Cirsium Interspecific hybridization and DNA content Petr Bure
Cirsium : Interspecific hybridization and DNA content Petr Bureš 1), Wang Yi-Feng 2), Lucie Horová 1), Jan Suda 3) Department of Botany Faculty of Science Masaryk Univ. Brno, 2) Department of Botany North. West. Univ. Lanzhou, 3) Department of Botany, Faculty of Science, Charles Univ. , Prague 1)
arvense vulgare brachycephalum pannonicum spimosissimum eriophorum acaule oleraceum erisithales canum vulgare heterophyllum palustre
Chromosomové počty v rodu Cirsium V celém rodu převládá 2 n = 34 zhruba 2/3 druhů dalším nejčastěji zastoupeným počtem je 2 n = 68 (zhruba 12 % druhů)
Cirsium oleraceum × C. palustre = C. × hybridum Cirsium oleraceum Cirsium palustre
Cirsium oleraceum × C. vulgare = C. × bipontinum Cirsium oleraceum Cirsium vulgare
„Intenzita mezidruhové hybridizace“ v rodu Cirsium podle počtu dokladů v českých herbářích (celkem 28 hybridů) brachycephalum 0 oleraceum palustre 8 8 eriophorum 1 arvense 5 vulgare 5 acaule 7 pannonicum 5 rivulare 6 heterophyllum 5 canum 6
Problémy: • Liší se velikostí genomu druhy na stejné ploidní úrovni, nebo častá hybridizace způsobuje, že se druhy velikostí genomu neliší? • Mohou být případné rozdíly ve velikosti genomu adaptivní odpovědí na nějaké eko-geografické faktory? • Mají kříženci jiný počet chromosomů než rodičovské druhy? • Souvisí různá frekvence vzniku různých přirozených hybridních kombinací nějak s velikostí genomu?
I Material & Methods
Relative DNA content: Brno PA – I (HBO lamp + DAPI) 954 measurements of 13 species and 12 hybrids from 102 populations with standard Cirsium vulgare (the same individual in all measurements) mean CV = 2. 37 s. d. = 0. 61
Absolute DNA content & AT frequency: Brno + Praha standard Lycopersicon esculentum ‘Stupické polní tyčkové rané’ Brno PA – I (HBO lamp + DAPI) Prague PA – II (laser + PI) 108 measurements of 12 species (=12 x 3 individuals) 102 measurements of 12 species (=10 x 3+2 x 2 individuals) mean CV stand. = 2. 09 s. d. = 0. 42 mean CV stand. = 3. 19, s. d. = 0. 33 mean CV sample = 2. 17 s. d. = 0. 39 mean CV sample = 3. 23, s. d. = 0. 39 3 x in three different days
II. Interspecific genome size variability
400 G 0/G 1 Cirsium eriophorum 300 G 0/G 1 Cirsium heterophyllum 200 G 0/G 1 Cirsium vulgare 100 200 300 400 Fluorescence channel Fig. 1. Range of interspecific genome size in Central European Cirsium species: Histogram of relative nuclear DNA content obtained after flow-cytometric analysis of DAPI stained nuclei, showing the diploid species with the smallest genome (Cirsium heterophyllum), the diploid species with the largest genome (C. eriophorum), and the lone tetraploid species (C. vulgare).
