Biosystematika agamických komplexů čeledi Rosaceae

• Thesis title in Czech: Biosystematika agamických komplexů čeledi Rosaceae
• Thesis title in English: Biosystematics of agamic complexes of the family Rosaceae
• Academic year of topic announcement: 2025/2026
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Botany (31-120)
• Supervisor: Mgr. Tomáš Urfus, Ph.D.
• Study form: combined

Preliminary scope of work

Čeleď Rosaceae je vysoce diverzifikovanou skupinou rostlin, která zahrnuje velké množství taxonů s často nejasnou hodnotou. Tato komplikace vyplývá z retikulátní evoluce, za jejíž komplexností stojí především hybridizace (včetně introgrese), polyploidizace a různé způsoby rozmnožování (včetně různých typů apomixie). Výše uvedené evoluční procesy navíc hrají klíčovou roli ve vzniku stenoendemických druhů a souvisí tím i se vzrůstající regionální biodiverzitou rostlinných společenstev. Cílem disertační práce bude zhodnotit význam mezidruhové hybridizace, ploidní variability a reprodukčních strategií u vybraných zástupců rodů Sorbus, Cotoneaster a Crataegus. Výsledky posléze umožní provést biosystematickou revizi vybraných skupin.
Práce si bude klást za cíl zhodnotit u všech rodů cytotypovou a reprodukční variabilitu, revidovat taxonomické koncepty vybraných komplikovaných skupin a navrhnout nové přístupy. Ve výzkumu bude využito podrobného terénního průzkumu, revize herbářových dokladů a biosystematických metod, mezi nimiž budou dominovat mnohorozměrné morfometrické i molekulární analýzy (analýza mikrosatelitů) a průtoková cytometrie.
Disertace bude sestávat z tematických okruhů, které současně představují budoucí rukopisy určené k publikaci v IF časpisech:
1) Fylogeneze, cytotypová a reprodukční variabilita Sorbus subgen. Tormaria v západních Karpatech.
- ucelená taxonomická revize za užití biosystematických metod (analýza mikrosatelitů, průtoková cytometrie, morfometrická analýza), zhodnocení populací, případně popis nových druhů, stanovení nomenklatorických typů
2) Alopolyploidní evoluce sexuálních linií rodu Sorbus, příklad modelové skupiny populací z okruhu S. gemella.
- analýza reprodukčních způsobů potomstva z volného sprášení i experimentální hybridizace in situ (průtoková cytometrie)
- analýza reprodukčních způsobů potomstva experimentální hybridizace ex situ (průtoková cytometrie)
- genetická (analýza mikrosatelitů), karyologická (průtoková cytometrie) a morfometrická analýza unikátní hybridní populace s jedinečným způsobem reprodukce
- analýza rodičovství pomocí shody alel v programu Structure
3) Biosystematika Cotoneaster ser. Cotoneaster a Cotoneaster ser. Melanocarpi na území České republiky.
- genetická (analýza mikrosatelitů), karyologická (průtoková cytometrie) a morfometrická analýza
- studium areálů druhů, jejich kontaktních zón a smíšených populací
4) Cytotypová struktura a reprodukční strategie rodu Cratageus na území České republiky.
- cytotypová struktura, variabilita reprodukčních mechanizmů, frekvence hybridizace (průtoková cytometrie), morfologické projevy hybridizace (morfometrická analýza)
- lokalizace center biodiverzity/hybridních hotspotů na území České republiky
- studium retikulátní diverzity polyploidů (analýza mikrosatelitů)
5) Ancestrální diploidní linie rodu Sorbus v mediteránu.
- ucelené studium komplexu polyploidních apomiktických populací na ostrově Kréta a jejich vazba na pravděpodobný ancestrální diploidní druh z oblasti jihovýchodní Evropy
- studium areálů druhů, jejich kontaktních zón a smíšených populací (analýza mikrosatelitů, průtoková cytometrie, morfometrická analýza)
6) Fylogeneze, cytotypová a reprodukční variabilita Sorbus subgen. Soraria v západních Karpatech.
- ucelená taxonomická revize za užití biosystematických metod (analýza mikrosatelitů, průtoková cytometrie, morfometrická analýza), zhodnocení populací, případně popis nových druhů, stanovení nomenklatorických typů
Výsledky disertační práce umožní lépe pochopit mechanismy evoluce agamických komplexů čeledi Rosaceae na několika škálách (od úrovně populace až po významnou část celkového areálu). Biosystematické revize navíc umožní odborné veřejnosti snazší orientaci v řadě kritických skupin.

