2007

Invaze bolševníku velkolepého (Heracleum mantegazzianum) v Evropě

Bolševník velkolepý (Heracleum mantegazzianum), zavlečený z Kavkazu, je jedním z nejobtížnějsích invazních druhů evropské flóry. Od roku 2002, kdy byl zahájen projekt 5. rámcového programu GIANT ALIEN, se autoři zabývají biologickými, ekologickými, genetickými a biogeografickými aspekty invaze toho druhu. V letošním roce byl projekt završen publikací tří článků a monografie, shrnující současné poznatky o invazi bolševníků v Evropě a jejich chování v původním areálu (Pyšek et al. 2007); na ní se autorský kolektiv podílel edičně a přispěl celkem osmi kapitolami. V Evropě se vyskytují tři druhy invazních bolševníků. Díky rozdílné ekologii klíčení a přežívání semenné banky jsou rozšířeny v různých částech kontinentu; u nás roste bolševník velkolepý. V invadovaném areálu byla zjištěna velká genetická variabilita a docházelo k opakovaným introdukcím všech tří druhů do Evropy (Jahodová et al., Diversity & Distributions 2007). Součástí genetických studií bylo zjištění a ověření použitelnosti markerů pro druh Heracleum mantegazzianum (Henry et al. 2007). Jeho invazní schopnost je založena na kombinaci řady vlastností, zejména reprodukčních: velká produkce vysoce klíčivých semen, přetrvávající semenná banka, schopnost samoopylení, rychlý růst, dobré šíření a vysoká regenerační schopnost; v kapitolách monografie jsou tyto vlastnosti podrobně popsány, kvantifikovány a analyzovány. Studie týmu navíc vyvrátily nebo upřesnily některé dlouhodobě tradované představy (Pyšek et al. 2007). Porovnání teoretických simulací populační dynamiky se skutečnými daty z leteckých snímků ukázalo, že zhruba 2,5 % semen se šíří na větší vzdálenost, což zajišťuje dynamické obsazování nových ploch (Nehrbass et al. 2007). Bolševník velkolepý má značnou regenerační schopností; při mechanické kontrole invazních populací hraje proto klíčovou roli načasování zásahu. Pokud je příliš brzký, rostliny regenerují, pokud je proveden pozdě, semena dozrají i po posečení (Pyšek et al., Biological Invasions 2007). Tyto výsledky jsou důležité pro management a kontrolu bolševníku velkolepého v Evropě.

Pyšek, P., Cock, M. J. W., Nentwig, W. & Ravn, H. P. (2007): Ecology and management of Giant Hogweed (Heracleum mantegazzianum). – CAB International, Wallingford, 331 pp.

Jahodová, Š., Trybush, S., Pyšek, P., Wade, M., Karp, A.: Invasive species of Heracleum in Europe: an insight into genetic relationships and invasion history. – Diversity and Distributions 13: 99–114.

Pyšek, P., Krinke, L., Jarošík, V., Perglová, I., Pergl, J., Moravcová, L. (2007): Timing and extent of tissue removal affect reproduction characteristics of an invasive species Heracleum mantegazzianum. – Biological Invasions 9: 335–351.

Nehrbass, N., Winkler, E., Müllerová, J., Pergl, J., Pyšek, P., Perglová, I. (2007): A simulation model of plant invasion: long-distance dispersal determines the pattern of spread. – Biological Invasions 9: 383–395 (2007).

Henry, P., Provan, J., Goudet, J., Guisan, A., Jahodová, Š., Besnard, G. (2008): A set of primers for plastid indels and nuclear microsatellites in the invasive plant Heracleum mantegazzianum (Apiaceae) and their transferability to Heracleum sphondylium. – Molecular Ecology Resources 8: 161–1633.

