6. Sekce biologicko-ekologických věd

 

 

 

 

Při výzkumu klíštěte obecného (Ixodes ricinus), přenašeče klíšťové encefalitidy a lym­ské boreliózy, a způsobů jeho hospodaření s nadbytkem železa pocházejícím z krve hostitele autoři objevili dosud neznámou bílkovinu označenou feritin 2. Oproti již dříve popsanému klíštěcímu feritinu 1 sloužícímu k vnitrobuněčnému uskladnění železa je nově objevený feritin 2 vylučován do tělní tekutiny (hemolymfy) klíštěte. Funkce feritinu 1, feritinu 2 a železo-regulujícího proteinu (IRP) studovali pomocí metody tzv. RNA in­terference, která umožňuje specificky zablokovat jejich tvorbu. V případě nově objeve­ného feritinu 2 se překvapivě ukázalo, že jeho hlavní úlohou je transport železa z trávicího traktu klíštěte do jiných orgánů, zejména do slinných žláz a vaječníků. Na­rušení metabolismu železa mělo negativní dopad na rozmnožování a další vývoj klíšťat. Nejdůležitějším výsledkem bylo zjištění, že potlačením tvorby feritinu 2 došlo k omezení schopnosti klíšťat sát na hostiteli, přičemž více než polovina klíšťat během sání krve uhynula. Podobného efektu bylo dosaženo i při experimentální vakcinaci krá­líků rekombinantním feritinem 2, kde protilátky v krvi hostitele zablokovaly feritin 2 ve střevě klíštěte. Tento fakt, spolu se značnou molekulovou odlišností od feritinů savčích hostitelů, činí z nového klíštěcího feritinu 2 slibného kandidáta na účinnou “proti-klíš­těcí‘“vakcínu, která omezí schopnost sání klíšťat a díky jejich oslabení i sníží riziko přenosu patogenních původců infekčních onemocnění. Možnost veterinárního použití vakcíny na bázi feritinu 2 je chráněno českou^* i mezinárodní^** patentovou přihláškou. V rámci zahraniční spolupráce již proběhlo pilotní testování této vakcíny na hovězím dobytku a získané výsledky velmi podporují další vývoj směrem ke komercionalizaci této vakcíny a jejímu širokému uplatnění zejména v zemích, kde ztráty v chovech hos­podářských zvířat způsobené sáním klíšťat jsou obrovské.

 

Hajdušek, O. – Sojka, D. – Kopáček, P. – Burešová, V. – Franta, Z. – Šauman, I. – Winzerling, J. – Grubhoffer, L.: Knockdown of proteins involved in iron metabolism limits tick reproduction and development. Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. 106 (2009), 1033–1038 (2009). [IF=9,380]

Hajdušek, O. – Almazan, C. – Loosová, G. – Villar, M. – Canale, M. – Grubhoffer, L. – Kopáček, P. – de la Fuente, J.: Characterization of ferritin 2 for the control of tick infestation. Vaccine (zasláno do tisku, prosinec 2009) 

^*Česká patentová přihláška: Kopáček, P. – Hajdušek, O.: "Feritin 2 pro imunizaci organismu proti klíšťatům." Úřad průmyslového vlastnictví České republiky, PV 2008-402 (25.6.2008)

**Mezinárodní patentová přihláška: Kopáček, P. – Hajdušek, O.: "Ferritin 2 for the host immunization against ticks." Úřad průmyslového vlastnictví České republiky, PCT/CZ2009/000085 (18.6.2009)

 

Klíštěcí feritin 2: nový protein pro transport železa a kandidátní protiklíštěcí vakcína

Panel A: Vliv RNA interference na schopnost klíšťat sát na hostiteli

gfp – skupina injikovaná kontrolní (GFP) dvouvláknovou RNA;fer1 KD – vliv umlčení intracelulárního feritinu 1; irp KD – vliv umlčení železo-regulujícího proteinu (IRP); fer2 KD – vliv umlčení sekretovaného feritinu 2

 

 

Modelové schéma metabolismu železa u klíšťat

Na základě našich výsledků a práce laboratoře Pedra L. Oliveiry (Rio de Janeiro) předpokládáme dvě rozdílné cesty pro metabolismus hemu (krevního barviva) a nehemového železa z hostitelské krve. Eliminací feritinu 2 dojde k narušení přenosu nehemového železa, které je důležité např. pro funkci enzymů dýchacího řetězce. Navíc dochází k akumulaci toxického železa ve střevě klíštěte. V důsledku toho je výrazně narušena schopnost sání a dalšího vývoje klíšťat

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Petr Kopáček, 387772207, kopajz@paru.cas.cz

 

Významnou úlohu ve světlosběrných procesech hrají pigmenty zvané karotenoidy, jež nejen účinně zachycují sluneční záření, ale jsou rovněž schopny regulovat přenos energie ve fotosyntetických anténách, a tím chránit organismy před nebezpečným nadbytkem slunečního záření. Peridinin-chlorofyl protein (PCP) je specifický tím, že jako jediná známá anténa využívá karotenoidy, peridininy, jako hlavní světlosběrné pigmenty. Pomocí mutací aminokyselin v blízkosti vazebných míst každého peridininu se podařilo identifikovat specifický peridinin, který „cítí“ přítomnost excitovaného chlorofylu ve své blízkosti. Tento peridinin reaguje na excitovaný chlorofyl změnou absorpčního spektra a tuto změnu se podařilo odhalit pomocí optické spektroskopie s vysokým časovým rozlišením (100 femtosekund, 10^-13 s). Optická transietní spektra byla úspěšně modelována pomocí kvantově-chemických výpočtů na základě struktur nativního i mutovaného proteinu. Skutečnost, že tento peridinin je schopen reagovat na přítomnost excitovaného chlorofylu má význam pro pochopení regulace přenosu energie pomocí karotenoidů. Vzdálenost a specifická vzájemná orientace tohoto peridininu a blízkého chlorofylu umožňuje přenos energie mezi peridininem a karotenoidem za předpokladu, že je excitován peridinin, ale zároveň umožňuje přenos energie opačným směrem v případě, že excitovaný chlorofyl není schopen přenést energii dále. „Obousměrnost” přenosu energie je tedy významným regulačním mechanismem a je způsobena spektroskopickými vlastnostmi peridininu, které jsou ještě jemně doladěny pomocí interakce s aminokyselinami v blízkosti vazebného místa. Mutací jedné z těchto aminokyselin bylo narušeno optimální nastavení spektroskopických vlastností peridininu, což umožnilo identifikaci výše uvedených mechanismů.

