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Gynodioecy in mountain thyme (Thymus praecox agg.) : why more females at higher altitudes?


Landergott, Urs. Gynodioecy in mountain thyme (Thymus praecox agg.) : why more females at higher altitudes? 2007, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Zusammenfassung Die Untersuchung der Frage, warum beim Bergthymian in höher gelegenen Lagen Weibchen häufiger vorkommen, kann zum Verständnis der Erhaltung des gynodiözischen Fortpflanzungssystems (Nebeneinander von Weibchen und Zwittern) beitragen. Zuerst wurden die genetische Vielfalt und räumliche Verteilung der nukleären und cytoplasmatischen geschlechtsbestimmenden Gene anhand von Geschlechterhäufigkeiten in kontrollierten Kreuzungen untersucht. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass die geschlechtsbestimmenden Gene natürlicher Selektion unterlagen (lokale Anpassung/Kosten der Wiederherstellung der männlichen Funktion) und dass Umwelteinflüsse, welche die relative Fitness von Zwittern und Weibchen beeinflussen, die Variation der Geschlechterhäufigkeiten entlang von Höhengradienten verursachen. Die Bedeutung der obligaten Kreuzbestäubung von Weibchen (Fremdbefruchtungsvorteil gegenüber Zwittern) für die relative Häufigkeit der beiden Geschlechter in natürlichen Populationen wurde danach genauer untersucht. Zu diesem Zweck wurden genetische Marker (Mikrosatelliten) zur Schätzung von Heterozygotie unter tetrasomer Vererbung entwickelt. Die anschliessenden molekulargenetischen Untersuchungen zeigten, dass Nachkommen aus Selbstbestäubung das Erwachsenenalter kaum erreichen können (starke Inzuchtdepression) und dass Selbstbestäubung auf Zwittern häufig ist. Allerdings war der daraus resultierende Fremdbefruchtungsvorteil der Weibchen in subalpinen und in alpinen Populationen konstant gross. Somit wurde die Hypothese verworfen, dass beim Bergthymian Selektion auf Vermeidung von Inzucht die beobachteten Geschlechterhäufigkeiten entlang von Höhengradienten verursachen könnte. Diese Resultate sind auch von allgemeiner Bedeutung, da sie aufzeigen, dass effiziente Kreuzbestäubung durch Insekten unter alpinen Bedingungen möglich ist. Summary An explanation for why females are more frequent at higher altitudes in Mountain Thyme may help with understanding the evolutionary maintenance of the gynodioecious breeding system, i.e. the coexistence of females and hermaphrodites. The genetic diversity and spatial dynamics of nuclear and cytoplasmic sex-determining genes were first inferred from sex ratio variation among controlled crosses. Results suggested that sex-determining genes were subject to selective processes (local adaptation/cost of restoration of the male function) and that variation in the relative seed fitness and/or survival rates of females and hermaphrodites governs sex ratio variation along subalpine to alpine elevation gradients. The role of the outcrossing advantage of females (i.e. avoidance of inbreeding by obligately outcrossed females) for their relative frequency within populations was further explored. For this purpose, molecular genetic (microsatellite) markers applicable to assess heterozygosity under tetrasomic inheritance were developed. Subsequent microsatellite analyses revealed severe costs of self-fertilisation (inbreeding depression) and considerable rates of geitonogamous selfing in hermaphrodites, thus pointing to a substantial outcrossing advantage of females. However, both the rates and costs of selfing were constant across altitudes, hence rejecting the hypothesis that selection to avoid inbreeding was the driving force maintaining the observed sex ratio variation in Mountain Thyme. More generally, these findings also demonstrate that efficient cross-pollination by insects occurs in alpine environments.

Abstract

Zusammenfassung Die Untersuchung der Frage, warum beim Bergthymian in höher gelegenen Lagen Weibchen häufiger vorkommen, kann zum Verständnis der Erhaltung des gynodiözischen Fortpflanzungssystems (Nebeneinander von Weibchen und Zwittern) beitragen. Zuerst wurden die genetische Vielfalt und räumliche Verteilung der nukleären und cytoplasmatischen geschlechtsbestimmenden Gene anhand von Geschlechterhäufigkeiten in kontrollierten Kreuzungen untersucht. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass die geschlechtsbestimmenden Gene natürlicher Selektion unterlagen (lokale Anpassung/Kosten der Wiederherstellung der männlichen Funktion) und dass Umwelteinflüsse, welche die relative Fitness von Zwittern und Weibchen beeinflussen, die Variation der Geschlechterhäufigkeiten entlang von Höhengradienten verursachen. Die Bedeutung der obligaten Kreuzbestäubung von Weibchen (Fremdbefruchtungsvorteil gegenüber Zwittern) für die relative Häufigkeit der beiden Geschlechter in natürlichen Populationen wurde danach genauer untersucht. Zu diesem Zweck wurden genetische Marker (Mikrosatelliten) zur Schätzung von Heterozygotie unter tetrasomer Vererbung entwickelt. Die anschliessenden molekulargenetischen Untersuchungen zeigten, dass Nachkommen aus Selbstbestäubung das Erwachsenenalter kaum erreichen können (starke Inzuchtdepression) und dass Selbstbestäubung auf Zwittern häufig ist. Allerdings war der daraus resultierende Fremdbefruchtungsvorteil der Weibchen in subalpinen und in alpinen Populationen konstant gross. Somit wurde die Hypothese verworfen, dass beim Bergthymian Selektion auf Vermeidung von Inzucht die beobachteten Geschlechterhäufigkeiten entlang von Höhengradienten verursachen könnte. Diese Resultate sind auch von allgemeiner Bedeutung, da sie aufzeigen, dass effiziente Kreuzbestäubung durch Insekten unter alpinen Bedingungen möglich ist. Summary An explanation for why females are more frequent at higher altitudes in Mountain Thyme may help with understanding the evolutionary maintenance of the gynodioecious breeding system, i.e. the coexistence of females and hermaphrodites. The genetic diversity and spatial dynamics of nuclear and cytoplasmic sex-determining genes were first inferred from sex ratio variation among controlled crosses. Results suggested that sex-determining genes were subject to selective processes (local adaptation/cost of restoration of the male function) and that variation in the relative seed fitness and/or survival rates of females and hermaphrodites governs sex ratio variation along subalpine to alpine elevation gradients. The role of the outcrossing advantage of females (i.e. avoidance of inbreeding by obligately outcrossed females) for their relative frequency within populations was further explored. For this purpose, molecular genetic (microsatellite) markers applicable to assess heterozygosity under tetrasomic inheritance were developed. Subsequent microsatellite analyses revealed severe costs of self-fertilisation (inbreeding depression) and considerable rates of geitonogamous selfing in hermaphrodites, thus pointing to a substantial outcrossing advantage of females. However, both the rates and costs of selfing were constant across altitudes, hence rejecting the hypothesis that selection to avoid inbreeding was the driving force maintaining the observed sex ratio variation in Mountain Thyme. More generally, these findings also demonstrate that efficient cross-pollination by insects occurs in alpine environments.

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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Schneller Johann Jakob, Holderegger Rolf
Communities & Collections:07 Faculty of Science > Department of Systematic and Evolutionary Botany
UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:580 Plants (Botany)
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2007
Deposited On:26 Jun 2019 15:33
Last Modified:25 Sep 2019 00:11
Number of Pages:111
Additional Information:Enthält Sonderdrucke
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod005380514&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

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Language: English
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