BACKGROUND AND AIMS: Polyploidy is viewed as an important mechanism of sympatric speciation, but only a few studies have documented patterns of distribution and ecology of different cytotypes in their contact zone. Aster amellus agg. (Asteraceae) is one of the species with documented multiple ploidy levels. The aim of this study was to determine spatial distribution and ecology of two cytotypes, diploid (2n = 18) and hexaploid (2n = 54), of Aster amellus agg. at their contact zone in the Czech Republic. METHODS: Root-tip squashes and flow cytometry were used to determine the ploidy of 2175 individuals from 87 populations. To test whether some differences in ecology between the two ploidy levels exist, in each locality relevés were recorded and abiotic conditions of the sites were studied by estimating potential direct solar radiation, Ellenberg indicator values and above-ground biomass. KEY RESULTS: Together with diploid and hexaploids, minorite cytotypes (triploid, pentaploid and nonaploid) were found. No significant ecological differences between diploid and hexaploid cytotypes were found. In spite of this, no population consisting of both of the two basic cytotypes was found. CONCLUSIONS: The results of this study show that the contact zone of diploid and hexaploid cytotypes in the Czech Republic is much more diffuse than indicated in previous records. Although populations of both cytotypes occur in close proximity (the closest populations of different cytotypes were 500 m apart), each individual population consists of only one basic ploidy level. This was unexpected since there are no clear differences in abiotic conditions between populations. Taken together with the absence of an intermediate tetraploid cytotype and with reference to published world distributional patterns of different ploidy levels, this suggests a secondary contact zone. Detailed genetic study is, however, necessary to confirm this.

Department of Botany Charles University Benátská 2 CZ 128 01 Prague Czech Republic

Zobrazit více v PubMed

Adams KL, Cronn R, Percifield R, Wendel JF. 2003. Genes duplicated by polyploidy show unequal contributions to the transcriptome and organ-specific reciprocal silencing. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 100: 4649–4654. PubMed PMC

Agren J, Ericson L. 1996. Population structure and morph-specific fitness differences in tristylous Lythrum salicaria. Evolution 50: 126–139. PubMed

Annen E. 1945. Die Embryosack und Pollenentwicklung bei einigen polyploiden Garten Astern in Vergleich mit der wildwachsenden Aster amellus L. Bulletin de la Société Botanique Suisse 55: 8–121.

Barton NH, Hewitt GM. 1985. Analysis of hybrid zones. Annual Review of Ecology and Systematics 16: 113–148.

Bayer RJ, Stebbins GL. 1982. A revised classification of Antennaria (Asteraceae: Inuleae) of the eastern United States. Systematic Botany 7: 300–313.

Bert TM, Arnold WS. 1995. An empirical test of predictions of two competing models for the maintenance and fate of hybrid zones — both models are supported in a hard-clam hybrid zone. Evolution 49: 276–289. PubMed

Blažková J. 1973. Pflanzensociologische Studie űber die Wiesen der sűdbohmischen Becken. Studia ČSAV 1973/10: 1–170.

Blažková D. 2000. Rostlinstvo přírodní rezervace Karlické údolí a okolí. Zpravodaj ochránců přírody okresu Praha-západ 20–21: 23–26. (In Czech).

Böswartová J. 1984. Příspěvek ke květeně středního Povltaví. Bohemia centralis 13: 83–133. (In Czech).

ter Braak CJF, Šmilauer P. 1998. CANOCO Release 4. Reference manual and user's guide to Canoco for Windows. Software for Canonical Community Ordination. New York: Microcomputer Power.

Brammal RA, Semple JC. 1990. The cytotaxonomy of Solidago nemoralis (Compositae: Asterae). Canadian Journal of Botany 68: 2065–2069.

