Základní poznatky
životní cykly, rodozměna, mechanismy
Evoluční morfologie rostlin
Pavel Veselý

Evoluční morfologie
•Přednášky
–Klasická morfologie
(bez hlubšího zabrušování do témat probíraných
v Morfologii rostlin)
–
–Evolutionary development („evo-devo“)
(ontogeneze a evoluce)
– znalost systému je klíčem k porozumění
•
•Praktická laboratorní pozorování
•

Původ rostlin
•Eukaryota – Archaeplatida (vznik před 1,6 mld let)
•Primární endosymbióza (pohlcení pra-sinice)
–Chloroplatida, Rhodophyta, …
–
•následné endosybmiózy (pohlcení řasy a redukce)
–Hnědé řasy, fotosyntetičtí prvoci, nerostliny
–Tradičně řazeny mezi předmět botaniky jako „nižší“ rostliny např. spolu s houbami (!)
•
•

Původ rostlin
•Jednobuněčnost → mnohobuněčnost → vznik stélky → diferenciace pletiv
–proces lze sledovat nezávisle i u ruduch, hnědých řas, hub či živočichů
•
•Haploidní → diploidní stav
–v evoluci opakovaně nezávisle (živočichové, řasy, houby)
–význam více kopií/variant genu (větší plasticita), souvislost s rodozměnou
•
•Suchozemské rostliny (Embryophyta) – vznik z příbuzenstva spájivek (Zygnematophyceae)

Evoluce životních cyklů
Paul Kenrick, 2017: How plant life cycles evolved


Evoluce životních cyklů
•Rodozměna
–pravidelné střídání generací gametofytu (1n) a sporofytu (2n)
–izomorfní vs. heteromorfní
–po většinu evoluční historie heteromorfní
–izomorfní jen
•některé zelené řasy (např. Cladophora)
•některé ryniofyty
(exprese genů gametofytu ve sporofytu)
•v náznacích Psilotum
(podzemní gametofyt obsahuje cévní svazek! a podobá se oddenku sporofytu)
•
–

Rodozměna
F1 AG152E113 020
izomorfní
heteromorfní
image002
Cladophora
Aglaophyton
Polytrichum
Polypodium

Evoluce životních cyklů
Paul Kenrick, 2017: Changing expressions: a hypothesis for the origin of the vascular plant life
cycle
https://royalsocietypublishing.org/cms/attachment/0eee9ccf-6a4b-4274-a770-0aa149ebf027/rstb20170149
f08.jpg
https://royalsocietypublishing.org/cms/attachment/0eee9ccf-6a4b-4274-a770-0aa149ebf027/rstb20170149
f08.jpg C:\Users\Paja\Desktop\anthoceran hypo.jpg
Smith, 1955

Podíl sporofytu a gametofytu
wpsnu--gawholedw433 wlyal5-gamicro16920 rhynia spor Anthoceros Anthoceros DSC06710 heqhya-gadw431
ceterach1 ferngametophyte 050919-taxus-baccata
mechorosty        Rhyniophyta     Psilophyta      ostatní kapraďorosty    nahosemenné

Genomické pozadí
•Genomové duplikace (polyploidie)
(v evoluci rostlin časté, více kopií téhož genu, hromadění mutací pak tolik nevadí, některé geny
mohly získat novou funkci)
•
•Postupná diploidizace (ztráty úseků DNA)
•Změny exprese genů, intenzita, časování, homeobox geny (největší změny zde)
•
•Studium analýzou mutantů
•Modelové druhy: Physcomitrella patens, Marchantia polymorpha, Selaginella moellendorffii, Azolla
filiculoides, Picea abies, Glycine max, Arabidopsis thalliana, Solanum lycopersicum, Oryza sativa,
Zea mays

Studium evo-devo
•Vytipování genu s příslušnou funkcí
•Příprava mutantů s daným genem
•Sledování projevů upraveného genu u model. organismu
•Hledání homologních genů mezi různými skupinami rostlin
•Sledování (časování) exprese
•Exprese homologních genů – homologie orgánů?
•Důležitá znalost fylogeneze velkých skupin

Efekt nukleotypu
•Efekt nukleotypu: vyšší ploidie – větší buňky
(funguje i obecněji s velikostí genomu)
•
•Přenos na vyšší úrovně – pletiva, orgány – již méně přímý
•
•U příbuzných druhů však dobře patrný
•
•
•
•
•
•Ještě lépe u různých ploidních úrovní téhož druhu
D:\Fotky\2019-08-23\IMG_20190910_142156.jpg D:\Fotky\2019-08-23\IMG_20190910_142613.jpg
Trifolium ochroleucon
2n=2x
T. pannonicum
2n=16x
Rumex conglomeratus
2n=2x
R. hydrolapathum
2n=10x

Efekt nukleotypu
•Rozdíl ve velikosti průduchů u fosilní rostliny z Rhynie chert, sporofyt/gametofyt
Horneophyton spor Horneophyton gam
Horneophyton lignieri: sporofyt (2n)
Langiophyton mackiei: gametofyt (1n)
[Edwards et al. 1998]