 

Schulte, T. – Niedzwiedzki, D. M. – Birge, R. R. – Hiller, R. G. – Polívka, T. – Hofmann, E. – Frank, H. A.: Identification of a single peridinin sensing Chl-a excitation in reconstituted peridinin-chlorophyll a-proteins (PCP) by crystallography and spectroscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. 106 (2009), 20764–20769. [IF=9,380]

 

Spektra a struktura PCP

V horní části obrázku je znázorněna struktura PCP komplexu s vyznačným peridininem (oranžový), který reaguje na excitaci blízkého chlorofylu (zelený). Zbylé peridininy jsou vyznačeny hnědou barvou. V dolní části obrázku je znázorněno absorpční spektrum PCP komplexu (žlutá křivka) a série transientních absorpčních spekter měřených v různých časech po excitaci (zelené křivky).

 

Spolupracující subjekt: Ústav fyzikální biologie, Jihočeská univerzita; Department of Chemistry, University of Connecticut, Storrs, USA; Department of Biology and Biotechnology, Ruhr University Bochum, Germany; Department of Biology, Faculty of Science, Macquarie University, Australia

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Tomáš Polívka, 777729590, polivka@ufb.jcu.cz

 

 

V rybnících a nádržích v České republice byla v letech 2004-2009 studována morfologická diverzita planktonních populací sinic rodu Anabaena (Nostocaceae). Z nich byly izolovány klonální kmeny různých druhů, které byly udržovány v konstantních podmínkách v kultuře. U osmi vybraných kmenů byla v různých experimentálních podmínkách (teplota, intenzita světla, dusík, fosfor) testována proměnlivost morfologických znaků tradičně užívaných pro identifikaci druhů. Hlavním faktorem ovlivňujícím plasticitu morfologických znaků byla koncentrace fosforu. Morfologie studovaných kmenů r. Anabaena z experimentálních podmínek byla porovnána s morfologickými znaky 61 populací rodu Anabaena z přírodních vzorků. Rozsah morfologické variability jednotlivých kmenů v laboratoři ve všech případech pokryl celkovou morfologickou variabilitu populací příslušného druhu či druhového komplexu pozorovanou v přírodě. Na základě těchto výsledků a s ohledem na podobnost genu 16S rRNA studovaných kmenů bylo diskutováno vymezení a řádná definice jednotlivých druhů rodu Anabaena. Pro morfotypy s kulatými akinetami přiléhajícími k heterocytům a sekvencemi 16S rRNA genu jasně odlišnými od zbytku planktonních sinic r. Anabaena (podobnost cca 92%) byl vyčleněn nový rod Sphaerospermum, který obsahuje druhy S. reniforme, S. aphanizomenoides a S. kisselevianum.

 

Zapomělová, E. – Řeháková, K. – Znachor, P. – Komárková, J.: Morphological diversity of coiled planktonic types of the genus Anabaena (cyanobacteria) in natural populations – taxonomic consequences. Cryptogamie/Algologie 28 (2007), 353–371. [IF=0,667]

Zapomělová, E. – Hisem, D. – Řeháková, K. – Hrouzek, P. – Jezberová, J. – Komárková, J. – Korelusová, J. – Znachor, P.: Experimental comparison of phenotypical plasticity and growth demands of two strains from the Anabaena circinalis/A. crassa complex (cyanobacteria). Journal of Plankton Research 30 (2008), 1257– 1269. [IF=1,707]

Zapomělová, E. – Hrouzek, P. – Řeháková, K. – Šabacká, M. –Stibal, M. – Caisová, L. – Komárková, J. – Lukešová, A.: Morphological variability in selected heterocytous cyanobacterial strains as a response to varied temperature, light intensity and medium composition. Folia Microbiologica 53 (2008), 333–341. [IF=1,172]

Zapomělová, E. – Jezberová, J. – Hrouzek, P. – Hisem, D. – Řeháková, K. – Komárková, J.: Polyphasic characterization of three strains of Anabaena reniformis and Aphanizomenon aphanizomenoides (cyanobacteria) and their re-classification to Sphaerospermum gen. nov. (incl. Anabaena kisseleviana). Journal of Phycology 45 (in press) (DOI: 10.1111/j.1529-8817.2009.00758.x).

Zapomělová, E. – Řeháková, K. – Jezberová, J. – Komárková, J. (2009): Polyphasic characterization of eight planctonic Anabaena strains (cyanobacteria) with reference to the variability of 61 Anabaena populations observed in the field. Hydrobiologia (in press) (DOI 10.1007/s10750-009-0028-y).

 

Sphaerospermum reniforme z rybníku Pěšák (jižní Čechy, Česká republika) v původním přírodním vzorku fytoplanktonu (červenec 2006). Bílou šipkou jsou vyznačeny kulovité akinety přiléhající k heterocytu, což je morfologický znak charakteristický pro rod Sphaerospermum (tzv. autapomorfický znak)

 

Spolupracující subjekt: Mikrobiologický ústav AV ČR, Opatovický mlýn, 379 81 Třeboň

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail):Eliška Zapomělová, 387 775 886, eliska.zapomelova@seznam.cz

 

