Cirsium greimleri: a new species of thistle endemic to the Eastern Alps and Dinarides

BUREŠ, Petr, Jakub ŠMERDA, Ester MICHÁLKOVÁ, Petr ŠMARDA, Aleš KNOLL and Martin VAVRINEC. Cirsium greimleri: a new species of thistle endemic to the Eastern Alps and Dinarides. Preslia. Česká botanická společnost, 2018, vol. 90, No 2, p. 105-134. ISSN 0032-7786. Available from: https://dx.doi.org/10.23855/preslia.2018.105.

Basic information

• Original name: Cirsium greimleri: a new species of thistle endemic to the Eastern Alps and Dinarides
• Name in Czech: Cirsium greimleri – nový endemický druh pcháče pro východní Alpy a Dinárské hory
• Authors: BUREŠ, Petr (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution), Jakub ŠMERDA (203 Czech Republic, belonging to the institution), Ester MICHÁLKOVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Petr ŠMARDA (203 Czech Republic, belonging to the institution), Aleš KNOLL (203 Czech Republic) and Martin VAVRINEC (703 Slovakia, belonging to the institution).
• Edition: Preslia, Česká botanická společnost, 2018, 0032-7786.

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Article in a journal
• Field of Study: 10611 Plant sciences, botany
• Country of publisher: Czech Republic
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• WWW: URL
• Impact factor: Impact factor: 3.071
• RIV identification code: RIV/00216224:14310/18:00100937
• Organization unit: Faculty of Science
• Doi: http://dx.doi.org/10.23855/preslia.2018.105
• UT WoS: 000439008500002
• Keywords (in Czech): AFLP; alopatrická speciace; alpské endemity; Asteraceae; Carduoideae; karpatské endemity; Compositae; Cynareae; mezidruhová hybridizace; taxonomie rostlin; polyploidní speciace
• Keywords in English: AFLP; allopatric speciation; Alpine endemics; Asteraceae; Carduoideae; Carpathian endemics; Compositae; Cynareae; interspecific hybridization; plant taxonomy; polyploid speciation
• Tags: International impact, Reviewed

Abstract

The newly described diploid species Cirsium greimleri (2n = 34; 2C = 1929.1±60.6Mbp) belongs to Cirsium sect. Cirsium and is distributed sparsely throughout the Eastern Alps and Dinarides, whereas the closely related tetraploid vicarious species C. waldsteinii (2n = 68; 2C = 3682.3±69.8Mbp) is endemic to the south-eastern Carpathians. The ploidy, genetic and morphological separation of both taxa is confirmed using flow cytometry, AFLP and morphometric analyses of 169 plants from 27 populations covering representatively distribution ranges of the respective species. The species differ in flower colour, with those of C. greimleri ruby red to brownish-purple and those of C. waldsteinii pinkish-purple to purple. The colour difference remains consistent when both species are cultivated together under the same conditions. Differences between the species in the size of the stomata, achenes, corollas, styles and pappus are statistically significant and congruent with differences in the ploidy level. Because both species are gynodioecious (their populations contain female and hermaphrodite plants), the generative features should be compared carefully with respect to gender (e.g. females with females) because the between-gender differences within the same species could be larger than the between-species differences. The basal and median cauline leaves of C. waldsteinii are narrower and more deeply lobed than those of C. greimleri. A slight difference in the flowering period is detected when both species are cultivated together, with C. waldsteinii flowering two weeks earlier than C. greimleri. Both species share ecological/ habitat preferences for subalpine woodland tall-forb vegetation.While C. waldsteinii hybridizes extremely rarely with co-occurring diploid congeners, C. greimleri produce hybrids very often, which increase the risk of its extinction via genetic erosion.

Abstract (in Czech)

Nově popsaný diploidní druh Cirsium greimleri (2n = 34; 2C = 1929,1±60,6 Mbp) patří do typové sekce rodu a vyskytuje se vzácně ve východních Alpách a Dinárských horách, zatímco blízce příbuzný tetraploidní vikariantní druh C. waldsteinii (2n = 68; 2C = 3682,3±69,8 Mbp) je endemitem jižních a východních Karpat. 169 rostlin z 27 populací pokrývajících reprezentativně areály obou druhů bylo analyzováno cytometricky, geneticky (AFLP) a morfometricky. Všechny tyto analýzy prokázaly jasnou separaci obou taxonů. Druhy se liší také v barvě květů: rubínově červené až hnědavě nachové u C. greimleri vs. růžově nachové až nachové u C. waldsteinii; tento barevný rozdíl je stabilní i tehdy, pokud jsou oba druhy pěstovány ve stejných podmínkách.Mezidruhový rozdíl ve velikosti průduchů, nažek, korun, čnělek je statisticky signifikantní a v souladu s nárůstem ploidní úrovně. Vzhledem k tomu, že oba druhy jsou gynodioecické (jejich populace obsahují samičí a hermafroditní rostliny), měly by mezidruhové rozdíly ve velikosti generativních znaků být používány k určování pouze tehdy, pokud známe pohlaví determinované rostliny, tj. srovnávat lze jen samice se samicemi, nebo hermafrodity s hermafrodity, protože rozdíly mezi pohlavími uvnitř druhu mohou být větší než rozdíly mezidruhové. Dolní a střední lodyžní listy C. waldsteinii mají užší tvar a jsou hlouběji členěné v laloky než listy C. greimleri. Mírný posun v době kvetení byl zjištěn, když byly oba druhy pěstovány společně na experimentální zahradě v Brně: C. waldsteinii začal kvést o dva týdny dříve než C. greimleri. Tento rozdíl zjištěný v nízké nadmořské výšce (268 m n. m.) je však třeba extrapolovat s opatrností na podmínky přirozeného výskytu obou druhů (800–2000 m n. m.). Oba druhy sdílejí ekologické a stanovištní preference k subalpínské řídké lesní vegetaci s podrostem vysokých, často širokolistých bylin. Genetická struktura jejich populací se však podstatně liší. Zatímco druh C. waldsteinii akumuloval větší variabilitu a více vzácnějších alel vméně separovaných populacích než C. greimleri, u něhož je variabilita uvnitř populací relativně nízká s ohledem na větší mezipopulační rozdíly a také průměrný počet alel na jedince je u tohoto druhu v jeho populacích nižší. Různé rozložení genetické variability je pravděpodobně důsledkem toho, že zvýšení ploidie zpomaluje působení genetického driftu a zároveň zefektivňuje genetickou homogenizaci populací vlivemmezipopulační migrace u C. waldsteinii. Nesmíme však zapomínat ani na to, že populace C. greimleri prošly v Alpách pravděpodobně dramatičtějším pleistocenním vývojem, než který prodělaly populace C. waldsteinii v Karpatech, což mohlo genetickou diferenciaci C. greimleri ještě prohloubit. Zatímco tetraploidní C. waldsteinii hybridizuje extrémně vzácně se společně se vyskytujícími Bureš et al.: Anewspecies of Cirsium 129 diploidními pcháči, C. greimleri hybridizuje naopak velmi ochotně. Rozdílná intenzita genového toku z jiných druhů může dále umocňovat genetické rozdíly mezi populacemi C. greimleri, ale i zvyšovat riziko jeho vymření následkem genetické koroze.

Links

• GA14-30313S, research and development project: Name: Vliv prostředí na evoluci genomové architektury rostlin v lokálním a regionálním měřítku

Investor: Czech Science Foundation

• GB14-36079G, research and development project: Name: Centrum analýzy a syntézy rostlinné diverzity (PLADIAS) (Acronym: PLADIAS)

Investor: Czech Science Foundation