Výzkum

V rámci výzkumné práce na oddělení cévnatých rostlin se věnujeme studiu evolučních mechanismů u vyšších rostlin v širokém slova smyslu včetně přesahů do biosystematiky, taxonomie, ekologie a fytogeografie. Pro zodpovězení našich otázek využíváme široké spektrum metod od základní terénní práce, přes ekologické a hybridizační experimenty, morfometriku, průtokovou cytometrii, moderní cytogenetiku až po rozličné molekulární metody. Naše oddělení mimojiné úzce spolupracuje s Botanickým ústevem AV ČR v Průhonicích. Konkrétní výzkum se vydává několika základními, vzájemně se prolínajícími směry (viz níže).

Výzkum na oddělení by se neobešel bez grantů a spolupráce se zahraničními institucemi.

Tématické okruhy

Hlavní směr výzkumu na oddělení cévnatých rostlin je reprezentován následujícími okruhy.

Mechanismy evoluce polyploidních komplexů

Zmnožení celých chromosomových sad (polyploidzace) je jedním z klíčových procesů vzniku rostlinných druhů. Zásadní roli hraje také při vytváření a šlechtění kultivarů užitkových rostlin, např. potravinářských plodin. V rámci našich výzkumů se zaměřujeme na studium evoluční historie složitých polyploidních komplexů v evropské flóře i v subtropech (Kapsko) a tropech (jižní Amerika a jihovýchodní Asie). Dále se věnujeme otázkám soužití cytotypů v přirozených podmínkách a reprodukčním, morfologickým i ekologickým důsledkům polyploidie.

Příklady grantových projektů

  • Polyploidní evoluce v kapské květenné oblasti: rod Oxalis jako modelová skupina
  • Evoluce polyploidie v ekonomicky významném tropickém rodu Curcuma detekovaná pomocí analýzy velikosti genomu a molekulárních dat
  • Procesy ovlivňující vznik a evoluční úspěšnost polyploidů: co umožňuje koexistenci různých cytotypů v populacích Gymnadenia conopsea?

Příklady diplomových a dizertačních prací

  • Mechanismy řídící koexistenci rostlin diploidního a tetraploidního cytotypu v populacích heřmánkovce nevonného (Tripleurospermum inodorum)
  • Role triploidních hybridů v cytotypově smíšených populacích heřmánkovce nevonného (Tripleurospermum inodorum)
  • Porovnání nezávisle vzniklých polyploidních linií druhu Campanula patula L.: opakuje se evoluce?
  • Procesy řídící sympatrickou koexistenci di- a tetraploidního cytotypu v primární kontaktní zóně chrastavce
    rolního (Knautia arvensis agg.).
  • Polyploidní speciace u rodu Anthoxanthum v Evropě.

Evoluce a ohrožení vzácných a endemických druhů české flóry

Studium vzácných druhů přináší zajímavé teoretické poznatky (principy evoluce rostlinných druhů) i konkrétní praktické výsledky uplatnitelné v ochranářské praxi. V rámci našich výzkumů se zaměřujeme na studium mechanismů vzniku druhů omezených na území České republiky, tedy našich (sub)endemitů. Morfometické, cytometrické i genetické techniky také využíváme ke konkrétním ochranářsky zaměřeným výzkumům našich vzácných druhů, které jsou ohrožovány např. křížením s blízce příbuznými běžnými druhy.

Příklady grantových projektů

  • Významný český endemitní rožec Cerastium alsinifolium – evoluční historie, reprodukční úspěšnost a důsledky křížení s Cerastium arvense
  • Evoluční vztahy a diferenciace reliktních hadcových populací Knautia arvensis s.l. (Dipsacaceae) ve střední Evropě
  • Kritické zhodnocení hybridizace mezi středoevropskými zástupci rodu Nymphaea (leknín) pomocí cytometrických a molekulárních metod: význam pro druhovou ochranu