Pastevní půdy, které jsou dlouhodobě využívány jako zimoviště skotu, mohou představovat významný zdroj emisí oxidu dusného (N₂O), který jako další ze skleníkových plynů (např. CO₂ a CH₄) je produkován extenzivní zemědělskou činností. Tento typ managementu je velmi oblíbený v podhorských oblastech zemí EU a je charakterizován nízkonákladovým a ekologickým hospodařením, které zahrnuje přezimování zvířat na lokálních pastvinách. Ačkoliv přezimování pozitivně ovlivňuje zdraví zvířat, nemáme mnoho informací o dopadu tohoto hospodaření na koloběh živin v půdě, včetně transformací dusíku. Protože zimní pastviny jsou blízko stájí a jsou rozměrově mnohem menší než letní stanoviště, vliv zvířat je vyšší než během letního období. Náš výzkum navázal na naše předchozí studie, které popsaly vliv akumulace exkrementů a močoviny, udusání a rozšlapání půdy a další aktivity zvířat na zvýšení obsahu organického uhlíku a dusíku, změnu aeračního statusu a snížení příjmu dusíku rostlinami. Tyto faktory také významně ovlivňují půdní mikrobiální společenstvo. Byly sledovány 3 sekce na zimovišti: sekce silně zatížená (SI), se střední zátěží (MI) a kontrolní půda bez vlivu (NI), a to na jaře (po odchodu zvířat ze zimoviště) a na podzim (po 6 měsících letního klidu). Emise N₂O in situ byly překvapivě nejvyšší v sekci MI na jaře a významně se lišily od emisí v sekcích SI a NI. Zároveň bylo zjištěno, že na podzim emise N₂O významně klesly. Potenciální aktivita denitrifikačního společenstva byla naopak nejvyšší v sekci SI a nejnižší v sekci NI. Byl zaznamenán jasný posun v molárním poměru N₂O/N₂ na místech ovlivněných zvířaty. Vysokým hodnotám potenciální denitrifikační aktivity odpovídala i biomasa denitrifikačních bakterií, měřená jako abundance genů, kódujících enzymy denitrifikační metabolické dráhy (nirK, nirS, nosZ). Nejvyšší množství denitrifikačních bakterií byla naměřena v obou sezonách v sekci SI, kdežto v sekci MI byly hodnoty vysoké jenom na jaře. Naše výsledky poukazují na silný vliv zvířat a jejich aktivity na abundanci a aktivitu půdních denitrifikačních bakterií.

 

Chroňáková, A. – Radl, V. – Čuhel, J. – Šimek, M. – Elhottová, D. – Schloter, M.: Overwintering management on upland pasture causes shifts in the abundance of denitrifying microbial communities, the activity and N₂O-reducing ability. Soil Biology and Biochemistry 41 (2009), 1132–1138. [IF=2,926]

 

Přezimování skotu na pastvinách významně ovlivňuje složení a aktivitu půdního mikrobiálního společenstva.

 

Spolupracující subjekt: Technical University Munich, Helmholz Centre, Munich, Germany

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Alica Chroňáková, 357775770 (5762), alicach@upb.cas.cz

 

 

Je známo, že rostlinné druhy si s sebou do nového regionu nepřinesou většinu ne­přátel, kteří v oblasti původního rozšíření přirozeným způsobem regulují velikost jejich populací a brání jim tak převládnout nad ostatními rostlinami. Všeobecně je přijímána představa, že tento mechanismus je jedním z důležitých příčin invazí. Prove­dená studie jako první ukazuje, že to, kolika nepřátel se druh při invazi zbaví, závisí na typu rostliny. Analýza houbových a virových onemocnění 243 rostlinných druhů evrop­ského původu, které jsou invazní ve Spojených státech, odhalila, že dva mechanismy obecně považované za hlavní příčiny invazí nepůvodních rostlin, tedy vysoká hladina zdrojů a únik před nepřáteli, působí v součinnosti. Rychle rostoucí rostliny, adaptované z oblasti původního rozšíření na vlhká a dusíkatými živinami bohatá stanoviště, tedy prostředí s vysokými hladinami zdrojů, jsou náchylnější k houbovým a virovým choro­bám (obr: BU_2c_1a). Při invazi do nového areálu však tyto druhy ztrácejí mnohem více těchto patogenů než rostliny ze stanovišť na zdroje chudých, což napomáhá jejich šíření. Tento výsledek přispívá k vysvětlení, proč jsou rostlinné invaze nejčastější v prostředí bohatém živinami a dalšími zdroji, které je zpravidla vytvářeno lidskou čin­ností. Invazní, rychle rostoucí druhy tak vlastně získávají dvojitou výhodu – zvýšené množství zdrojů jim umožňuje vytlačit ze společenstev pomalu rostoucí rostliny, ale také rychle rostoucí původní druhy, protože ty jsou ve svém přirozeném prostředí re­gulovány působením svých přirozených nepřátel. Toto zjištění pomáhá lépe pochopit dramatické invaze některých rostlinných druhů a naznačuje, že současné globální změny, jako je narušování krajiny člověkem a její obohacování živinami, budou nadále doprovázeny masivními invazemi rostlinných druhů v různých částech světa. Výsledky této studie navíc potvrzují, že rozlišování druhů na základě jejich zeměpisného původu (princip, který bývá někdy zpochybňován) je opodstatněno rozdíly v chování a vlast­nostech původních a nepůvodních druhů.

 

Blumenthal D., Mitchell C.E., Pyšek P. & Jarošík V. 2009. Synergy between pathogen release and resource availability in plant invasion. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106: 7899–7904; 2. Pyšek P. & Hulme P.E. 2009. Invasion biology is a discipline that’s too young to die. Nature 160: 324.

Průměrný počet druhů houbových a virových patogenů zjištěných na rostlinách různých typů životní strategie v původním areálu v Evropě (A, B) a počet těchto druhů, kterých se rostliny zbavily po zavlečení do Severní Ameriky (C, D). Kompetitivní (C) a ruderální (R) strategie jsou typické pro rychle rostoucí druhy, druhy schopné tolerovat stres (S) rostou pomaleji. Převzato z Blumenthal et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106: 7899–7904, 2009.