Bretagnolle F, Thompson JD. 1995. Gametes with the somatic chromosome number: mechanisms of their formation and role in the evolution of autopolyploid plants. New Phytologist 129: 1–22. PubMed

Bronson CL, Grubb TC, Braun MJ. 2003. A test of the endogenous and exogenous selection hypotheses for the maintenance of a narrow avian hybrid zone. Evolution 57: 630–637. PubMed

Burton TL, Husband BC. 1999. Population cytotype structure in the polyploid Galax urceolata (Diapensiaceae). Heredity 82: 381–390. PubMed

Čekanová L. 1990. Cytotaxonomická studie druhu Aster amellus L. Master Thesis, Palacký University, Olomouc, Czech Republic. (In Czech).

Čelakovský L. 1884–1894. Resultate der botanischen Durchforschung Böhmens in den Jahren 1881–1884–1894. Prague.

Chatterji AK. 1962. Structure and behavior of chromosomes in different varieties of Aster amellus L. and their mode of origin. Caryologia 15: 515–524.

Danihelka J, Grulich V. 1996. Výsledky floristického kursu v Břeclavi (1995). Zprávy České Botanické Společnosti 31, suppl. 1996/1: 1–86. (In Czech).

Deyl Č. 1976. Druhý Příspěvek ke květeně širšího okolí Olomouce. Zprávy Československé Botanické Společnosti 11: 17–26. (In Czech).

Doležel J. 1997. Application of flow cytometry for the study of plant genomes. Journal of Applied Genetics 38: 285–302.

Domin K. 1904. České Středohoří. Praha. (In Czech).

Domin K. 1930. Schedae ad froram čechoslovenicam exsicatam. Acta Bohemica. 9: 175–259.

Dudová H. 1998. Floristické zpracování Mšeného-lázní. Master Thesis, Charles University, Prague, Czech Republic. (In Czech).

Durdík M. 1951. Floristické poznámky z Českého Středohoří a okolí. Československé Botanické Listy 3: 134–136. (In Czech).

Dyer AF. 1963. The use of lacto-propionic orcein in rapid aquash methods for chromosome preparations. Stain Technology 38: 85–90.

Ellenberg H. 1992. Zeigerwerte von Pflanzen in Mitteleuropa. Scripta Geobotanica 18: 1–258.

Felber F. 1986. Distribution des cytodemes d'Anthoxanthum odoratum L. s. lat. en Suisse. Les relations Alpes—Jura. Botanica Helvetica 96: 145–158.

Felber F. 1988. Phenologie de la floraison de populations diploides et tetraploides d'Anthoxanthum alpinum et d'Anthoxanthum odoratum. Canadian Journal of Botany 66: 2258–2264.

Felbert-Girard M, Felber F, Buttler A. 1996. Habitat differentiation in a narrow hybrid zone between diploid and tetraploid Anthoxanthum alpinum (Poaceae). New Phytologist 133: 531–540.

Fiedler J, Válek B. 1975. Nová lokalita Linum flavum L. v severovýchodních Čechách. Zprávy Československé Botanické Společnosti 10/1: 27–28.

Fišerová D. 1990. Vegetace východní části SPR Karlštejn. Bohemia centralis 19: 41–79. (In Czech).

Formánek E. 1887. Květena Moravy a rakouského Slezska. Brno. (In Czech).

Galitski T, Saldanha AJ, Styles CA, Lander ES, Fink GR. 1999. Ploidy regulation of gene expression. Science 285: 251–254. PubMed

Gornall JR, Wentworth JE. 1993. Variation in chromosome number of Parnasia palustris L. in British Isles. New Phytologist 123: 383–388.

Grulich V. ed. 1989. Výsledky floristického kursu ČSBS v Uherském Hradišti. Uherské Hradiště: Odbor kultury ONV. (In Czech).

Hanousek J. 1981. Příspěvek k flóře jihovýchodního okraje Drahanské vrchoviny. Zprávy Československé Botanické Společnosti 16/2: 119–124. (In Czech).

Hewitt GM. 1988. Hybrid zones—natural laboratories for evolutionary studies. Trends in Ecology and Evolution 3: 158–167. PubMed

Holub J, Měsíček J, Javůrková V. 1970. Annoted chromosome counts of Czechoslovak plants. Folia Geobotanica Phytotaxonomia 5: 339–368.