Příklady diplomových a dizertačních prací

  • Využití průtokové cytometrie a molekulárních markerů při studiu endemitních a silně ohrožených druhů cévnatých rostlin ČR
  • Hybridizace a mikroevoluční vztahy u středoevropských zástupců rodu Diphasiastrum
  • Genetická variabilita a evoluční vztahy českých endemických zástupců rodu Dianthus
  • Riziko hybridizace pěstovaných třešní s ohroženou třešní křovitou (Prunus fruticosa)

Evoluční historie rostlin v kontextu čtvrtohorních klimatických změn

Střídání ledových a meziledových dob zásadně ovlivňuje vznik a rozšíření rostlinných druhů. Přežívání nepříznivých období v refugiích a směry následné rekolonizace jsou jednou z klíčových otázek současné evoluční biologie, především jejího odvětví tzv. fylogeografie. Náš výzkum se zaměřuje na rekonstrukci evolučních historií vybraných druhů po ústupu posledního zalednění zejména v prostoru střední a severní Evropy (Alpy, Karpaty, Skandinávie). Jako hlavní nástroj slouží široké spektrum molekulárních metod umožňující podrobné studium rozložení genetické variability, do níž se změny podmínek prostředí promítly.

Příklady grantových projektů

  • Migrační nebo postglaciální původ diverzity v odledněných oblastech: Příběh polyploidního komplexu Galium pumilum agg.
  • Mikrospeciační procesy a migrační historie skupiny Melampyrum subalpinum agg.
  • Fylogeografie a cytotypová struktura druhu Hieracium intybaceum (Asteraceae)
  • Molekulárně biosystematická studie sekce Pilosellina a evoluční aspekty spjaté s jejím glaciálním vývojem

Příklady diplomových a dizertačních prací

  • Postglaciální migrace z Alp a Karpat na příkladu druhů Cardaminopsis halleri (L.) Hayek a Hordelymus europaeus (L.) Harz
  • Lipnice komplexu Poa glauca s. l. na území Evropy - jejich původ a vzájemné vztahy

Evoluční diverzifikace ve světových centrech diverzity (jihoamerické vysokohory, kapská květenná oblast)

Jihoamerické Andy jsou jedním z center světové biodiverzity. V rámci našich výzkumů se zaměřujeme na evoluci rostlin obývajících nejvýše položený tropický ekosystém těchto hor – páramos. Zajímají nás především otázky týkající se mechanismů generujících takové bohatství rostlinných druhů a dále způsoby, kterými se tyto druhy adaptují na extrémní podmínky vysokohorských páramos (v úzké návaznosti na ekologické a ekofyziologické výzkumy probíhající v rámci katedry).

Příklady grantových projektů

  • Fylogeneze rodu Lasiocephalus (Asteraceae) - historie kolonizování prostředí rovníkových páramos
  • Fylogeografie vybraných druhů rodu Loricaria (Asteraceae) v rovníkových Andách
  • Evoluční procesy v jihoamerických Andách: Molekulární fylogeneze, biogeografie a fylogeografie r. Festuca (Poaceae)

Příklady diplomových a dizertačních prací

  • Lasiocephalus (Asteraceae) - historie kolonizování prostředí rovníkových páramos
  • Fylogenetika a evoluce růstových forem rodu Valeriana v páramu
  • Fylogenetika rodu Cleistocactus (Cactaceae)

Dynamika evoluce velikosti genomu u rostlin

Rostliny vykazují překvapivě obrovskou proměnlivost v obsahu DNA v buněčném jádře (jaderného genomu). Vnitřní příčiny této proměnlivosti, mechanismy její dědičnosti i ekologické a evoluční důsledky jsou však stále neznámé. Studium evoluce velikosti genomu je v současnosti bouřlivě se rozvíjející oblastí rostlinné evoluční biologie, především díky snadnému využití techniky průtokové cytometrie. V rámci našich výzkumů zaměřujeme na studium velikosti genomu u vybraných modelových systematických i ekologických skupin, které zasazujeme do širšího rámce výsledků křížících a ekologických experimentů i molekulárních studií.

