k y t u j e ? Často:  Krytosemenné  Kapraďorosty 90 - 95 %  Řasy allopolyploidie, vysocí polyploidi  Mechorosty někdy až 80 % - x = 5-7 jen do 32n či 16n játrovky - 13 %, hlevíky - 2 % 6 z 40

K d e s e v y s k y t u j e ? Vzácně:  Nahosemenné 11 / 240 druhů - většina 4x  Houby Sequoia sempervirens 2n = 6x = 66 7 z 40

P r ů t o k o v á c y t o m e t r i e Izolované částice Optické parametry:  intenzita fluorescence  přímý a boční rozptyl 8 z 40

M e t o d i k a 9 z 40

V ý h o d y  vysoká rychlost  jednoduchá příprava vzorků  nedestruktivnost  analýza mitoticky neaktivních pletiv  detekce smíšených vzorků  nízká cena 10 z 40

V y u ž i t í Protoplasty Jádra Chromozómy  obsah DNA  obsah RNA  obsah proteinů  obsah chlorofylu  obsah alkaloidů  koncentrace Ca2+  buněčný cyklus  syntéza buněčné stěny  velikost  viabilita  sorting Jádra  obsah DNA  obsah RNA  obsah proteinů  struktura chromatinu  buněčný cyklus  poměr AT/GC  velikost  sorting Chromozómy  obsah DNA  centromerický index  poměr AT/GC  velikost sorting 11 z 40

V y u ž i t í v b o t a n i c e Determinace blízce příbuzných taxonů s různou ploidií se stejnou ploidií Determinace hybridů heteroploidní křížení homoploidní křížení Hledání vzácných cytotypů Rozšíření cytotypů na různých prostorových škálách Evoluční dynamika populací s výskytem více cytotypů Detekce aneuploidů Určení pohlaví u dvoudomých rostlin Detekce endopolyploidizace Detekce agmatopolyploidie Určení reprodukčního způsobu Složení genomu u allopolyploidů Poměr AT / GC bází Určení velikosti genomu 12 z 40

N á v a z n o s t i Morfometrika  nalezení diakritických znaků  rozložení morfologické variability uvnitř a mezi populacemi, rozložení variability na geografickém či ekologickém gradientu Molekulární biologie  odhalení evolučních linií (počet vzniků polyploidů)  tok genů mezi cytotypy Ekologie  rozdíly ve stanovištních nárocích jednotlivých cytotypů 13 z 40

R o z l i š e n í p l o i d i í 14 z 40

R o z l i š e n í p l o i d i í Empetrum Anthoxanthum 2x - E. nigrum 4x - E. hermaphroditum Anthoxanthum 2x - A. alpinum 4x - A. odoratum 160 320 480 640 800 250 500 750 1000 2x 4x Relative fluorescence Number of nuclei 15 z 40

V z á c n é c y t o t y p y Vaccinium - 3x Lythrum - 3x Campanula patula - 8x 16 z 40

H e t e r o p l o i d n í k ř í ž e n c i Oxycoccus - 5x Empetrum - 3x Galeobdolon - 3x 17 z 40

G e n e r o v á n í v a r i a b i l i t y Experimentální hybridizace: 6x (fakultativně apomiktický) x 4x (obligátně apomiktický) Hieracium subg. Pilosella Ploidie potomstva: 6x (apomixie) 3x (haploidní partenogenéze) 5x (redukované gamety) 7x (redukovaná + neredukovaná gameta) 8x (neredukovaná + redukovaná gameta) semenáčky semena 18 z 40

Z m ě n y v p l o i d i i 2n Haploidní Polyploidizace partenogenéze n Hieracium subg. Pilosella 19 z 40

M n o h o r o z m ě r n á m o r f o m e t r i k a  objektivní zhodnocení fenotypové variability  druhově a cytotypově specifické znaky  odlišení kryptických taxonů 20 z 40

H o m o p l o i d n í d r u h y Determinace fragmentů, kořenů, ... H. schultesii 2C=7.21 pg G2 H. aurantiacum 2C=7.80 pg Hieracium subg. Pilosella Reynoutria Determinace fragmentů, kořenů, ... 21 z 40

Elytrigia repens x E. intermedia H o m o p l o i d n í k ř í ž e n c i Elytrigia repens x E. intermedia Dryopteris carthusiana x D. dilatata 22 z 40