Houda J. 1969. Džbán. Louny: Kulturní správa ONV. (In Czech).

Hrouda L, Skalický V. 1988. Floristický materiál ke květeně Příbramska I. Vlastivědný sborník Podbrdska, přírodovědné číslo/živá příroda/ 1984/27: 115–194. (In Czech).

Husband BC. 2004. The role of triploid hybrids in evolutionary dynamics of mixed-ploidy population. Biological Journal of the Linnean Society 82: 537–546.

Husband BC, Schemske DW. 1997. Cytotype distribution at a diploid-tetraploid populationa of Chamerion (Epilobium) angustifolium (Onagraceae). American Journal of Botany 85: 1688–1694. PubMed

Huziwara Y. 1962. Karyotype analysis in some genera of Compositae. VIII. Further studies on the chromosomes of Aster. American Journal of Botany 49: 119–119.

Jay M, Reynaud J, Blaise S, Cartier D. 1991. Evolution and differentiation of Lotus corniculatus/Lotus alpinus populations from French south-western Alps. Evolutionary Trends in Plants 5: 157–160.

Knížetová L, Pecina P, Pivničková M. 1987. Prověrka maloplošných chráněných území a jejich návrhů ve Středočeském kraji v letech 1982–85. Bohemia centralis 16: 7–262. (In Czech).

Koblížek J, Sutory K, Řepka R, Unar J, Ondráčková S. 1998. Floristická charakteristika vybraných lokalit širšího okolí energetické soustavy Dukovany-Dalešice. Přírodovědní sborník Západomoravského muzea v Třebíči 37: 1–99. (In Czech).

Kolbek J. 1986. Příspěvek ke květeně Chráněné krajinné oblasti Křivoklátsko. Bohemia centralis 15: 29–52. (In Czech).

Kolbek J, Petříček V. 1994. Příspěvek ke květeně Úštěcké pahorkatiny. Severočeskou Přírodou 28: 65–84. (In Czech).

Kovanda M. 1984. Chromosome numbers in selected Angiosperms (2). Prelia 56: 289–301. (In Czech).

Kovanda M. 2002. Observations on Aster amellus L. Thaisia 12: 83–87.

Kovanda M. 2005. Aster. In: Hejný S, Slavík B (eds). Květena ČR, Volume 7. Praha: Academia. Pp. 130–132. (In Czech).

Krahulcová A. 1990. Selected chromosome counts of the Czechoslovak flora II. Folia Geobotanica Phytotaxonomia 25: 381–388.

Kruuk LEB, Baird SJE, Gale KS, Barton NH. 1999. A comparison of multilocus clines maintained by environmental adaptation or by selection against hybrids. Genetics 153: 1959–1971. PubMed PMC

Kubát K. 1970. Rozšíření některých druhů rostlin v Českém středohoří. Litoměřice. (In Czech).

Kubát K, Sládek J, Hamerský R, Roubínková O. eds. 1999. Floristický materiál z floristických kurzů a exkurzí Severočeské pobočky ČBS 1987 – 1993. Severočeskou přírodou 31: 67–81. (In Czech).

Leitch IJ, Bennett MD. 1997. Polyploidy in angiosperms. Trends in Plant Sciences 2: 420–476.

Lewis WH. 1980. Polyploidy in species population. In: Polyploidy, biological relevance. New York: Plenum Press.

Levin DA. 1975. Minority cytotype exclusion in local plant populations. Taxon 24: 35–43.

Löve Á. 1974. IOPB Chromosome number reports XLVI. Taxon 23: 801–812.

Lumaret R, Barrientos E. 1990. Phylogenic relationships and gene flow between sympatric diploid and tetraploid plants of Dactylis glomerata L. Plant Systematics and Evolution 169: 81–96.

