• Invazní druhy rostlin a živočichů v novém areálu prospívají v průměru lépe, ale zdaleka to neplatí pro všechny.
• Ohrožení biodiverzity se plně projeví až po několika desetiletích.
• Dopad invazního druhu bolševníku velkolepého na domácí společenstva se mění v čase.
• Ekologické, reprodukční a evoluční důsledky duplikace genomu.
• Nové poznatky o původu pýru prostředního získané pomocí analýzy ribozomálních genů.
• Ekologie horských a arktických ekosystémů.

Invazní druhy rostlin a živočichů v novém areálu prospívají v průměru lépe, ale zdaleka to neplatí pro všechny.

Pro studium biologických invazí a jejich důsledků je klíčový biogeografický přístup. Kvantitativní srovnání invazních druhů rostlin a živočichů v jejich původních a invadovaných areálech ukázalo, že v invadovaném areálu jsou jedinci v průměru větší, plodnější a početnější. Pro zhruba polovinu z 26 rostlinných a 27 živočišných druhů nejsou rozdíly mezi oběma typy areálu průkazné. Některým druhům tudíž k úspěšné invazi postačuje, že se po zavlečení chovají stejně jako v domácím areálu.

Obr. 1 Výsledky metaanalýzy srovnávající projevy 53 invazních druhů rostlin a živočichů v původním a invadovaném areálu. Kladné hodnoty napravo od nulové linie značí větší a plodnější jedince a početnější populace v introdukovaném areálu. Souhrnné výsledky jsou pod tečkovanou čarou (podle Parker et al. 2013).

Parker, J. D. – Torchin, M. E. – Hufbauer, R. A. – Lemoine, N. P. – Alba, C. – Blumenthal, D. M. – Bossdorf, O. – Byers, J. E. – Dunn, A. M. – Heckman, R. W. – Hejda, M. – Jarošík, V. – Kanarek, A. R. –  Martin, L. B. – Perlina, S. E. – Pyšek, P. – Schierenbeck, K. – Schlöder, C. – van Klinken, R. – Vaughn, K. J. – Williams, W. – Wolfe, L. M.: Do invasive species perform better in their new ranges? Ecology. Roč. 94 (2013), s. 985–994.

Simberloff, D. – Martin, J.-L. – Genovesi, P. –  Maris, V. – Wardle, D. A. – Aronson, J. – Courchamp, F. – Galil, B. – García-Berthou, E. – Pascal, M. – Pyšek, P. – Sousa, R. – Tabacchi, E. – Vilà, M.: Impacts of biological invasions: what’s what and the way forward. ­Trends in Ecology and Evolution. Roč. 28 (2013), s. 58–66.

Hulme, P. E. – Pyšek, P. – Jarošík, V. – Pergl, J. – Schaffner, U. – Vilà, M.: Bias and error in current knowledge of plant invasions impacts. Trends in Ecology and Evolution. Roč. 28 (2013), s. 212–218.

Kueffer, C. – Pyšek, P. – Richardson, D. M.: Integrative invasion science: model systems, multi-site studies, focused meta-analysis, and invasion syndromes. New Phytologist. Roč. 200 (2013), s. 615–633.

Jeschke, J. M. – Apaticko, L. G. – Haider, S. – Heger, T. – Lortie, C. J. – Pyšek, P. – Strayer, D. L.: Support for major hypotheses in invasion biology is uneven and declining. Neobiota. Roč. 14 (2012), s. 1–20.

Ohrožení biodiverzity se plně projeví až po několika desetiletích.

Množství vyhynutím ohrožených druhů rostlin a živočichů lze statisticky vysvětlit hodnotami socioekonomických indikátorů intenzity lidského vlivu na přírodu (hustota osídlení, výše HDP, intenzita využívání krajiny). Dnešní ohrožení evropské biodiverzity však lépe popisuje úroveň těchto indikátorů z počátku 20. století, než ze současnosti. Populace reagují na škodlivé faktory se zpožděním, takže důsledky současné činnosti člověka na biodiverzitu se plně projeví až po několika desetiletích.

Obr. 2 Vliv socioekonomických indikátorů z počátku (světle šedě), poloviny (šedě) a konce (černě) 20. století na současný stav evropské rostlinné a živočičné biodiverzity, vyjádřený množstvím ohrožených druhů na národních červených seznamech. PD = populační hustota obyvatelstva, GDP = hrubý domácí produkt na obyvatele, LU = stav krajiny (podle Dullinger et al. 2013).

