Genome size and DNA base composition of geophytes: the mirror of phenology and ecology?

VESELÝ, Pavel, Petr BUREŠ, Petr ŠMARDA and Tomáš PAVLÍČEK. Genome size and DNA base composition of geophytes: the mirror of phenology and ecology? Annals of Botany. Oxford: Oxford University Press, 2012, vol. 109, No 1, p. 65-75. ISSN 0305-7364. Available from: https://dx.doi.org/10.1093/aob/mcr267.

Basic information

• Original name: Genome size and DNA base composition of geophytes: the mirror of phenology and ecology?
• Name in Czech: Velikost genomu a obsah GC bazí u geofytů: zrcadlo fenologie a ekologie?
• Authors: VESELÝ, Pavel (203 Czech Republic, guarantor, belonging to the institution), Petr BUREŠ (203 Czech Republic, belonging to the institution), Petr ŠMARDA (203 Czech Republic, belonging to the institution) and Tomáš PAVLÍČEK (376 Israel).
• Edition: Annals of Botany, Oxford, Oxford University Press, 2012, 0305-7364.

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Article in a journal
• Field of Study: 10600 1.6 Biological sciences
• Country of publisher: United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• WWW: stránka s abstraktem a pdf článku
• Impact factor: Impact factor: 3.449
• RIV identification code: RIV/00216224:14310/12:00057232
• Organization unit: Faculty of Science
• Doi: http://dx.doi.org/10.1093/aob/mcr267
• UT WoS: 000298191900006
• Keywords (in Czech): životní forma; evoluce velikosti genomu; GC obsah; fenologie; délka průduchů; hmotnost semen; ekologie
• Keywords in English: Life-form; geophytes; genome size evolution; GC content; phenology; stomatal length; seed mass; ecology
• Tags: AKR
• Tags: International impact, Reviewed

Abstract

Background and Aims Genome size is known to affect various plant traits such as stomatal size, seed mass, and flower or shoot phenology. However, these associations are not well understood for species with very large genomes, which are laregly represented by geophytic plants. No detailed associations are known between DNA base composition and genome size or species ecology. Methods Genome sizes and GC contents were measured in 219 geophytes together with tentative morphoanatomical and ecological traits. Key Results Increased genome size was associated with earliness of flowering and tendency to grow in humid conditions, and there was a positive correlation between an increase in stomatal size in species with extremely large genomes. Seed mass of geophytes was closely related to their ecology, but not to genomic parameters. Genomic DNA GC content showed a unimodal relationship with genome size but no relationship with species ecology. Conclusions Evolution of genome size in geophytes is closely related to their ecology and phenology and is also associated with remarkable changes in DNA base composition. Although geophytism together with producing larger cells appears to be an advantageous strategy for fast development of an organism in seasonal habitats, the drought sensitivity of large stomata may restrict the occurrence of geophytes with very large genomes to regions not subject to water stress.

Abstract (in Czech)

Velikost ovlivňuje různé vlastnosti rostlinných druhů, jakými je např. velikost průduchů, hmotnost semen či doba květu. Nicméně tyto vztahy nebyly dosud dobře prozkoumány u druhů s velkými genomy, které se často vyskytují u geofytních rostlin. Také vztah mezi genomickým obsahem bází ekologií druhu nebyl dosud zkoumán. V naší studii jsme analyzovali velikost genomu a genomický poměr bází u 219 geofytů ve vztahu k jejich morfologický, anatomickým a ekologickým vlastnostem. Větší velikost genomu se ukázala být spojena s časným počátkem kvetení a tendencí k růstu ve vlhkém prostředí. Úzká pozitivní korelace byla zjištěna právě v případech extrémně velkých genomů. Množství semen geofytů se ukázalo být v těsné vazbě na jejich ekologií, nikoli však na jejich genetické parametry. U genomického obsahu GC bází jsme zjistili unimodální vztah k velikosti genomu, ale žádný vztah k ekologii druhů. Klíčové závěry: Evoluce velikosti genomu u geofytů úzce souvisí s jejich ekologii a fenologií a je také spojena s významnými změnami ve bázovém složení DNA. I když geofytismus spolu s vytvářením větších buněk, se zdá být výhodnou strategií pro rychlý rozvoj organismu na sezónním stanovišti, může být sucho limitujícím faktorem velkých průduchů a tím omezovat výskyt geofytů s velkými genomy na místech s nedostatkem vody.

Links

• GAP506/11/0890, research and development project: Name: Evoluce kompozice DNA bazí u vyšších rostlin (Acronym: GCobsah)

Investor: Czech Science Foundation

• GA206/09/1405, research and development project: Name: Evoluce karyotypu a velikosti genomu v čeledi Cyperaceae

Investor: Czech Science Foundation, Genome size and karyotype evolution in Cyperaceae

• GP206/08/P222, research and development project: Name: Evoluce GC obsahu a genomu trav

Investor: Czech Science Foundation, GC content and genome evolution of grasses

• 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