Lumaret R, Hanotte C. 1987. Mise en évidence d'un écotype de dactyle (Dactylis glomerata L.) de pelouses dolomitiques subalpines dans les Grisons (Suisse. origine et échanges géniques avec les dactyles des prairies adjacentes. Oecologia Plantarum 8: 3–20.

Lumaret R, Guillerm JL, Delay J, Loutfi A, Izco J, Jay M. 1987. Polyploidy and habitat differentiation in Dactylis glomerata L. from Galicia (Spain). Oecologia 73: 436–446. PubMed

Májovský J, Murín A, Feráková V, Hindáková M, Schwarzová T, Uhríková A, Váchová M, Záborský J. 1987. Karyotaxonomický prehlad flóry Slovenska. Bratislava: Veda. (In Slovak).

Manton I. 1934. Vergleichende Chorologie der Zentraleuropaeische Flora. Jena: Gustav Fischer Verlag.

McArthur DE, Sanderson SC. 1999. Cytogeography and chromosome evolution of subgenus Tridentatae of Artemisia (Asteraceae). American Journal of Botany 86: 1754–1775. PubMed

Merx H, Schreiber A. 1976. Aster. In: Tutin TG, Heywood VH, Burges NA, Valentine DH, Walters SM, Webb DA (eds). Flora Europaea, Volume 4. New York: Cambridge University Press, 115.

Meusel H, Jäger EJ. 1992. Vergleichende Chorologie der zentraleuropäischen Flora. New York: Gustav Fischer Verlag Stuttgart.

Mitchell WW. 1992. Cytogeographic races of Arctagrostis latifolia. Canadian Journal of Botany 70: 80–83.

Müller J. 1999. Vzácné rostliny v Moravském krasu a na území města Brna. Zprávy České Botanické Společnosti 34/1: 67–72. (In Czech).

Münzbergová Z. 2004. Effect of spatial scale on factors limiting species distributions in dry grassland fragments. Journal of Ecology 92: 854–867.

Neuhäusl R, Neuhäuslová-Novotná Z. 1968. Floristický materiál ke květene Moravy I. Zprávy Československé Botanické Společnosti 3: 147–160. (In Czech).

Novák FA. 1943. Nová chráněná přírodní oblast. Krása našeho Domova 35: 133–137. (In Czech).

Opiz PM. 1815–1835. Botanische Topographie Böheims. 1–3. Prague. (In Czech).

Otruba J. 1944. Světlík tatarský, Euphrasia tatarica Fischer, na stepi u Žerůvek nedaleko Olomouce. Příroda 37: 32. (In Czech).

Ott J. 1851. Fundorte der Flora Böhmens nach weil. Prof. Fr. Ing. Tausch's Herbarium Florae Bohemicae alphabetisch geordnet: 49–60.

Otto F. 1990. DAPI staining of fixed cells for high-resolution flow cytometry of nuclear DNA. In: Crissman HA, Darzynkiewicz Z, eds. Methods in cell biology, Vol. 33. New York: Academic Press, 105–110. PubMed

Ozkan H, Levy AA, Feldman M. 2001. Allopolyploidy-induced rapid genome evolution in the wheat (Aegilops–Triticum) group. Plant Cell 13: 1735–1747. PubMed PMC

Pannell JR, Obbard DJ, Buggs RJA. 2004. Polyploidy and the sexual system: what can we learn from Mercurialis annua? Biological Journal of the Linnean Society 82: 547–560.

Pekárek P. 1986. Příspěvek ke květeně Ústěcka. Zprávy Československé Botanické Společnosti 21: 215–223. (In Czech).

Petit RJ, Pineau E, Demesure B, Bacilieri R, Ducousso A, Kremer A. 1997. Chloroplast DNA footprints of postglacial recolonization by oaks. Population Biology 94: 9996–10001. PubMed PMC

Pijáček J. 1951. První Příspěvek k průzkumu motýlí fauny na Hlučinsku. Přírodovědecký sborník Ostravského kraje 12: 248–258. (In Czech).