Dullinger, S. – Essl, F. – Rabitsch, W. – Erb, K.-H. – Gringrich, S. – Haberl, K. – Hülber, K. – Jarošík, V. – Krausmann, F. – Kühn, I. – Pergl, J. – Pyšek, P. – Hulme, P. E.: Europe’s other debt crisis: the long legacy of future extinctions. Proceedings of the National Academy of the United States of America. Roč. 110 (2013), s. 7342–7347.

Dopad invazního druhu bolševníku velkolepého na domácí společenstva se mění v čase.

Stále málo se ví o změně dopadu nepůvodních druhů na domácí společenstva v čase. V případě bolševníku velkolepého druhová diverzita nejvíce poklesla na lokalitách invadovaných po dobu ca 30 let (1), avšak později (2) docházelo k obnově diverzity a složení společenstev, společně s některými půdními vlastnostmi (3). Pozorovaná dynamika je výsledkem akumulace specializovaných půdních patogenů (1). Domácí škůdci (4) tak mohou hrát důležitou roli při spontánní obnově invadovaných společenstev.

Obr. 3 Změna pokryvnosti bolševníku (a) a druhové diverzity (b) s dobou invaze. Čas = 0 označuje neinvadované lokality. Dostál P. et al. 2013. Ecology Letters 16: 1277–1284.

(1) Dostál P. – Müllerová J. – Pyšek P. – Pergl J. & Klinerová T. 2013. The impact of an invasive plant changes over time. Ecology Letters 16: 1277–1284.

(2) Müllerová J. – Pergl J. & Pyšek P. 2013. Remote sensing as a tool for monitoring plant invasions: testing the effects of data resolution and image classification approach on the detection of a model plant species Heracleum mantegazzianum (giant hogweed). International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 25: 55–65.

(3) Jandová K. – Klinerová, T. – Millerová J. – Pyšek P. – Pergl J. – Cajthaml T. & Dostál P. 2014. Long-term impact of Heracleum mantegazzianum invasion on soil chemical and biological characteristics. Soil Biology & Biochemistry 68: 270–278.

(4) Dostál P. – Allan E., Dawson W. – van Kleunen M. – Bartish I. & Fischer M. 2013.Enemy damage of exotic plant species is similar to that of natives and increases with productivity. Journal of Ecology 2013, 101, 388–399

Ekologické, reprodukční a evoluční důsledky duplikace genomu.

Polyploidizace bývá často spojena se změnou funkčních vlastností organismů. Rozdíly mezi diploidy a polyploidy lze např. pozorovat v posunu ekologického optima, což se odráží v geografickém rozšíření jednotlivých cytotypů. Studium ekologických nároků u taxonomicky komplikované skupiny severských svízelů z okruhu Galium pusillum sice nezjistilo nikovou diferenciaci mezi diploidy a jejich tetraploidními příbuznými, avšak duplikace genomu s sebou nesla větší ekologickou toleranci a schopnost osidlovat širší spektrum vegetačních typů (Kolář et al. 2013). Na malé prostorové škále (transekty v územích s rychle se měnícími podmínkami) byly ploidně-specifické ekologické nároky zjištěny u kapského rodu šťavel. Pozorovaná prostorová segregace přispívá k reprodukční izolaci jednotlivých cytotypů a umožňuje jejich dlouhodobé přežívání (Krejčíková et al. 2013). Rozdíly v počtu chromozomových sádek se ukázaly být klíčové pro vysvětlení odlišné četnosti mezi-ploidních kříženců u alpského starčku Jacobaea carniolica (Sonnleitner et al. 2013). Ačkoliv diploidi a hexaploidi se často vyskytují ve smíšených populacích, karyologicky podmíněná inkompatibilita brání vzniku hybridních cytotypů. Vzájemná křížení polyploidních cytotypů (4x, 6x) již byla úspěšnější, což ukazuje na uvolnění reprodukčních bariér v souvislosti s nárůstem stupně ploidie. Dalekosáhlé důsledky polyploidizace byly prokázány v systému orchidej – mykorhizní houby, kdy duplikace genomu hostitelského organismu ovlivnila chování jeho symbionta. Na společných lokalitách byly kořeny diploidních rostlin kolonizovány rozdílnými houbovými symbionty nežli kořeny jejich tetraploidních příbuzných (Těšitelová et al. 2013). Výsledky ukazují na větší provázanost různých trofických stupňů, než se dosud předpokládalo, a indikují, že polyploidie má potenciál modifikovat interakce v terestrických ekosystémech a ovlivňovat např. koexistenci různých organismů. Znalost ploidního stupně je tedy nezbytným předpokladem jakýchkoliv kritických studií pracujících s cytotypově-variabilními skupinami.