Příklady grantových projektů

  • Evoluce velikosti genomu a původ polyploidie v ekonomicky významné čeledi zázvorovité

Příklady diplomových a dizertačních prací

  • Multigene phylogeny of the subfamily Alpinioideae (Zingiberaceae) with respect to Elettariopsis Baker using next-generation sequencing
  • Evoluce velikosti genomu v čeledi Costaceae
  • Ekologické aspekty velikosti jaderného genomu rostlin
  • Evoluce velikosti genomu v rodě Globba (Zingiberaceae)

Evoluce, systematika a způsoby šíření vodních a mokřadních rostlin

Vodní a mokřadní rostliny jsou zajímavou skupinou z hlediska biosystematického, ale poskytují i zajímavé modelové příklady pro studium obecných evolučních mechanismů a procesů. V rámci této skupiny rostlin nalézáme jedny z posledních velkých taxonomicky nedořešených otázek naší flóry, které vyžadují nové systematické zhodnocení (např. lakušníky, kamyšníky, hvězdoše). Zároveň poskytují řadu lákavých obecných problémů i v oblasti populační ekologie a genetiky (např. způsoby šíření v různých typech vodního prostředí, struktura populací těchto většinou klonálních rostlin) a mikroevolučních mechanismů (hybridizace, polyploidizace apod.).

Příklady grantových projektů

  • Paralelní evoluce nebo migrace v rodu Bolboschoenus (Cyperaceae) v celosvětovém areálu?
  • Morfologická a ekologická studie okruhu Glyceria fluitans

Příklady diplomových a dizertačních prací

  • Polyploidizace jako zdroj nových vlastností předurčujících úspěšnost šíření mokřadní rostliny šmelu okoličnatého (Butomus umbellatus)
  • Hybridizace orobinců Typha latifolia a T. angustifolia
  • Taxonomická revize rodu Callitriche v České republice
  • Role hybridizace a klonálního rozmnožování v populacích mokřadních rostlin

Dynamika rozmnožovacích strategií, především apomixie

S apomixií (neboli klonálním rozmnožováním rostlin pomocí semen) se lze setkat v celé řadě rostlinných skupin (Asteraceae, Poaceae, Rosaceae atd.). Následkem apomiktického rozmnožování se vytváří veliké množství reprodukčně izolovaných linií, které se od sebe obtížně rozlišují. Rody, ve kterých se apomixie vyskytuje (např. Hieracium, Rubus, Taraxacum), jsou pak nechvalně pověstné tisíci popsaných druhů (tzv. mikrospecií). Současným trendem ve studiu apomiktických rostlin je však spíš studium mikroevolučních mechanismů a procesů speciace (tvorby druhů).

Příklady grantových projektů

  • Fylogeografie a cytotypová struktura druhu Hieracium intybaceum (Asteraceae)
  • Molekulárně biosystematická studie sekce Pilosellina a evoluční aspekty spjaté s jejím glaciálním vývojem

Příklady diplomových a dizertačních prací

  • Geographical parthenogenesis: evolutionary and ecological significance of apomictic reproduction in vascular plants
  • Evoluční mechanismy a vztahy mezi taxony Hieracium subgen. Pilosella
  • Molekulárna fylogenéza a evolučné trendy v rode Hieracium
  • Fylogeneze a evoluční trendy subtribu Hieraciinae (Compositae)
  • Zdroje variability Sorbus aria agg.

Flóra České republiky

Floristický výzkum je nedílnou součástí botaniky. Zabývá se vyhledáváním, určováním a evidování rostlinných druhů na určitém území (ČR). Floristické údaje se pak vkládají do nejrůznějších databází nebo červených seznamů a posléze i do ucelených publikací typu flór jednotlivých regionů. Bez náležitého floristického výzkumu by moderní biosystematika nebyla schopna identifikace vlastních problémů, takže je i dílčí floristický výzkum všestranně užitečný. V neposlední řadě se floristické údaje hojně využívají pro více efektivní ochranu přírody.

Příklady grantových projektů

  • Květena ČR – dokončení