eriophorum brachycephalum arvense acaule palustre pannonicum rivulare erisithales oleraceum canum heterophyllum relative 2 C DNA content ♦ mean± ├standard deviation┤
Signicicant negative correlations between genome size and eco-geographical features (p<0. 05) Ellenberg’s indicator value for moisture (rs = – 0. 68, p = 0. 029) Ellenberg’s indicator value for continentality (rs = – 0. 64, p = 0. 045) Eastern limit of geographical distribution (rs = – 0. 64, p = 0. 032) Spinyness (adaptation to herbivore pressure) (Kendall Tau = – 7. 34, p<0. 001) Longevity (biennials vers. perennials) (Kendall Tau = – 0. 604, p= 0. 004)
Cirsium vulgare Absolute 2 C DNA AT freqeuency % content in pg ± s. d. 5. 54 ± 0. 12 49. 85 Cirsium eriophorum 3. 60 ± 0. 03 48. 38 Cirsium brachycephalum 2. 98 ± 0. 05 49. 98 Cirsium arvense 2. 84 ± 0. 05 51. 75 Cirsium acaule 2. 62 ± 0. 03 50. 95 Cirsium palustre 2. 58 ± 0. 05 49. 14 Cirsium spinosissimum 2. 53 ± 0. 02 b – Cirsium pannonicum 2. 44 ± 0. 03 50. 73 Cirsium rivulare 2. 40 ± 0. 03 3. 43 ± 0. 05 51. 69 – Cirsium erisithales 2. 33 ± 0. 03 50. 94 Cirsium oleraceum 2. 32 ± 0. 03 50. 49 Cirsium canum 2. 24 ± 0. 02 50. 65 Cirsium heterophyllum 2. 14 ± 0. 03 51. 65
III. Genome size of hybrids
Genome size of hybrids was smaller than predicted heterophyllum x rivulare palustre x rivulare oleraceum x rivulare heterophyllum x oleraceum erisithales x palustre acaule x oleraceum x palustre erisithales x oleraceum canum x palustre canum x oleraceum heterophyllum x palustre erisithales x heterophyllum relative genome size 4. 0 (mean of parent 1 with smaller genome) = average of hybrid 4. 5 5. 0 = (mean of parent 2 with larger genome) (mean of parent 1 + mean of parent 2) / 2 Fig. 2. Relationship between the potential range of hybrid relative DNA content (├──┤), expected hybrid relative DNA content (■), and actual relative DNA content of Cirsium interspecific hybrids (◊).
„Hybridní promiskuita“ jednotlivých druhů v rodu Cirsium podle počtu dokladů v českých herbářích
Species with smaller genome produce hybrids more frequent = the same tendency as at individual level ? vulgare eriophorum brachycephalum large genome few or no hybrids arvense small genome many hybrids acaule palustre pannonicum rivulare oleraceum canum heterophyllum 10 8 6 relative genome herb. specimens of hybrids 400 size Fig. 3. Relationship between relative DNA content of Cirsium species and the production of interspecific hybrids. 600 800
Důležitým faktorem pro mezidruhovou hybridizaci mohou být také rozdíly v rozšíření rodičovských druhů Cirsium heterophyllum Cirsium rivulare
Místa společného výskytu Cirsium heterophyllum a C. rivulare Jen v těchto územích mohou vznikat kříženci mezi Cirsium heterophyllum a C. rivulare
Pokud se druhy podobají svým rozšířením, mohou teoreticky tvořit hybridy častěji Jak ale kvantifikovat míru podobnosti v rozšíření ve vztahu k hybridizaci ? ? ? Cirsium palustre Cirsium oleraceum Ke kvantifikaci podobnosti v rozšíření lze využít společné výskyty ve fytogeografických okresech !
Intenzita hybridizace mezi druhem x a druhem y počet lokalit hybrida x×y v i-tém fytogeografickém okrese 99 i= Σ h(x×y)i i=1 99 Σ xi. yi i=1 počet lokalit druhu x ve fytogeografickém okrese i počet lokalit druhu y ve stejném fytogeografickém okrese i
Intenzita hybridizace mezi druhem x a druhem y na příkladu C. heterophyllum a C. rivulare i= Celkový počet lokalit hybrida v České republice 99 Σ h(x×y)i i=1 99 Σ xi. yi i=1 druh x = C. heterophyllum druh y = C. rivulare Suma součinů zachycuje právě území (fytochoriony), kde se druhy vyskytují společně
Intenzita mezidruhové hybridizace rodu Cirsium v České republice 99 i= Σ h(x×y)i i=1 99 Σ xi. yi i=1
Mají mezidruhové rozdíly ve velikosti jaderné DNA nějaký vliv na intenzitu mezidruhové hybridizace v rodu Cirsium ? Co znamená rozdíl ve velikosti jaderné DNA ? Rozdíl velikosti jaderné DNA
Intenzita mezidruhové hybridizace v rodu Cirsium ve vztahu k rozdílům ve velikosti jaderné DNA rodičovských druhů intenzita hybridizace rozdíl ve velikosti jaderné DNA
klima-index K= Termo_lok Mezo_lok Oreo_lok 1 x ––––– + 0 x –––– + (– 1) x –––– Termo_ploch Mezo_ploch Oreo_ploch –––––––––––––––––––––––– Termo_lok Mezo_lok Oreo_lok ––––––––– + –––– Termo_ploch Mezo_ploch Oreo_ploch
AT concentration Spearman rs = 0. 85 p=0. 003 klima-index
- Slides: 29