Obr. 4 (a) Tři druhy/cytotypy rodu Gymnadenia rostoucí společně na téže lokalitě. Navzdory jejich blízkosti byly kořeny diploidů a polyploidů kolonizovány různými druhy mykorhizních hub. (b) Řez kořenem s mykorhizními strukturami uvnitř buněk (šipky).

Kolář, F. – Lučanová, M. – Vít, P. – Urfus, T. – Chrtek, J. – Fér, T. – Ehrendorfer, F. – Suda, J.: Diversity and endemism in deglaciated areas: ploidy, relative genome size and niche differentiation in the Galium pusillum complex (Rubiaceae) in Northern and Central Europe. Annals of Botany. Roč. 111, č. 6 (2013), s. 1095-1108.

Krejčíková, J. – Sudová, R. – Oberlander, K. – Dreyer, L.L. – Suda, J.: The spatio-ecological segregation of different cytotypes of Oxalis obtusa (Oxalidaceae) in contact zones. South African Journal of Botany. Roč. 88 (2013), s. 62-68.

Sonnleitner, M. – Weis, B. – Flatscher, R. – Escobar García, P. – Suda, J. – Krejčíková, J. – Schneeweiss, G.M. – Winkler, M. – Schönswetter, P. – Hülber, K.: Parental ploidy strongly affects offspring fitness in heteroploid crosses among three cytotypes of autopolyploid Jacobaea carniolica (Asteraceae). PLoS ONE. Roč. 8, č. 11 (2013), e78959.

Těšitelová, T. – Jersáková, J. – Roy, M. – Kubátová, B. – Těšitel, J. – Urfus, T. – Trávníček, P. – Suda, J.: Ploidy-specific symbiotic interactions: divergence of mycorrhizal fungi between cytotypes of the Gymnadenia conopsea group (Orchidaceae). New Phytologist. Roč. 199, č. 4 (2013), s. 1022-1033.

Výsledek vznikl ve spolupráci s katedrou botaniky Přírodovědecké fakulty UK v Praze, Přírodovědeckou fakultou Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, Biotechnologickým centrem Zemědělské fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a zahraničními institucemi.

Nové poznatky o původu pýru prostředního získané pomocí analýzy ribozomálních genů.

Pýr prostřední (Thinopyrum intermedium) je významný druh tribu Triticeae. Disponuje celou řadou žádoucích, geneticky podmíněných vlastností, a proto bývá hojně využíván šlechtiteli ke zlepšování geneticky podmíněných vlastností pšenice. Pýr prostřední vznikl dávnou hybridizací tří různých druhů trav z tribu Triticeae; genom pýru prostředního je proto složený ze tří různých odlišitelných subgenomů. Navzdory tomu, že se jedná o z praktického hlediska významný druh, jeho původ, tj. identita jednotlivých subgenomů, zůstával dlouho nevyjasněn. Analýza genomu pýru prostředního pomocí sekvencí markerů 45S a 5S ribozomální DNA přinesla zajímavé poznatky. Za prvé, ukázalo se, že evoluce těchto dvou genových rodin probíhala u tohoto druhu odlišným způsobem. Genová rodina 45S se vyvíjela převážně v souladu s tzv. koncertovanou evolucí, kdy sekvence většiny lokusů 45S ribozomální DNA, pocházející od již zmíněných třech předků, byly homogenizovány v jeden víceméně majoritní typ sekvence. Naproti tomu, 5S lokusy nepodléhaly téměř žádné homogenizaci a v rámci těchto lokusů byly udržovány sekvence odpovídající donorům všech třech různých subgenomů. Převážně díky tomuto jevu bylo možné identifikovat původ jednotlivých subgenomů a tím i původ tohoto polyploidního druhu. Je pravděpodobné, že donory jednotlivých subgenomů byly pseudoroegneria (Pseudoroegneria), kosmáč (Dasypyrum) a mnohoštět (Aegilops). Zejména fakt, že pýr prostřední obsahuje jeden subgenom mnohoštětu, je velmi významným poznatkem pro šlechtitele, zabývající se tímto okruhem druhů. Mnohoštěty se zásadní měrou podílely i na vzniku pšenice seté, jejíž dva subgenomy ze tří pocházejí právě od mnohoštětů. Ukázalo se tak, že pýr prostřední má s pšenicí daleko více společného, než se předpokládalo.