 

Spolupracující subjekt:spolupráce s partnery v rámci Research Coordination Network on Integrating the Ecology and Evolution of Invasions (NSF USA)

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Petr Pyšek, tel. 271015266, e-mail: pysek@ibot.cas.cz

 

 

Zavlékání nepůvodních organismů rostlin a živočichů do Evropy se v posledních desetiletích zrychluje (obr­­_BU_2c_2a) a náklady na boj s invazními organismy dosahují na kontinentu v současnosti téměř 13 mld. € ročně. Náš výzkum dokumentuje, že invaze ohrožují druhovou diverzitu na různých prostorových škálách; na úrovni rostlinného společenstva se navíc ukazuje, že míra potlačení diverzity souvisí s relativní mírou dominance invazního druhu oproti původním dominantním druhům, přítomným před invazí. Záleží tedy nejen na tom, jak kompetičně silný je invadující druh, ale i na tom, jak výrazná byla dominanta společenstva před invazí. Invaze mají vliv nejen na taxonomickou, ale i fylogenetickou diverzitu; složení zavlečené flóry velkých evropských a amerických měst je určováno environmentálními filtry, jejichž vliv se více projevuje na archeofytech, druzích zavlečených v průběhu tisíciletí, než na neofytech, introdukovaných v posledních stoletích; invaze obecně snižují funkční diverzitu urbánních flór. To, že některé invazní druhy mají značný ekonomický význam, nelze považovat za důvod k jejich dalším introdukcím a přehlížení ekologických rizik. Ekonomický zisk se zpravidla týká konkrétního hospodářského sektoru, zatímco důsledky invaze nese celá společnost. Nemají-li škody v budoucnosti narůstat, je jediným možným principem předběžná opatrnost. Evropa v současnosti disponuje díky projektům DAISIE a ALARM kvalitními daty a znalostmi, které poskytují dostatečný podklad pro rozhodnutí o budoucí strategii boje s invazními druhy, a může tak být příkladem ostatním částem svět. Přístup k invazím je však dosud v Evropě roztříštěný, spadá do působnosti několika institucí a bylo by žádoucí jej koordinovat. Navrhujeme zřídit novou agenturu European Centre for Invasive Species Management, která by měla celoevropskou působnost, zabývala se všemi aspekty invazí a pomohla by snížit prostředky na ně vynakládané.

 

Hulme P., Pyšek P., Nentwig W. & Vilà M. 2009a. Will threat of biological invasions unite the European Union? Science 324: 40–41;

Hejda M., Pyšek P. & Jarošík V. 2009. Impact of invasive plants on the species richness, diversity and composition of invaded communities. Journal of Ecology 97: 393–403;

Ricotta C., La Sorte F.A., Pyšek P., Rapson G.L., Celesti-Grapow L. & Thompson K. 2009. Phyloecology of urban alien floras. Journal of Ecology 97: 1243–1251;

Hulme P.E., Nentwig W., Pyšek P. & Vilà M. 2009b. Biological invasions: benefits versus risk. Response. Science 324: 1015–1016;

Hulme P.E., Nentwig W., Pyšek P. & Vilà M. 2009c. A standardized response to biological invasions. Response. Science 325: 146–147;

Hulme P.E., Nentwig W., Pyšek P. & Vilà M. 2009d. Common market, shared problems: time for a coordinated response to biological invasions in Europe? Neobiota 8: 3–19.

 

Průměrné počty nepůvodních druhů zavlékaných do Evropy. Převzato z Hulme et al., Science 324: 40–41, 2009.

 

Spolupracující subjekt: pokračující spolupráce s partnery ukončeného projektu DAISIE

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Petr Pyšek, tel. 271015266, e-mail: pysek@ibot.cas.cz

 

 

Polyploidizace patří mezi klíčové mechanismy v evoluci cévnatých rostlin. Polyploidní taxony se od svých diploidních příbuzných liší v mnoha fenotypových, ekologických či biologických vlastnostech. Populační studie diploidně-polyploidních skupin však v minulosti narážely na potíže se stanovením stupně ploidie u reprezentativního počtu vzorků. Tento nedostatek byl překonán až s nástupem průtokové cytometrie. Nezbytným předpokladem pro srovnávací studie polyploidních skupin je znalost celkové cytotypové variability a údaje o rozšíření ploidií na různých prostorových měřítkách. Detailní cytotypový screening u spektra rostlinných druhů v Evropě a Africe odhalil výrazně větší ploidní diverzifikaci, než se dosud předpokládalo, a genomová duplikace se tak ukázala být důležitým evolučním mechanismem i v oblastech, kde dřívější studie udávaly jen nepatrný podíl polyploidů. Ilustrativním příkladem je kapská květenná oblast v Jižní Africe, kde se podařilo prokázat cytogenetickou diferenciaci jak na úrovni genomové (různé cytotypy, vnitrodruhová variabilita ve velikosti genomu), tak chromozomální (různá základní chromozómová čísla) (9; obr­­_BU_1c_3). Rozšíření cytotypů bývá určováno souhrou různých ekologických i evolučních faktorů. Na velkém geografickém měřítku se uplatňují zejména faktory historické (místo vzniku polyploidů, počet polyploidizačních událostí) spolu se schopností šíření daného druhu (10). Naproti tomu distribuci na malých prostorových škálách určují primárně ekologické preference (vazba na určité typy mikrostanovišť, biotické i abiotické interakce) a kompetiční schopnosti různých ploidií (11). Ve spojení s molekulárními technikami umožňuje průtoková cytometrie získat informace o pravděpodobné evoluční historii polyploidních typů. Vhodnou skupinu představují druhy allopolyploidní, které kombinují genomy dvou různých diploidních předků. Na základě rozdílů ve velikosti jaderného genomu byly identifikovány rodičovské taxony u významného představitele vysokohorské alpské květeny (12).