Jahodová, Š., Fröberg, L., Pyšek, P., Geltman, D., Trybush, S., Karp, A. (2007): Taxonomy, identification, genetic relationships and distribution of large Heracleum species in Europe. – In: Pyšek P. et al. (eds), Ecology and management of giant hogweed (Heracleum mantegazzianum), CAB International, Wallingford, p. 1–19; Pyšek, P., Müllerová, J., Jarošík, V.: Historical dynamics of Heracleum mantegazzianum invasion on regional and local scales. – Ibid., p. 42–54; Perglová, I., Pergl, J., Pyšek, P.: Reproductive ecology of Heracleum mantegazzianum. – Ibid., p. 55–73; Moravcová, L., Pyšek, P., Krinke, L., Pergl, J., Perglová, I., Thompson, K.: Seed germination, dispersal and seed bank in Heracleum mantegazzianum. – Ibid., p. 74–91; Pyšek, P., Perglová, I., Krinke, L., Jarošík, V., Pergl, J., Moravcová, L.: Regeneration ability of Heracleum mantegazzianum and implication for control. – Ibid., p. 112–125; Moravcová, L., Gudžinskas, Z., Pyšek, P., Pergl, J., Perglová, I.: Seed ecology of Heracleum mantegazzianum and H. sosnowskyi, two invasive species with different distributions in Europe. – Ibid., p. 157–169; Pyšek, P., Cock, M. J. W., Nentwig, W., Ravn, H. P.: Master of all traits: Can we successfully fight giant hogweed? – Ibid., p. 297–312.

Diverzita a evoluce rodu Hieracium (čeleď Asteraceae)

Rod jestřábník (Hieracium) patří k těm druhově nejbohatším a nejvíce složitým v evropské květeně. Příčiny tohoto bohatství jsou ve spojitosti s kombinací různých způsobů rozmnožování (sexualita, apomixe, vegetativní šíření), hybridizace a polyploidie. V posledních letech probíhá intenzivní výzkum právě rodů se zastoupením různých rozmnožovacích způsobů a strategií. V roce 2007 byl publikován soubor prací, kde jsou využity nové techniky pro studium jestřábníků. Zásadní význam pro poznání evoluce jestřábníků podrodu Pilosella má dokončení rekonstrukce fylogenetických vztahů pomocí několika molekulárních znaků. Na základě sekvenování vybraných úseků chloroplastové DNA autoři rozlišili 2 skupiny haploidních genotypů (haplotypů), které neodpovídají doposud přijímaným klasifikacím; výsledky sekvenování úseků ITS jaderné DNA jsou naopak ve shodě s morfologií a zřejmě odrážejí skutečnou evoluci (Fehrer et al. 2007a). V roce 2000 bylo publikováno review shrnující poznatky o příčinách variability jestřábníků podrodu Pilosella. Vývoj poznatků v posledních letech byl ale tak rychlý, že tým z Botanického ústavu byl požádán o příspěvek do souborné knihy o apomiktech. Zde jsou shrnuty veškeré poznatky o této skupině rostlin, takže není nutno hledat v originálních pramenech (Fehrer et al. 2007b). V souvislosti s rozvojem metody průtokové cytometrie, která umožňuje stanovit velikost genomu (a tím pak určit i ploidii rostlin) byla zpracována rozsáhlá kolekce rostlin pěstovaných v BÚ. Byly sledovány jak druhy a hybridy z přírody, tak i uměle vzniklé hybridy získané v experimentech. Bylo ukázáno, že ve velikosti genomu jsou v podrodu Pilosella velké mezidruhové rozdíly, které se projevují i u hybridů. Tím může být velikost genomu používána jako doplňkový znak při určování (Suda et al. 2007). V rámci podrodu Hieracium bylo dokončeno taxonomické zpracování horské apomiktické skupiny Hieracium nigrescens v sudetských pohořích a v Západních Karpatech, při kterém autoři využili vedle morfologických a geografických dat i výsledky analýzy isoenzymů, která ukázala vztah mezi rozlišenými enzymovými fenotypy a morfologicky vymezenými typy (Chrtek et al. 2007, Chrtek & Mráz 2007).

Fehrer J., Gemeinholzer B., Chrtek J. Jr & Bräutigam S.: Incongruent plastid and nuclear DNA phylogenies reveal ancient intergeneric hybridization in Pilosella hawkweeds (Hieracium, Cichorieae, Asteraceae). – Molecular Phylogenetics and Evolution 42: 347–361 (2007).

