Libor Ekrt – Výzkum

Probíhající výzkumné projekty:

  • Je nepohlavní rozmnožování u kapradin rychlejší, než sexuální?

    Sexuální rozmnožování kapradin probíhá na drobných gametofytech. V temperátním klimatu střední Evropy na to kapradiny nemají moc času a každý den navíc se počítá. Sporofyty některých druhů vznikají z gametofytu nepohlavně (apomikticky) a mnoho vývojových fází může být přeskočeno. Jednak nemusí tvořit pohlavní orgány a buňky. Dále nemusí čekat na vhodného partnera a na správné vlhkostní podmínky pro oplození vajíčka. Pokud tedy apomiktické kapradiny dokáží celý rozmnožovací proces provést mnohem rychleji, mají velkou výhodu.

    Sledujeme a srovnáváme vývoj různých druhů apomikticky a sexuálně se rozmnožujících druhů kapradin. Vybrané druhy pěstujeme na agarovém médiu při umělém osvětlení v kultivačním boxu. U každého druhu zaznamenáváme procento klíčivosti výtrusů, které ukazuje na schopnost tvorby funkčních spor. Dále zkoumáme, kolik jedinců dosáhne tzv. meristické fáze, která je znakem dospělosti jedince. Jen meristické gametofyty umí tvořit vajíčka, nebo nepohlavně vzniklé sporofyty. Porovnáváme i tvorbu pohlavních orgánů a jejich rozdělení mezi jedinci v populaci, a nakonec i schopnost tvorby vlastního sporofytu.

  • Souboj mezi sexuálním a apomiktickým rozmnožováním na příkladu kapraďů

    V přírodě se na společných lokalitách vyskytují druhy, z nichž některé se rozmnožují sexuálně a některé nepohlavně (apomikticky). Ve střední Evropě existuje apomiktická polymorfní skupina kapradě rezavé (Dryopteris affinis agg.), na kterou jsme se svým výzkumem zaměřili. Tato komplikovaná skupina zde má tři zástupce: kapraď rezavou (Dryopteris affinis), kapraď Borrerovu (D. borreri) a kapraď plevinatou (D. cambrensis). Všichni tři zástupci se rozmnožují apomikticky a jsou blízce příbuzní s velmi známou a hojnou kapradí samcem (D. filix-mas), která se rozmnožuje sexuálně. Našim cílem je srovnat jejich reprodukční vlastnosti a zjistit, který typ rozmnožování by v „souboji“ na společných lokalitách obstál lépe.

    U jednotlivých vybraných rostlin sledujeme tvorbu funkčních výtrusů a provádíme navíc hodnocení procenta abortace výtrusů. Tato metoda je na rozdíl od klíčivosti výtrusů nezávislá na stáří studované herbářové položky. Dále zjišťujeme vlastnosti jednotlivých gametofytů v závislosti na velikosti spory, ze které daný jedinec vyroste. Jednotlivé výtrusy jsou měřeny pod mikroskopem a potom jsou pinzetou přeneseny každá do vlastní jamky s živným médiem. Každý měsíc potom gametofyt z každé spory vyfotíme a vyhodnotíme jeho velikost. Tím zjistíme, zdali větší spory tvoří větší gametofyty, jak naznačují některé starší studie. Nakonec necháváme sexuální a apomiktické gametofyty soutěžit přímo, a to pomocí dvou pokusů. V prvním dáváme vždy 20 spor přímo soutěžit v následném růstu mezi sebou a každý měsíc z fotky zjistíme přírůstek celé populace. Výtrusy jsou na jednotlivých miskách vysázeny v různém zastoupení apomiktických a sexuálních druhů (20:0, 15:5, 10:10). Nakonec máme i mezigenerační pokus, kdy se spory jednoho druhu sejí v okolí dospělého gametofytu jiného druhu a sleduje se jejich vývoj oproti kontrole bez dospělce.

  • Antheridiogeny – kapradinová seznamka

    Pohlaví u kapradin není pevně dáno a existuje řada faktorů, které ovlivňují zda-li daný jedinec bude samec nebo samice. Kapradiny během svého rozmnožování často potřebují přítomnost jiného jedince. Jeden tvoří spermii, druhý vajíčko. Jedině tak lze dlouhodobě udržet vysokou genetickou rozmanitost. Jak ale zajistit, aby v prostředí byl dostatek vhodných jedinců se správným pohlavím? K tomu slouží především antheridiogeny, feromony vylučované samicemi kapradin. Samice vylučováním specifických látek oznamují svému prostředí, že mají vajíčko připravené na oplození a okolní jedinci, kteří se stále ještě o svém pohlaví rozhodují, se díky ovlivnění těmito látkami narychlo stanou samci a veškerou energii pak tedy vydají na tvorbu spermií. Je známo, že ne všechny druhy kapradin tento systém používají. Navíc existuje více typů, které dělají prakticky to samé, ale díky odlišné chemické struktuře ovlivňují jiné spektrum druhů. Toto téma je velmi široké, například je známo několik případů zneužívání tohoto altruistického systému k potlačení konkurence. Pro řádné zkoumání této problematiky je třeba vytvořit kompletní seznam testovaných druhů, včetně jejich reakce na různé zdroje antheridiogenů.

