VESELÝ, Pavel, Petr ŠMARDA, Petr BUREŠ, Charles, C. STIRTON, Muthama MUASYA, Ladislav MUCINA, Lucie HOROVÁ, Kristýna VESELÁ, Alexandra ŠILEROVÁ, Jakub ŠMERDA and Ondřej KNÁPEK. Environmental pressures on stomatal size may drive plant genome size evolution: evidence from a natural experiment with Cape geophytes. Annals of Botany. Academic Press, 2020, vol. 126, No 2, p. 323-330. ISSN 0305-7364. Available from: https://dx.doi.org/10.1093/aob/mcaa095.
Other formats:   BibTeX LaTeX RIS
Basic information
Original name Environmental pressures on stomatal size may drive plant genome size evolution: evidence from a natural experiment with Cape geophytes
Name in Czech Evoluce velikosti rostlinného genomu může být ovlivněna tlakem prostředí na velikost průduchů: důkazy z přírodního experimentu s kapskými geofyty
Authors VESELÝ, Pavel (203 Czech Republic, belonging to the institution), Petr ŠMARDA (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution), Petr BUREŠ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Charles, C. STIRTON (710 South Africa), Muthama MUASYA (710 South Africa), Ladislav MUCINA (36 Australia), Lucie HOROVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Kristýna VESELÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Alexandra ŠILEROVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Jakub ŠMERDA (203 Czech Republic, belonging to the institution) and Ondřej KNÁPEK (203 Czech Republic, belonging to the institution).
Edition Annals of Botany, Academic Press, 2020, 0305-7364.
Other information
Original language English
Type of outcome Article in a journal
Field of Study 10611 Plant sciences, botany
Country of publisher United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland
Confidentiality degree is not subject to a state or trade secret
WWW URL
Impact factor Impact factor: 4.357
RIV identification code RIV/00216224:14310/20:00114412
Organization unit Faculty of Science
Doi http://dx.doi.org/10.1093/aob/mcaa095
UT WoS 000561731700011
Keywords (in Czech) Kapský floristický region; oxid uhličitý; průtoková cytometrie; fosilní rostliny; vývoj velikosti genomu; geofyt; paleoklima; Jižní Afrika; velikost průduchů
Keywords in English Cape Floristic Region; carbon dioxide; flow cytometry; fossil plants; genome size evolution; geophyte; paleoclimate; South Africa; stomatal size
Tags rivok
Tags International impact, Reviewed
Changed by Changed by: Mgr. Marie Šípková, DiS., učo 437722. Changed: 29/4/2021 12:17.
Abstract
Background and Aims: The idea that genome (size) evolution in eukaryotes could be driven by environmental factors is still vigorously debated. In extant plants, genome size correlates positively with stomatal size, leading to the idea that conditions enabling the existence of large stomata in fossil plants also supported growth of their genome size. We test this inductive assumption in drought-adapted, prostrate-leaved Cape (South Africa) geophytes where, compared with their upright-leaved geophytic ancestors, stomata develop in a favourably humid microclimate formed underneath their leaves. Methods: Stomatal parameters (leaf cuticle imprints) and genome size (flow cytometry) were measured in 16 closely related geophytic species pairs from seven plant families. In each pair, representing a different genus, we contrasted a prostrate-leaved species with its upright-leaved phylogenetic relative, the latter whose stomata are exposed to the ambient arid climate. Key Results: Except for one, all prostrate-leaves species had larger stomata, and in 13 of 16 pairs they also had larger genomes than their upright-leaved relatives. Stomatal density and theoretical maximum conductance were less in prostrate-leaved species with small guard cells (<1 pL) but showed no systematic difference in species pairs with larger guard cells (>1 pL). Giant stomata were observed in the prostrate-leaved Satyrium bicorne (89–137 µm long), despite its relatively small genome (2C = 9 Gbp). Conclusions: Our results imply that climate, through selection on stomatal size, might be able to drive genome size evolution in plants. The data support the idea that plants from ‘greenhouse’ geological periods with large stomata might have generally had larger genome sizes when compared with extant plants, though this might not have been solely due to higher atmospheric CO2 in these periods but could also have been due to humid conditions prevailing at fossil deposit sites.
Abstract (in Czech)
Dosavadní stav a cíle: Myšlenka, že evoluce velikosti genomu u eukaryot může být ovlivňována faktory prostředí, je stále intenzivně diskutována. U dnešních rostlin koreluje velikost genomu pozitivně s velikostí průduchů, což vede k myšlence, že podmínky umožňující existenci velkých průduchů u fosilních rostlin také podporovaly růst jejich velikosti genomu. Testujeme tento induktivní předpoklad u geofytů s přitisklými v Kapsku (Jižní Afrika), kde se ve srovnání s jejich geofytickými předky se vzpřímenými listy vyvíjejí stomata v příznivě vlhkém mikroklimatu vytvořeném pod jejich listy. Metody: Stomatální parametry (otisky kutikuly listů) a velikost genomu (průtoková cytometrie) byly měřeny u 16 blízce příbuzných párů geofytických druhů ze sedmi rostlinných čeledí. U každého páru, představujícího jiný rod, jsme porovnali druh s listy k zemi přitisklými s jeho fylogenetickým příbuzným s listy vzpřímenými, jehož průduchy jsou vystaveny okolnímu suchému podnebí. Klíčové výsledky: Až na jeden, všechny druhy s přitisklými listy měly větší průduchy a u 13 ze 16 párů měly také větší genomy než jejich příbuzní se vzpřímenými listy. Stomatální hustota a teoretická maximální vodivost byly nižší u druhů s listnatými listy s malými svěracími buňkami (<1 pL), ale nevykazovaly žádný systematický rozdíl v párech druhů s většími svěracími buňkami (> 1 pL). Obří průduchy byly pozorovány u Satyrium bicorne (89–137 µm dlouhé), a to navzdory relativně malému genomu (2C = 9 Gbp). Závěry: Naše výsledky naznačují, že klima prostřednictvím selekce velikosti stomat může být schopné ovlivňovat evoluci velikosti genomu v rostlinách. Data podporují myšlenku, že rostliny ze „skleníkových“ geologických období s velkými průduchy mohly mít obecně větší velikosti genomu ve srovnání s dnešními rostlinami, i když to nemusí být způsobeno pouze vyšším atmosférickým CO2 v těchto obdobích, ale mohlo to být také do vlhkých stanovištních podmínek převládajících na místech fosilizace.
Links
GAP505/11/0881, research and development projectName: Eko-geografická limitace velkých genomů u krytosemenných rostlin: role fosforu (Acronym: FosforGS)
Investor: Czech Science Foundation
GA14-30313S, research and development projectName: Vliv prostředí na evoluci genomové architektury rostlin v lokálním a regionálním měřítku
Investor: Czech Science Foundation
GA19-18545S, research and development projectName: Eko-geografická limitace rostlinných polyploidů: experimentální testování nových hypotéz souvisejících s velikostí buněk
Investor: Czech Science Foundation
PrintDisplayed: 1/5/2024 09:47