 

Suda J., Loureiro J., Trávníček P., Rauchová J., Vít P., Urfus T., Kubešová M., Dreyer L.L., Oberlander K.C., Wester P. & Roets F. 2009. Flow cytometry and its applications in plant population biology, ecology and biosystematics: new prospects for the Cape flora. South African Journal of Botany 75: 389;

Kolář F., Štech M., Trávníček P., Rauchová J., Urfus T., Vít P., Kubešová M. & Suda J. 2009. Towards resolving the Knautia arvensis agg. (Dipsacaceae) puzzle: primary and secondary contact zones and ploidy segregation at landscape and microgeographic scales. Annals of Botany 103: 963–974;

Hülber K., Sonnleitner M., Flatscher R., Berger A., Dobrovsky R., Niessner S., Nigl T., Schneeweiss G.M., Kubešová M., Rauchová J., Suda J. & Schönswetter P. 2009. Ecological segregation drives fine scale cytotype distribution of Senecio carniolicus (Asteraceae) in the Eastern Alps. Preslia 81: 309–319;

Dixon C.J., Schönswetter P., Suda J., Wiedermann M. & Schneeweiss G.M. 2009. Reciprocal Pleistocene origin and postglacial range formation of an allopolyploid and its sympatric ancestors (Androsace adfinis group, Primulaceae). Molecular Phylogenetics and Evolution 50: 74–83.

 

Popis česky: Značná cytotypová variabilita byla pomocí průtokové cytometrie odhalena u různých zástupců kapské květenné oblasti (ilustrativním příkladem je rod šťavel). Zjištěné poznatky tak mění dosavadní pohledy na evoluční mechanismy, které přispěly k diverzifikaci této jedinečné květeny

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Jan Suda, tel. 271015490, e-mail: suda@natur.cuni.cz

 

 

Načasování reprodukce ovlivňuje, jak organismy interagují se svým prostředím, a může mít významné důsledky pro fitness. U rostlin je evoluce fenologie kvetení interpretována jako odezva na selekci ze strany mutualistů, i když důležitou roli mohou mít i antagonisté. V naší studii jsme po dobu sedmi let zkoumali přímé a nepřímé vlivy mutualistů a antagonistů, ovlivňující evoluci doby kvetení vytrvalé byliny Lathyrus vernus. Počátek doby kvetení ovlivňuje produkci semen, predaci predispersními herbivory a riziko spasení. Tyto vlivy mají protichůdný směr a ovlivňují částečně jiné složky fitness rostliny. Kombinací informace o vlivu fenologie na jednotlivé složky fitness s informací o vztahu mezi jednotlivými složkami životního cyklu a mírou dlouhodobé fitness rostliny, vyjádřenou pomocí růstové rychlosti, se ukázalo, že časnější kvetení bylo v každém roce spojeno s vyšší fitness. Tyto vztahy byly dány zejména variabilitou v počtu květů; přímá selekce na fenologii kvetení byla mezi roky velmi variabilní. Z výsledků vyplývá, že k pochopení selekce na fenologii kvetení potřebujeme dlouhodobé studie, které rozlišují přímou a nepřímou selekci a berou v úvahu kovariance s faktory prostředím. K pochopení takovéto selekce, zprostředkované několika činiteli ovlivňujícími různé části životního cyklu, je nezbytné užít demografický přístup (13).

 

Ehrlén J. & Münzbergová Z. 2009. Timing of flowering: Opposed selection on different fitness components and trait covariation. American Naturalist 173: 819–830.

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Zuzana Münzbergová, tel. 271015456, e-mail: zuzmun@natur.cuni.cz

 

 

Rostliny se musejí díky svému usedlému způsobu života každodenně vypořádávat s nepříznivými vlivy okolí a studium rostlinných adaptací na stres je důležité pro porozumění ekologicko-evolučních vztahů v rostlinné říši. Rostliny mají v zásadě dvě možnosti (strategie), jak se vypořádat se silným narušením – buď je nepřežijí a zachování populace závisí na regeneraci ze semen, nebo narušení tolerují a regenerují vegetativně z nenarušených či fragmentovaných částí těla. Tento soubor prací popisuje mechanismy vedoucí k různé úspěšnosti obou strategií v rozličném prostředí. Oproti obecnému očekávání jsme demonstrovali, že vegetativní regenerace rostlin po narušení hraje důležitou úlohu nejen u trvalých druhů, nýbrž i u druhů krátkověkých, například běžných polních plevelů (14, 15). Tuto schopnost je třeba brát v úvahu při mechanickém odstraňování plevelů v organickém zemědělství, které může být následkem schopnosti některých druhů tolerovat narušení a regenerovat málo účinné. Úspěšnost odlišných strategií při překonávání narušení je významně ovlivněna úživností prostředí. Hladina živin je důležitý faktor, určující, zda je v daném prostředí preferována regenerace ze semen či vegetativní regenerace (16). Důležitým a unikátním poznatkem je, že úspěšnost jednotlivých strategií na narušení závisí nejen na aktuálních podmínkách, ve kterých se rostliny nacházejí (např. hladina živin), ale i na kvalitě prostředí a zkušenosti předešlých generací s narušením (17). Mateřské rostliny jsou schopny ovlivnit fotosyntetický aparát svých potomků (obr_BU_2c_5a) a tím i jejich růst v závislosti na hladině živin, při které rostly. Fyziologický aspekt tohoto efektu matky způsobuje, že potomci matek, které zažily silné narušení, rostou lépe v živinami chudém prostředí, zatímco potomci matek, které narušení nezažily, jsou úspěšnější v živinami bohatších podmínkách (obr­­_BU_2c_5b). Je patrné, že tento efekt matky (maternal effect) hraje důležitou úlohu při rozdílném úspěchu vegetativní a generativní regenerační strategie při narušení v různém prostředí, a tudíž má důležitou úlohu v evoluci populací.

 

Rychlost fotosyntézy potomstva závisí na živinových podmínkách, ve kterých rostly mateřské rostliny. Převzato z Latzel et al., Oikos 118: 1669–1678, 2009.

 

Počet (A) a délka (B) listů potomstva mateřských rostlin. Potomci matek, které zažily silné narušení, rostou lépe v živinami chudém prostředí zatímco potomci matek, které narušení nezažily, jsou úspěšnější v živinami bohatších podmínkách. Převzato z Latzel et al., Oikos 118: 1669–1678, 2009.