Podpěra J. 1911. Květena Hané. Základy zeměpisného rozšíření rostlinstva na Horním úvalu moravském. Brno. (In Czech).

Podpěra J. 1949. Jak proniká teplobytná květena do údolí jesenických a beskydských. Přírodovědecký sborník Ostravského kraje 10: 81–95. (In Czech).

Pořízek L, Pivničková M. 1994. Plány péče o zvláště chráněná území a příklady jejich realizace v chráněných územích Kopč a Sprašová rokle u Zeměch v okrese Mělník. Bohemia centralis 23: 155–162. (In Czech).

Ramsey J, Schemske DW. 1998. Pathways, mechanisms, and rates of polyploid formation in flowering plants. Annual Review of Ecology and Systematics 29: 467–501.

Reitmayer J. 1968. Příspěvek ke květeně jihomoravské pahorkatiny. Zprávy Československé Botanické Společnosti 3: 17–21. (In Czech).

Rivola M. 1975. Některé nové návrhy chráněných území na Křivoklátsku. Bohemia Centralis 4: 52–63. (In Czech).

Rohlena J. 1930. Přízpěvky k floristickému výzkumu Čech. Časopis národního Musea, sect. 104: 1–16, 69–78. (In Czech).

Rothera SL, Davy AJ. 1986. Polyploidy and habitat differentiation in Deschampsia caespitosa. New Phytologist 102: 449–467.

Saul J. 2000. Významná lokalita Tretorhiza cruciata v severozápadním okolí Brna. Zprávy Československé Botanické Společnosti 35/1: 39–40.

Schaffers AP, Sýkora KV. 2000. Reliability of Ellenberg indicator values for moisture, nitrogen and soil reaction: a comparison with field measurements. Journal of Vegetation Science 11: 225–244.

Sedláček J, Dvořák F. 1983. Vzácné a ohrožené druhy jihovýchodní části Hustopečské pahorkatiny. Zprávy Československé Botanické Společnosti 18: 61–66. (In Czech).

Soltis DE, Soltis PS. 1999. Polyploidy: recurrent formation and genome evolution. Trends in Ecology and Evolution 14: 348–352. PubMed

Soltis PS, Soltis DE. 2000. The role of genetic and genomic attributes in the success of polyploids. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 97: 7051–7057. PubMed PMC

Song K, Lu P, Tang K, Osborn T. 1995. Rapid genome change in synthetic polyploids of Brassica and its implications for polyploidy evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 92: 7719–7723. PubMed PMC

Stebbins GL. 1950. Variation and evolution in plants. New York: Columbia University Press.

Stebbins GL. 1985. Polyploidy, hybridization and the invasion of new habitats. Annals of the Missouri Botanical Garden 72: 824–832.

Suda J. 2002. New DNA ploidy level in Empetrum (Empetraceae) revealed by flow cytometry. Annales Botanici Fennici 39: 133–141.

Suda J, Malcová R, Abazid D, Banaš M, Procházka F, Šída O, Štech M. 2004. Cytotype distribution in Empetrum (Ericaceae) at various spatial scales in the Czech Republic. Folia Geobotanica 39/2: 161–171.

Suchara I. 1978. Příspěvek ke květeně nejsevernějších opukových strání na Jičínsku. Zprávy Československé Botanické Společnosti 13: 29. (In Czech).

Šimek P. 1980. Chráněné rostliny jižního povodí Želetavky. Zprávy Československé Botanické Společnosti 15: 133–135. (In Czech).

Šimr J. 1927. Vegetace na opuce a její postup na holé půdě. Příspěvek k floristice Českého Středohoří. Věda přírodní 8: 80–81. (In Czech).

Šindelář J. 1941. Studie květeny okolí Kladna. Kladno. (In Czech).

Šumberová K. 1995. Vybrané lokality xerotermní flóry v jižní části Hustopečské pahorkatiny. Zprávy České Botanické Společnosti 30, suppl. 1995/1: 103–112. (In Czech).

