Pollen viability and natural hybridization of Central European species of Cirsium

BUREŠ, Petr, Petr ŠMARDA, Olga ROTREKLOVÁ, Michal OBERREITER, Michaela BUREŠOVÁ, Jiří KONEČNÝ, Aleš KNOLL, Karel FAJMON and Jakub ŠMERDA. Pollen viability and natural hybridization of Central European species of Cirsium. Preslia. Praha: Česká botanická společnost při AV ČR, 2010, vol. 82, No 4, p. 391-422, 31 pp. ISSN 0032-7786.

Basic information

• Original name: Pollen viability and natural hybridization of Central European species of Cirsium
• Name in Czech: Pylová viabilita a přirozená hybridizace středoevropských pcháčů (Cirsium)
• Authors: BUREŠ, Petr (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution), Petr ŠMARDA (203 Czech Republic, belonging to the institution), Olga ROTREKLOVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Michal OBERREITER (203 Czech Republic, belonging to the institution), Michaela BUREŠOVÁ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Jiří KONEČNÝ (203 Czech Republic), Aleš KNOLL (203 Czech Republic, belonging to the institution), Karel FAJMON (203 Czech Republic, belonging to the institution) and Jakub ŠMERDA (203 Czech Republic, belonging to the institution).
• Edition: Preslia, Praha, Česká botanická společnost při AV ČR, 2010, 0032-7786.

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Article in a journal
• Field of Study: 10600 1.6 Biological sciences
• Country of publisher: Czech Republic
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• WWW: URL
• Impact factor: Impact factor: 2.792
• RIV identification code: RIV/00216224:14310/10:00044962
• Organization unit: Faculty of Science
• UT WoS: 000284449700002
• Keywords (in Czech): AFLP; genetic distance; gynodioecy; homoploid hybrids; inbreeding depression; introgression; prezygotic barrier; postzygotic barrier; reinforcement; reproductive isolation; species promiscuity; Wallace effect
• Keywords in English: AFLP; genetická vzdálenost; gynodioecie; homoploidní hybridizace; inbrední deprese; introgrese; prezygotická bariéra; postzygotická bariéra; reinforcement; reproduktivní izolace; druhová promiskuita; Wallaceův efekt
• Tags: International impact, Reviewed

Abstract

All hermaphrodite plants of the Cirsium hybrids had viable pollen, generally lower than found in pure species. The pollen viability of a hybrid generally decreased with increasing genetic distance between the parents and when the parental species had lower pollen viability. The pollen viability was decreased in frequently hybridizing species where occasionally individuals of pure species morphology may show decreased pollen viability. In populations of gynodioecious species where females co-occurred, pollen viability (in hermaphrodites) was lower, indicating inbreeding depression. Hybrids between sympatric species exhibited higher post-pollination isolation (decrease of pollen viability), which suggests that the reproductive isolation had been increased by natural selection (effect similar to the Wallace effect). The strength of the postzygotic barrier (based on pollen viability) was generally stronger than that of the prezygotic barrier (based on distribution overlap) in hybridizing species pairs.

Abstract (in Czech)

Zkoumali jsme životaschopnost pylu 13 druhů a 16 spontánních hybridů rodu Cirsium ve střední Evropě. Srovnávací analýza zahrnovala celkem656 363 pylových zrn, reprezentujících 2878 květů z 646 rostlin sbíraných ve 163 populacích (Electronic Appendix 1). Ve srovnání s druhy, které měly životaschopnost (viabilitu) pylu často téměř stoprocentní, měli hybridi viabilitu rozprostřenou od 10 do 100%. V rámci druhů byli vzácně zjištěni jedinci morfologicky nehybridní, avšak se sníženou viabilitou, a to častěji na lokalitách, kde se nacházeli také skuteční hybridi. To může potvrzovat probíhající introgresi, kterou naznačuje i bimodalita v rozložení viability u nejvíce vzorkovaných hybridů. Často hybridizující druhy měly viabilitu nižší než druhy hybridizující vzácně. Pylová viabilita hybridů korelovala negativně s genetickou vzdáleností rodičovských druhů, což je zdánlivě samozřejmé, avšak, jak dokládají recentní výzkumy, u rostlin to zdaleka vždy neplatí na rozdíl od živočichů, kde viabilita gamet hybrida takový trend zpravidla sleduje. Kříženci druhů, jejichž areály se více překrývaly, vykazovali nižší viabilitu pylu, což může znamenat, že postzygotická bariéra, daná sníženou viabilitou pylu, se vyvinula až poté, co se původně alopatrické druhy znovu setkaly. Tento jev poněkud připomíná evolučními biology často diskutovanýWallaceův effect, který je však založen na druhotném zesílení prezygotických bariér u sympatrických (populací různých) druhů. Jelikož jsme v populacích gynodioecických pcháčů, kde se vyskytovaly samičí rostliny, zaznamenali nižší viabilitu, považujeme ji za indikátor inbrední deprese, jež je faktorem udržujícím samičí rostliny v populacích gynodioecických druhů spolu s hermafrodity. Abychom mohli srovnávat frekvenci hybridů v přírodě, dělili jsme u každého hybrida počet jeho herbářově doložených lokalit z ČR překryvem rozšíření jeho rodičovských druhů, kterým byl součet 99 součinů počtů lokalit jeho rodičovských druhů v jednotlivých okresech fytogeografického členění ČR. Při stanovení geografické izolace jsme srovnávali skutečný překryv dané dvojice druhů s jejich hypotetickým překryvem, předpokládajícím homogenní hustotu jejich lokalit v rámci ČR, při které na každou lokalitu daného druhu připadá v rámci celé ČR stejná průměrná plocha (tj. plocha ČR dělená počtem jeho lokalit); tím je dán i počet lokalit na každý fytochorion (= plocha fytochorionu dělená průměrnou plochou daného druhu v rámci ČR). Z těchto počtů lokalit při homogenizovaném rozšíření spočteme hypotetický překryv pro příslušné druhové páry výše popsaným způsobem a podělíme jím překryv skutečný, čímž získáme míru vzájemné geografické izolace. Podobně by bylo možné kvantifikovat podobnost rozšíření jakýchkoli dvou druhů, pro něž máme data o počtech lokalit ve fytochorionech k dispozici, a získat tak např. cestu k objektivnímu vymezení regionálních fytochorotypů. Při uvážlivém postupu by k takovým analýzám bylo možno použít dokonce transformovaná semikvantitativní data, která poskytuje pro většinu druhů v odstavci Rozšíření v ČR Květena České republiky.

Links

• GAP506/10/1363, research and development project: Name: Fylogeneze subtribu Hieraciinae (Asteraceae) ? modelový příklad kontrastních evolučních strategií v blízce příbuzných liniích (Acronym: hierac)

Investor: Czech Science Foundation, Phylogeny of subtribe Hieraciinae (Asteraceae) - a model example of contrasting evolutionary strategies in closely related lineages

• GA206/07/0859, research and development project: Name: Eko-geografická a genetická limitace intenzity přirozené mezidruhové hybridizace

Investor: Czech Science Foundation, Eco-geographical and genetic limitation of natural hybridization intensity

• LC06073, research and development project: Name: Centrum pro výzkum biodiverzity

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR, Biodiversity Research Center

• MSM0021622416, plan (intention): Name: Diverzita biotických společenstev a populací: kauzální analýza variability v prostoru a čase

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR, Diversity of Biotic Communities and Populations: Causal Analysis of variation in space and time