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Vít Latzel, tel. 271015262, e-mail: latzel@butbn.cas.cz

 

 

Pohlavní výběr vysvětluje mechanismy a procesy, které ovlivňují nerovnoměrnou úspěšnost v rozmnožování jednotlivců v rámci populace. Jeho studium může vysvětlit celou řadu zdánlivě nevýhodných vzorců chování či morfologických adaptací, ale také podat důležité podklady pro ideální párování v chovech hospodářských zvířat, které zvýší produkci (rychlost růstu) a sníží úmrtnost potomstva. Autoři se ve výzkumu za­měřili na 4 aspekty pohlavního výběru a zjistili, že: (1) Životaschopnost, rychlost růstu a přežívání mláďat je výrazně vyšší pokud je samicím umožněno vybrat si partnera. Me­chanismem je pravděpodobně pachový výběr na základě komplexu imunitních genů. (2) Úspěšnost samců se liší podle typu prostředí. V silně kompetitivním prostředí byli úspěšní samci, kteří investovali do zbarvení signalizující agresi a vyšší produkce spermií. Tito samci ovšem znemožňují samičí volbu partnera. Naopak v prostředí s nižší konkurencí mezi samci měly samice více příležitostí si samy vybrat vhodného partnera. (3) Soupeření mezi samci o oplození jiker může způsobit nedostatek spermií v krátkodobém i dlouhodobém měřítku (hodiny až týdny) a tím významně zvýšit počet neoplodněných jiker. (4) Úspěšnost přirozené reprodukce populace hořavek je pri­márně ovlivněna průtokovým režimem a teplotou prostředí. Vyšší teplota vody v evropských řekách zaznamenaná v posledních letech, společně se silným antropo­genním vlivem na charakter řek (jezy, hráze) pravděpodobně způsobuje zvyšování po­četnosti a invazi hořavek na většině území Evropy.  

 

Reichard, M. - Ondračková, M. - Bryjová, A. - Bryja, J. - Smith, C.: Breeding resource distribution affects selection gradients on male phenotypic traits via sexual selection: experimental study on lifetime reproductive success in the bitterling fish (Rhodeus amarus). Evolution. Roč. 63, č. 2 (2009), s. 377-390.

Konečná, M. - Jurajda, P. - Reichard, M.: River discharge drives recruitment success of the European bitterling (Rhodeus amarus) in a regulated river in Central Europe. Journal of Fish Biology. Roč.  74, č. 7(2009), s. 1642-1650.

Smith, C. - Pateman-Jones, C. - Zieba, G. - Przybylski, M. - Reichard, M.: Sperm depletion as a consequence of increased sperm competition risk in the European bitterling (Rhodeus amarus).  Animal Behaviour. Roč. 77, č. 5 (2009), s. 1227-1233.

Casalini, M. - Agbali, M. - Reichard, M. - Konečná, M. - Bryjová, A. - Smith, C.: Male dominance, female mate choice and intersexual conflict in the rose bitterling (Rhodeus ocellatus). Evolution. Roč. 63, č. 2 (2009), s. 366-376.

 

Samec (vpravo) a samice hořavky duhové u mlže, do jehož žaberní dutiny hořavky kladou jikry.

 

 

Denní kolísaní průměrného množství spermií v ejakulátu samců hořavek vystavených kompetici spermií (bílý sloupec) a kontrolních samců bez kompetice spermií (černý sloupec). Ráno (9 – 10 hod), poledne (12- 13 hod), odpoledne (15-17 hod).

 

Spolupracující subjekt: University of St Andrews (Británie), University of Leicester (Británie), University of Lodz (Polsko)

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Martin Reichard, 543422522, reichard@ivb.cz

 

 

 

Pohlavní výběr je hlavním mechanismem zodpovědným za evoluci nákladných samčích ornamentů. Předpokládá se, že ornamentace způsobená karotenoidními barvivy čestně signalizuje individuální kvalitu. U hýla rudého, sociálně monogamního pěvce s výskytem mimopárových paternit, byl testován vztah mezi samčí ornamentací a atraktivitou. Bylo zjištěno, že karotenoidní ornamentace reflektuje jak samčí vnitropárový a mimopárový úspěch tak i jeho celkový reprodukční úspěch. Protože exprese kondičně závislých karotenoidních ornamentů je patrně zprostředkována geny souvisejícími s imunitní odpovědí, tak byly popsány dva imunogenetické systémy u dvou druhů pěvců. V první práci byla zjištěna dosud nejvyšší variabilita MHC genů třídy I nejen u ptáků, ale u obratlovců vůbec. V jedné relativně malé populaci hýla rudého bylo nalezeno 82 různých funkčních variant těchto genů. Tento vysoký polymorfismus může souviset s dlouhými migracemi a prvotní výsledky naznačují, že tyto geny hrají významnou úlohu i při interakcích s lokálními patogeny a při výběru sexuálního partnera. Druhá práce popsala vůbec první gen pro tzv. Toll-like receptor u pěvců, TLR4 u zebřičky pestré. Jedná se o velmi významný receptor vrozené imunity, a jak bylo v této práci experimentálně dokázáno, tak i u pěvců zodpovídá za nespecifickou imunitní odpověď při infekci gram-negativními bakteriemi. I v relativně inbrední populaci zebřiček bylo zjištěno, že gen je polymorfní, což může významným způsobem ovlivňovat přežívání těchto pěvců při bakteriálních nákazách. Data budou využita k testování málo známých vztahů mezi genetickou variabilitou, rezistencí k parasitům a expresí druhotných ornamentů na bázi karotenoidů.

 

Albrecht T. -,Vinkler, M. - Schnitzer J. – Polakova, R. – Munclinger, P.- Bryja, J: Extra-pair fertilizations contribute to selection on secondary male ornamentation in a socially monogamous passerine. Journal of Evolutionary Biology. Roč. 22, č. 10, s. 2020-2030.

Promerová, M. – Albrecht, T. – Bryja, J.: Extremely high MHC Class I variation in a population of a long-distance migrant, the Scarlet Rosefinch (Carpodacus erythrinus). Immunogenetics. Roč. 61, č. 6 (2009), s. 451-461.

Vinkler, M. – Bryjová, A. - Albrecht, T. – Bryja, J.: Identification of the first Toll-like receptor gene in passerine birds: TLR4 orthologue in zebra finch (Taeniopygia guttata). Tissue Antigens. Roč. 74, č. 1 (2009), s. 32-41.