Studium koloběhu sinic, řas a bakterií v údolí ledovce Werenskoilbreen na Špicberkách

V oblasti ledovce Werenskoildbreen byla studována sukcese fototrofních mikroorganismů a bakterií na nově odledněných půdách, v subglaciálních a proglaciálních sedimentech a v mokřadech v okolí ledovce. Hlavní pozornost byla věnována koloběhu buněk mezi jednotlivými biotopy a jejich schopnosti přežívat přenos na nově odledněná území, či do subglaciálních systémů a jak se podílejí na primární kolonizaci půd. Bylo zjištěno, že v subglaciálních půdách se nacházejí životaschopné buňky sinic a řas, které mohou sloužit jako inokulum v počátečních fázích sukcese nově odledněných půd. Významným zdrojem sinic a řas, které jsou nacházeny v subglaciálních systémech jsou kryokonity na povrchu ledovce a mokřady v blízkosti ledovce. Buňky jsou mezi jednotlivými biotopy přenášeny v letních měsících vodou a větrem na podzim.

Dále byla studována sezónní a diurnální dynamika fotosyntetické aktivity sněžné řasy Chlamydomonas nivalis. Cílem výzkumu bylo zjistit jak reaguje tato sněžná řasa na vysoké ozáření, kterému je vystavena na povrchu sněžných polí a jak je přizpůsobena k přežívání za nízkých teplot, které se pohybují okolo 0°C. Bylo zjištěno, že všechny 3 typy buněk, které se vytvářejí během životního cyklu u Chlamydomonas nivalis, jsou fotosyntyeticky aktivní, dokonce i spóry, sloužící k přežívání nepříznivých podmínek. Zároveň byly zaznamenány změny v fotosyntetické aktivitě jak sezonální, tak diurnální. Získaná data jsou významným příspěvkem k pochopení osidlování nově odledněných územích, kterých v současnosti přibývá vlivem globálního oteplování a tento problém se netýká pouze území v Arktidě a Antarktidě, ale i Evropských ledovců. Získané výsledky byly opublikovány ve 3 článcích v odborných časopisech a zároveň bylo předneseno 5 popularizačních přednášek pro veřejnost.

Stibal, M., Elster, J., Šabacká, M., Kaštovská, K.: Seasonal and dial changes in photosynthetic activity of the snow algae Chlamydomonas nivalis (Chlorophyceae) from Svalbard determined by PAM fluorometry. – FEMS Microbioloy Ecology 59: 265–273 (2007).

Průtoková cytometrie rostlin a její využití v biosystematice, ekologii a populační biologii rostlin

Průtoková cytometrie je moderní technika, která umožňuje velice rychlou detekci různých optických parametrů izolovaných částic. Navzdory rozsáhlým možnostem a rutinnímu využívání v biomedicínském výzkumu se aplikace v biologii rostlin začínají objevovat až v posledních desetiletích. Dokladem může být vůbec první knižní monografie vydaná v letošním roce (Doležel et al., 2007). Mezi perspektivní směry cytometrického výzkumu patří především studium příčin a důsledků polyploidizace, variability ve velikosti jaderného genomu a způsobech reprodukce (Kron et al. 2007). Podrobné analýzy ploidní variability ukázaly, že cytotypová diverzifikace v přírodních populacích je často výrazně větší, než se předpokládalo (Suda et al. 2007). Zejména v kombinaci s molekulárními metodami dovoluje cytometrie stanovit centra diverzity a kolonizační historii druhů/cytotypů (Eidesen et al. 2007). Klíčovým předpokladem takových studiích je analýza rozsáhlých populačních vzorků, která by jinými technikami byla jen obtížně proveditelná. Důležitou charakteristikou organismů je množství jejich jaderné DNA. Tento parametr může sloužit k odhalení kryptických druhů (Schönswetter et al. 2007), determinaci taxonů ve skupinách s komplikovanou evoluční historií (Leong-Škorničková et al. 2007) nebo ke stanovení vzájemných příbuzenských vztahů (Suda et al., 2007). Nezbytnou součástí všech cytometrických studií je samozřejmě použití optimální metodiky pro daný rostlinný materiál (Doležel et al., 2007). Získaná data přispějí k lepšímu pochopení biodiverzity v přírodních populacích rostlinných druhů a k poznání procesů, které se na utváření diverzity podílely a stále podílejí.

Doležel, J., Greilhuber, J., Suda, J.: Flow cytometry with plant cells: Analysis of genes, chromosomes and genomes. – Wiley-VCH, Weinheim, 455 pp. (2007).