D i s t r i b u c e c y t o t y p ů Vaccinium uliginosum Empetrum 2x 23 z 40

D i s t r i b u c e c y t o t y p ů * 2x Empetrum Krkonoše 2x + 3x 3x 4x * 100 m Mumlavská hora Jeřábí louka 24 z 40

S y m p a t r i c k ý v ý s k y t  evoluční historie  demografické parametry  reprodukčně izolační mechanismy  vnitro- a mezi-cytové interakce  ekologická diferenciace  funkce ve společenstvech (interakce) 25 z 40

S y m p a t r i c k ý v ý s k y t Častý jev - významný v mikroevoluci Oxycoccus 2x + 4x + 5x + 6x Pimpinella saxifraga 2x + 4x Hieracium echioides 2x + 3x + 4x Častý jev - významný v mikroevoluci Galeobdolon 2x + 3x + 4x Campanula patula 2x + 4x 26 z 40

O h r o ž e n é d r u h y Gymnadenia conopsea - cytotypová variabilita / morfologické vymezení 27 z 40

O h r o ž e n é d r u h y Cerastium alsinifolium - hybridizace se sympatrickým C. arvense 28 z 40

I n v a z n í d r u h y Vaccinium - 3x Lythrum salicaria 29 z 40 2x 3x

I n v a z n í d r u h y Reynoutria 30 z 40

Heuchera grossulariifolia I n t e r a k c e Thompson et al. (1997, 2004) Heuchera grossulariifolia Greya politella Greya piperella Eupithecia misturata 31 z 40

S l o ž e n í g e n o m u Musa 32 z 40

P ř í b u z e n s k é v z t a h y Hieracium subg. Pilosella 33 z 40 2.05 1.98 1.97 1.88 1.73 1.81 1.95 2.02 2.03 2.14 Velikost genomu 4x Hieracium subg. Pilosella 33 z 40

R e p r o d u k č n í z p ů s o b y 34 z 40

R e p r o d u k č n í z p ů s o b y Taraxacum Hypericum sexuál apomikt velká variabilita Hypericum 35 z 40

morfologická variabilita genetická variabilita S t y l p r a c í morfologická variabilita (statistika) reprodukce (experimentální křížení) genetická variabilita (molekulára + isozymy) problém taxon určení ploidie (cytometrie, karyologie) ekologické parametry (terénní měření) geografie (GIS) sběr materiálu (terén) Co se naučíte:  cytometrické techniky (průtoková, image cytometrie)  karyologické postupy  mnohorozměrné statistiky  molekulární techniky  isozymové techniky 36 z 40

V y b a v e n í Katedra botaniky Botanický ústav Průtokový cytometr Partec PA II Image cytometr Olympus Průtokový cytometr Partec CyFlow Průtokový cytometr Partec CyFlow 37 z 40

P r o b í h a j í c í p r á c e Diplomové práce:  K. Seifertová: Nebezpečí introgresivní hybridizace u hadcového endemita Cerastium alsinifolium  J. Rauchová: Karyologická diferenciace zvonků ze skupiny Campanula rotundifolia na různých prostorových škálách  K. Mozolová: Cytogeografie a populační struktura Pimpinella saxifraga  L. Grattová: Morfologická a fytocenologická diferenciace taxonů rodu Empetrum Doktorské práce:  P. Trávníček: Mikroevoluční procesy v sympatrických populacích více cytotypů  P. Vít: Ochranářská genetika jako nástroj k účinné ochraně ohrožených druhů 38 z 40

K a m s e p ř i d a t ? Arenaria serpyllifolia agg. - rozšíření cytotypů - morfologické charakteristiky Hieracium echioides - prostorová struktura cytotypů - demografie - vztahy mezi jedinci - vliv mykorhizní symbiózy Anthoxanthum - prostorová distribuce - intenzita hybridizace - morfologické odlišení 39 z 40

K a m s e p ř i d a t ? Velikost genomu v sukcesi Polygonum aviculare agg. - morfologická diferenciace - stanovištní preference - četnost hybridizace Velikost genomu v sukcesi Interakce cytotypů s dalšími trofickými úrovněmi (opylovači, herbivoři, mykorhiza) Procesy ve smíšených populacích Chenopodium album - cytotypová variabilita - morfologická diferenciace - vztahy mezi diploidy a polyploidy 40 z 40

www.ibot.cas.cz/fcm