Tamanšjan SG. 1959. Aster L. In: Komarov V. (ed.) Flora URSS. Moskva–Leningrad. 14: 77–110.

Thompson JD, Lumaret R. 1992. The evolutionary dynamics of polyploid plants: origins, establishment and persistence. Trends in Ecology and Evolution 7: 302–307. PubMed

Tichý L. 1997. Lesní vegetace údolí Dyje v okolí Vranovské přehrady a mapa potenciální přirozené vegetace. Zprávy České Botanické Společnosti 32, suppl. 1997/15: 109–130. (In Czech).

Toman M. 1974. Rozšíření druhů Aster amellus L. a Linun flavum L. v Čechách. Zprávy Československé Botanické Společnosti 9: 9–21. (In Czech).

Tyler B, Borrill M, Chorlton K. 1978. Studies in Festuca. 10. Observations on germination and seedling cold tolerance in diploid Festuca pratensis and tetrapoid F. pratensis var. apennina in relation to their altitudinal distribution. Journal of Applied Ecology 15: 219–226.

Van Dijk P, Bakx-Schotman T. 1997. Chloroplast DNA phylogeography and cytotype geography in autopolyploid Plantago media. Molecular Ecology 6: 345–352.

Van Dijk P, Hartog M, Vandelden W. 1992. Single cytotype areas in autopolyploid Plantago media L. Biological Journal of the Linnean Society 46: 315–331.

Višňák R. 1992. Květena města Liberce I. Sborník Severočeského muzea, Přírodní vědy 18: 21–72.

Wang H, McArthur ED, Sanderson SC, Graham JH, Freeman DC. 1997. Narrow hybrid zone between two subspecies of big sagebrush (Artemisia tridentata Asteraceae). 4. Reciprocal transplant experiments. Evolution 51: 95–102. PubMed

Weicker C. 1854. Aufzählung einiger im nordwestlichen Teile Böhmens gesammelten Pflanzen. Lotos 4: 131–133.

Žídková K. 1989. Inventarizační průzkum květeny Státní přírodní rezervace Bílé stráně a vrchu Satan u Litoměřic. Severočeskou přírodou 23: 55–76. (In Czech).

Intricate Distribution Patterns of Six Cytotypes of Allium oleraceum at a Continental Scale: Niche Expansion and Innovation Followed by Niche Contraction With Increasing Ploidy Level

Effects of polyploidization on the contents of photosynthetic pigments are largely population-specific

Unmasking cryptic biodiversity in polyploids: origin and diversification of Aster amellus aggregate

Physiological and fitness differences between cytotypes vary with stress in a grassland perennial herb

Flow cytometry, microsatellites and niche models reveal the origins and geographical structure of Alnus glutinosa populations in Europe

Ecological differentiation, lack of hybrids involving diploids, and asymmetric gene flow between polyploids in narrow contact zones of Senecio carniolicus (syn. Jacobaea carniolica, Asteraceae)

Drought tolerance and plasticity in the invasive knapweed Centaurea stoebe s.l. (Asteraceae): effect of populations stronger than those of cytotype and range

Mycorrhizal symbiosis and local adaptation in Aster amellus: a field transplant experiment

Absence of gene flow between diploids and hexaploids of Aster amellus at multiple spatial scales

Minority cytotypes in European populations of the Gymnadenia conopsea complex (Orchidaceae) greatly increase intraspecific and intrapopulation diversity

Bridging global and microregional scales: ploidy distribution in Pilosella echioides (Asteraceae) in central Europe

Complex distribution patterns, ecology and coexistence of ploidy levels of Allium oleraceum (Alliaceae) in the Czech Republic

Ecological segregation drives fine-scale cytotype distribution of Senecio carniolicus in the Eastern Alps

Niche differentiation between diploid and hexaploid Aster amellus

Differences in AM fungal root colonization between populations of perennial Aster species have genetic reasons

Population dynamics of diploid and hexaploid populations of a perennial herb