Preliminary scope of work in English

The family Rosaceae is a highly diversified group of plants that includes a large number of taxa of often unclear value. This complexity arises from reticulate evolution, which is mainly due to hybridization (including introgression), polyploidization and different modes of reproduction (including different types of apomixis). Moreover, the above evolutionary processes play a key role in the formation of stenoendemic microspecies and are thus linked to the increasing regional biodiversity of plant communities. The aim of this dissertation will be to evaluate the importance of interspecific hybridization, ploidy variation and reproductive strategies in selected representatives of the genera Sorbus, Cotoneaster and Crataegus. The results will eventually allow a biosystematic revision of the selected groups.
The work will aim to assess cytotypic and reproductive variation in all genera, revise taxonomic concepts of selected complex groups and propose new approaches. The research will be based on detailed field survey, review of herbarium specimens and biosystematic methods, among which multivariate morphometric and molecular analyses (microsatellite analysis) and flow cytometry will dominate.
The dissertation will consist of thematic headings that also represent future manuscripts to be published in IF journals:
1) Phylogeny, ploidal and reproductive variation in Sorbus subgen. Tormaria in the Western Carpathians.
- comprehensive taxonomic revision using biosystematic methods (microsatellite analysis, flow cytometry, morphometric analysis), evaluation of populations, description of new species if necessary, determination of nomenclatural types
2) Allopolyploid evolution of sexual lineages of the genus Sorbus, example of a model population group of S. gemella and related linneages.
- analysis of reproductive modes of offspring from open pollination and experimental in situ hybridization (flow cytometry)
- analysis of reproductive modes of progeny from experimental ex situ hybridization (flow cytometry)
- genetic (microsatellite analysis), karyological (flow cytometry) and morphometric analysis of a unique hybrid population with a unique mode of reproduction
- parentage analysis by allele matching in Structure
3) Biosystematics of Cotoneaster ser. Cotoneaster and Cotoneaster ser. Melanocarpi in the Czech Republic.
- genetic (microsatellite analysis), karyological (flow cytometry) and morphometric analysis
- species distribution, contact zones and mixed populations
4) Ploidal structure and reproductive strategies of the genus Cratageus in the Czech Republic.
- cytotypic structure, variability of reproductive mechanisms, frequency of hybridization (flow cytometry), morphological manifestations of hybridization (morphometrics)
- location of biodiversity/hybrid hotspots in the Czech Republic
- study of reticulate diversity of polyploids (microsatellite analysis)
5) Ancestral diploid lineage of the genus Sorbus in the Mediterranean.
- comprehensive study of the complex of polyploid apomictic populations on the island of Crete and their relationship to a probable ancestral diploid species from southeastern Europe
- study of species ranges, contact zones and mixed populations (microsatellite analysis, flow cytometry, morphometric analysis)
6) Phylogeny, cytotypic and reproductive variation of Sorbus subgen. Soraria in the Western Carpathians.
- comprehensive taxonomic revision using biosystematic methods (microsatellite analysis, flow cytometry, morphometric analysis), evaluation of populations, description of new species if necessary, determination of nomenclatural types
The results of the dissertation will allow a better understanding of the mechanisms of evolution of agamic complexes of the family Rosaceae at several scales (from the population level to a significant part of the entire distribution). Moreover, the biosystematic revisions will allow the scientific community to navigate more easily through a number of critical groups.