 

Popis česky: Šipky označují variabilní místa v sekvenci DNA, hvězdičky označují místa nesynonymních mutací, které mohou významně ovlivňovat funkci proteinu, tj. jeho schopnost rozeznávat lipopolysacharidy v buněčné stěně bakterií

 

Vztah mezi intenzitou karotenoidního zbarvení a (a) zdánlivým reprodukčním úspěchem spárovaných samců hýla rudého (Carpodacus erythrinus), tj. bez informací o mimopárových paternitách a (b) skutečným reprodukčním úspěchem samců, kdy byly vzaty do úvahy informace o mimopárových paternitách.

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Josef Bryja, 568422387, bryja@brno.cas.cz; Tomáš Albrecht, 608237158, albrecht@ivb.cz

 

 

 

Odpočívající a pasoucí se skot a jelenovití mají tendenci orientovat osu svého těla severojižním směrem. V práci je prokázáno, že nízkofrekvenční elektromagnetická pole generovaná silnoproudým elektrickým vedením ruší magnetickou orientaci kopytníků. Pod nebo blízko elektrického vedení je orientace osy těla skotu a srnců nahodilá . Se vzrůstající vzdáleností od linie elektrického vedení vzrůstá a i magnetická orientace. Páce je prvním důkazem vlivu nízkofrekvenčnho elektromagnetického pole na chování obratlovců.

 

Burda, H.- Begall,S.- Červený, J.- Neef, J.- Němec, P.: Extremly low-frequency electromagnetic fields disrupt magnetic alignment of ruminants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Roč. 106, č.14, (2009), s. 5708-5713.

 

Náhodná orientace osy těla pasoucích se srnců pod dráty elektrického napětí

 

Vysoce průkazná severojižní orientace těla srnců na pastvině mimo dráty vysokého napětí

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Jaroslav Ćervený, tel.: 775353899,  jardaryscerveny@centrum.cz

 

 

 

Termální aklimace je jedna ze základních strategií, kterými se organismy vyrovnávají s teplotní heterogenitou prostředí. Teorie předpokládá, že za prediktabilní proměnlivosti teplot prostředí selekce favorizuje aklimaci termálních výkonnostních křivek před fixními fenotypy. Zkoumali jsme vliv denních fluktuací ve vývojových teplotách na termální citlivost maximální plavací kapacity u larev čolka horského, Triturus alpestris. Inkubovali jsme vajíčka čolků ve třech teplotních režimech s různými denními výkyvy a podobnými průměry, a následně jsme měřili rychlost plavání vylíhlých larev ve třech experimentálních teplotách, se kterými se larvy normálně setkávají v jejich přirozeném prostředí. Embryonální vývoj za malých a středních teplotních fluktuací produkoval larvy s podobnou rychlostí plavání. Naproti tomu nejvíce kolísavý režim indukoval vývoj fenotypů, kteří při 12 °C plavali rychleji než larvy vyvíjející se za mírnějších denních fluktuací. Naše výsledky poskytují evidenci, že denní teplotní fluktuace indukují aklimaci termální závislosti pohybové výkonnosti. U ektotermů setkávajících se s denními cykly teploty prostředí tato plastická odpověď může fungovat jako významný regulátor rychlosti evoluce termální citlivosti 

 

Košvancová M., Urban O., Šprtová M., Hrstka M., Kalina J., Tomášková I., Špunda V., Marek M.V. (2009) Photosynthetic induction in broadleaved Fagus sylvatica and coniferous Picea abies cultivated under ambient and elevated CO₂ concentration. Plant Science 177: 123–130.

Královec J., Pocová L., Jonášová M., Macek P., Prach K. (2009): Spontaneous recovery of an intensively used grassland after cessation of fertilizing Applied Vegetation Science 12: 391-397

Laisk, A., Nedbal, L., Govindjee, eds. (2009) Photosynthesis in silico. Understanding Complexity from Molecules to Ecosystems. Series: Advances in Photosynthesis and Respiration , Vol. 29, XXVIII, 508 p., Hardcover ISBN: 978-1-4020-9236-7.

Lapkouski, M., Panjikar, S., Janščák, P., Kutá Smatanová, I., Carey, J., Ettrich, R., Cséfalvay, E.: Structure of the motor subunit of the type I restriction-modification complex EcoR124I. Nature Structural & Molecular Biology 16 (2009) 94-95

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail):  Lumír Gvoždík, 724326483, gvozdik@brno.cas.cz

 

Byl studována celková uhlíková výměna typického středoevropského mokřadu za účelem ohodnocení potenciálu tohoto typu ekosystému s ohledem na krajinnou depozici uhlíku – souvislost se schopností krajiny pohlcovat tento významný skleníkový plyn. výsledky ukazují, že mokřad patří ke středně silným depozitorům uhlíku. Mokřadní ekosystém dovede uložit 1.9- 2.2 tun uhlíku na hektar za rok, v závislosti na průběhu konkrétní vegetační sezóny. Denní maxim pohlceného uhlíku v průběhu slunného letního dne činí 20 g C m-2 den-1. Depoziční schopnost mokřadu je ale silně narušena náhlými extrémy jako je letní povodeň, která může úplně eliminovat dosaženou uhlíkovou depozici. K jisté regeneraci depozice dochází v průběhu pozdního léta (září), kdy v závislosti na meteorologických podmínkách (hlavně příkon sluneční radiace) dochází k částečnému vyrovnávání ztrát v množství pohlceného uhlíku mokřadem. Výsledky ukazují na „křehkost“ přírodního systému uhlíkové sequestrace, schopnost ekosystémů využít svůj potenciál být uhlíkovýcm deponiem je výrazně závislá nejen na průběhu sezóny ale je silně citlivá k extrémním výkyvům (povodeň, sucho)

 

Dušek J., Čížková H., Czerný R., Taufarová K., Šmídová M., Janouš D.: Influence of summer flood on the net ecosystem exchange of CO2 in a temperate sedge-grass marsh. Agriculture and Forest Meteorology 148 (2009) 1524–1530.