    Ve spolupráci s kolegy z Ameriky (Colgate University, University of Florida) testujeme různé druhy kapradin a zjišťujeme, jak jednotlivé druhy kapradin na tyto feromony reagují. Cílem je propojit tato data s rešerší veškeré dostupné literatury a vytvořit tak dosud nejobsáhlejší soupis známých testovaných druhů. Na takto vytvořeném datovém souboru pak budeme moci zkoumat i vliv různých vlastností testovaných druhů, jako je například polyploidie a apomixie. Díky pokrytí velkého množství čeledí kapradin bude tak možný komplexní náhled na případný opakovaný vznik tohoto feromonového systému během evoluce kapradin.

  • Jak souvisí apomixie a polyploidie s druhovou bohatostí kapradí po světě?

    Rod kapraď (Dryopteris) má vývojové centrum ve východní Asii, ale vyskytuje se po celém světě asi okolo 400 druhů. Klíčové vlastnosti podporující vznik nových druhů (speciaci) je hybridizace polyploidizace a nepohlavní rozmnožování (apomixie) jsou u kapraďů dobře známé, ale ne všude po světě najdeme všechny kombinace.

    Naším cílem je vytvořit mapu světa, ve které se bude odrážet druhová bohatost rodu kapraď (Dryopteris) společně s rozšířením polyploidie, jako hnacího mechanismu evoluce kapradin. Zároveň budeme moct ukázat rozšíření apomixie, která je jakousi druhou stranou mince k polyploidizaci jako motoru vzniku druhů.

  • Zpracování kapraďorostů do projektu PLADIAS

    Projekt PLADIAS (centrum analýzy a syntézy rostlinné diverzity) je široce pojatý botanický projekt, na kterém se podílí PřF Masarykovy univerzity, PřF Jihočeské univerzity a Botanického ústavu AVČR. Spolupráce v taxonomické a fytogeografické části projektu by měla směřovat v kompletní zpracování herbářových sbírek a dalších zdrojů v kompletní rozšíření kapraďorostů v ČR.

  • FerDA – Fern and lycophytes genome databank and silica archive/Genomová databanka kapradin a plavuňovitých rostlin: mravenčí střádání vzorků kapraďorostů pro vědecké účely

    Dostupnost vhodného materiálu pro detailní molekulární výzkum je největší limitací všech studií zabývajících se fylogenezí, fylogeografií nebo i cytogeografií. V průběhu našich výzkumů na kapradinách a plavuňovitých rostlinách sbíráme rostlinný materiál dostupných druhů po Evropě, ale i dalších částech světa. Tento v terénu sebraný rostlinný materiál je uložen ve formě vysušených vzorků pomocí silikagelu, které jsou dokumentovány herbářový položkami. Díky tomuto postupu je možné na velmi malém prostoru uchovat tisíce vzorků kapraďorostů pro další vědecké účely.

    Aktuálně sestavujeme ucelenou databanku a databázi takových vzorků, které budou po dohodě snadno přístupné výzkumníkům po celém světě. V současné době je databanka ve fázi zpracování námi odebraných vzorků za posledních ca 8 let, obsahuje prvních několik tisíc vzorků a je dosud veřejně nepřístupná. Díky řadě expedic po celé Evropě a cenné spolupráce s kolegy z Německa a Anglie databanka obsahuje široké spektrum taxonů, cenných vzorků, z nichž většina má pomocí využívání průtokové cytometrie na naší fakultě známý cytotyp nebo velikost genomu.

  • Od lesa přes alpínské pásmo až do tundry: cytogeografie vrance jedlového (Huperzia selago) v evropském kontextu

    Vranec jedlový (Huperzia selago) je plavuňovitá boreo-alpínská rostlina vyskytující se široce na celé severní polokouli. Dosud se v literatuře uvádí, že na severu Evropy se nacházejí diploidní rostliny označované také jako vranec arktický (H. arctica) a na většině Evropy polyploidní rostliny (H. selago). V Severní Americe se vyskytuje řada dalších druhů, z nichž některé by však svým výskytem mohly přesahovat také do Evropy.

    Naším cílem je navštívit různé regiony Evropy na širokém gradienty nadmořské výšky a zeměpisné šířky a odebrat populační vzorky. Odebrané vzorky následně proměřit průtokovým cytometrem a odhadnout velikost genomu sebraných rostlin a zjistit, jestli je v rámci tohoto širokého areály nějaká variabilita.

  • Červená kniha květeny Vysočiny

    Červená kniha květeny Vysočiny představuje zpracování komentovaného černého a červeného seznamu cévnatých rostlin na území Českomoravské vrchoviny na základě porovnání recentních a historických floristických údajů údajů. Připravovaná kniha je vyústěním botanické části projektu podpořené z Noských fondů s názvem “Přírodní rozmanitost Vysočiny” jejímž nositelem byla Pobočka České společnosti ornitologické na Vysočině. Výsledky projektu jsou dostupné zde.

    Čech L., Ekrt L., Ekrtová E., Juřička J., Jelínková J. [eds]