Obr. 5 (A) Genom pýru prostředního obsahuje tři odlišitelné subgenomy, jejichž donory s vysokou pravděpodobností byly Pseudoroegneria, Dasypyrum a Aegilops. (B) Přes podobnou architekturu ribozomálních genových rodin, kdy se lokusy 45S a 5S nachází na všech třech subgenomech, evoluce těchto dvou ribozomálních rodin probíhala podle odlišných evolučních modelů.

Mahelka V., Kopecký D., Baum B. R. (2013): Contrasting patterns of evolution of 45S and 5S rDNA families uncover new aspects in the genome constitution of the agronomically important grass Thinopyrum intermedium (Triticeae). Molecular Biology and Evolution 30: 2065–2086.

Výsledek vznikl ve spolupráci s institucemi: Centrum regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum, Olomouc, Ústav experimentální botaniky AV ČR, v.v.i., Olomouc a Agriculture and Agri-Food Canada, Ottawa, Ontario, Canada

Ekologie horských a arktických ekosystémů.

Vysokohorské a arktické ekosystémy se vyznačují oteplováním klimatu, především úbytkem sněhových srážek a zvyšováním letních teplot (1). To vede k odtávání ledovců a následnému osidlování půdy mikrobiálními společenstvy fixující atmosferický dusík (2), k postupnému zvyšování diverzity cévnatých rostlin (3) a změnám fenologie (1). Uchycování cévnatých rostlin během primární sukcese není náhodné, ale je do značné míry dáno vlastnostmi druhů. Mezi významné vlastnosti patří stavba a struktura podzemních orgánů. Například většina pionýrských druhů na odledněných substrátech Svalbardu má kulovitý kořen který zajištuje ukotvení v nestabilním substrátu a tím braní rostlinu před vyvracením v důsledku soliflukce, naopak oddenky jsou zde vzácné (4). Na nedávno odledněných substrátech v západních Himálajích převažují polštářovité pomalu rostoucí dlouhověké byliny, které k přežití nepotřebují asistenci ostatních druhů a oproti obecné představě samy ani neposkytují ochranu pro ostatní druhy (5).

Obr. 6 Monitoring vegetačních změn pomocí frekvenčních čtverců, východní Karakoram, 5300 m.

(1) Klimešová, J. – Doležal, J. – Št’astná, P. 2013. Growth of the alpine herb Rumex alpinus over two decades: effect of climate fluctuations and local conditions. Plant Ecology 214: 1071–1084

(2) Janatková, K. – Řeháková, K. – Doležal, J. – Šimek, M. – Chlumská, Z. – Dvorský, M. – Kopecký, M. 2013. Community structure of soil phototrophs along environmental gradients in arid Himalaya. Environmental Microbiology, 9: 2505–2516.

(3) Doležal, J. – Yakubov, V. – Hara, T 2013. Plant diversity changes and succession along resource availability and disturbance gradients in Kamchatka. Plant Ecology 214: 477–488.

(4) Klimešová, J. – Doležal, J. – Prach, K. – Košnar J. (2012). Clonal growth forms in Arctic plants and their habitat preferences: a study from Petuniabukta, Spitsbergen. Polish polar Research 33: 421–442.

(5) Dvorský, M. – Doležal, J. – Kopecký, M. – Chlumská, Z. – Janatková, K. – de Bello, F. – Řeháková, K. 2013. Testing the Stress-Gradient Hypothesis at the Roof of the World: Effects of the Cushion Plant Thylacospermum caespitosum on Species Assemblages. PLoS ONE 8(1): e53514.