 

Spolupracující subjekt: Zemědělská fakulta, Jihočeská univerzita České Budějovice

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Mgr. Jiří Dušek PhD., 724 787 618, e-mail: zombik@usbe.trebon.cz

 

Kniha : Photosynthesis in silico přináší komplexní přehled matematického modelování procesů fotosyntézy. Kniha svým obsahem pokrývá celou škálu procesů fotosyntetické asimilace v prostorovém měřítku molekula - ekosystém. Kniha se skládá z 5ti částí: Část 1: Obecné problémy biologického modelování., Část 2: modelování zpracování světla a primární separace náboje, Část 3: modelování transportu elektronů a fluorescence chlorofylu, Část 4. integrované modelování primární a sekundární fáze fotosyntézy. Část 5: Od listu přes porost až po globální ekosystém. Kniha dokazuje , že komplexní procesy jako je fotosyntéza nemohou být plně pochopeny bez aplikace systémového přístupu využívajícího metod matematické formalizace.

 

Laisk, A., Nedbal, L., Govindjee, eds. (2009) Photosynthesis in silico. Understanding Complexity from Molecules to Ecosystems. Series: Advances in Photosynthesis and Respiration , Vol. 29, XXVIII, 508 p., Hardcover ISBN: 978-1-4020-9236-7.

 

Spolupracující subjekt: Univ. of Tartu, Univ. of Illinois

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): L. Nedbal tel: +420724330081, nedbal@nh.usbe.cas.c

 

 

Materiály, vykazující odezvu k vnějším podnětům (tzv. inteligentní materiály) nachází uplatnění v nejrůznějších oblastech výzkumu a technologií. Velmi významné jsou materiály vykazující odezvu k vnějšímu magnetickému poli, protože mohou být snadno separovány z komplexních systémů, nebo nasměrovány do požadovaného místa. Různými způsoby byly připraveny magneticky modifikované buňky kvasinek Saccharomyces cerevisiae, které mohou být využity jako celobuněčné biokatalyzátory, ovlivnitelné magnetickým polem. Připravené biokatalyzátory byly využity pro přípravu invertního cukru ze sacharosy a pro rozklad peroxidu vodíku; tyto procesy využívaly intracelulární enzymy invertasu a katalasu. Bylo prokázáno, že modifikované buňky vykazují vysokou aktivitu studovaných enzymů, využitelnou v biotechnologických procesech

 

Safarikova, M., Maderova, Z., Safarik, I.: Ferrofluid modified Saccharomyces cerevisiae cells for biocatalysis. Food Res. Int. 42 (2009) 521-524.Safarik, I., Sabatkova, Z., Safarikova, M.: Invert sugar formation with Saccharomyces cerevisiae cells encapsulated in magnetically responsive alginate microparticles. J. Magn. Magn. Mater. 321 (2009) 1478-1481.

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Ivo Šafarík, 387775608, ivosaf@yahoo.com

 

 

 

Smrčiny v centrální části Šumavy jsou napadeny od konce 80. let kůrovcem a postupně odumírají a regenerují. Základní předpoklad je, že napadené stromy snižují transpiraci a následně se zvyšuje povrchová teplota porostu. Abychom tuto hypotézu otestovali ve velkém měřítku, museli jsme vyřešit celou řadu metodických a technických problémů, např. (a) rozdílné rozlišení a kvalitu termálních dat, (b) variabilitu povrchové teploty v závislosti na členitém reliéfu, (c) časovou variabilitu pozvolných a náhlých disturbancí, (d) citlivost různých spektrálních indexů k pozvolným a náhlým disturbancím. Nejvyšší vypovídací hodnota modelu byla dosažena, když byly hodnoty termálního kanálu váženy podílem lesa pro každý pixel zvlášť a maska lesa byla na okrajích ořezána o 90 m. Po odstranění variability reliéfu z teplotních dat byl zjištěn průkazný nárůst povrchové teploty na poškozených lesích o 3,5 °C (na holinách o 5,2 °C). Rozdíly ve spektrální odezvě mezi náhlými a pozvolnými disturbancemi a jejich časová dynamika byly hodnoceny na třinácti Landsat TM/ETM+ scénách z let 1985 až 2007. Nejvyšší citlivost pro rozlišení změn náhlých i pozvolných ukázal nově navržený spektrální index DI’. Potenciálně lze modelování povrchových teplot využít při identifikaci poškozených a nemocných porostů či změny stanovištních poměrů.

 

Hais M., Kučera T.: Surface temperature change of spruce forest as a result of bark beetle attack: Remote sensing and GIS approach. European Journal of Forest Research, 127 (2008) 327-336.

Hais M., Kučera T.: The influence of topography on the forest surface temperature received from Landsat TM, ETM+ and ASTER thermal channels. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 64 (2009) 585-591.

Hais M., Jonášová M., Langhammer J., Kučera T.: Comparison of two types of forest disturbance using multitemporal Landsat TM/ETM+ imagery and field vegetation data. Remote Sensing of Environment, 113 (2009) 835–845.

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Dr. Tomas Kucera, 387775613, kucera@usbe.cas.cz

 

 

 

Dálkový stříhač: Restrikčně modifikační enzymy typu I rozpoznávají cílovou sekvenci na DNA, kde zůstávají pevně vázány, zatímco DNA oboustranně translokují. DNA, která tvoří během procesu translokace překroucené smyčky, je štěpena restrikčními enzymy až o stovky nukleotidů dál od rozpoznávacího místa. Krystalová struktura motorové podjednotky EcoR124I, která byla právě vyřešena, poskytuje hlubší proniknutí do podstaty těchto komplexních strojů.

 

Lapkouski, M., Panjikar, S., Janščák, P., Kutá Smatanová, I., Carey, J., Ettrich, R., Cséfalvay, E.: Structure of the motor subunit of the type I restriction-modification complex EcoR124I. Nature Structural & Molecular Biology 16 (2009) 94-95

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Doc. RNDr. Rüdiger Ettrich, PhD., email: ettrich@greentech.cz, Fax: +420386361279