Cikkek a tavaszi kankalin felemásbibéjűségét vizsgáló kutatásból

Már Darwin is nagy csodálója volt a felemásbibéjűség (vagy heterosztília) nevű jelenségnek - így hívjuk ugyanis azt, amikor a növényfaj egyes egyedei a bibeszáluk hossza alapján több típusba sorolhatók. Megerősíthetem, hogy ennek a morfológiai jelenségnek minél több ökológiai, genetikai, evolúciós, és még ki tudja milyen vonatkozására derül fény, annál lenyűgözőbb. Olvassatok utána, többször írtam már róla.

Tavaszi kankalin (Primula veris)

2021-ben kapcsolódtunk be Csecserits Anikó kollégámmal egy nemzetközi kutatásba, amely során közösségi tudományos módszerekkel gyűjtöttünk adatokat a tavaszi kankalin állományaiban az eltérő bibehosszúságú virágtípusok arányairól. Arra kértük az önkéntes adatszolgáltatókat, hogy keressenek egy kankalin állományt, becsüljék meg a populáció méretét, és 100 egyeden számolják meg a rövid és a hosszú bibéjű egyedeket. A hazai adatok 27 más országéival együtt kerültek elemzésre. Néztük, hogy mennyire teljesül a populációkban az elmélet alapján várt 50-50%-os típusarány, illetve hogy milyen táji változók állhatnak az egyenetlen típusarány mögött. A kutatás gyümölcsei most kezdtek beérni.

A típusarányok gyakran voltak egyenlőtlenek, és összességében 9%-al több rövid bibéjű egyedet találtak az adatbeküldők. A kisebb populációkban jelentősebbek voltak az eltérések. A nyári csapadék mennyisége, valamint a tájhasználat intenzitása is pozitív kapcsolatban volt a rövid bibéjűek gyakoriságával.

A kankalinpopuláció szaporodása akkor működik ideálisan, ha mindkét típus azonos arányban van jelen. Ha ez az egyensúly eltolódik, akkor hiába alkotja valamennyi egyed az állományt, szaporodás szempontjából annál kisebb állomány módjára működik. Kis populációk, elégtelen megporzás vagy drasztikusan egyenlőtlen típusarány esetén a populációban előnybe kerülhetnek a heterosztíliát kevésbé mutató egyedek, amelyek képesek lehetne ön- vagy rokonmegporzásra is. Nagy kérdés, hogy a tavaszi kankalin vajon efelé sodródik-e, és hogy miféle evolúciós előnyöket élvez a rövid bibéjű típusa.

Az eredményeinkből eddig két cikk született: egy esettanulmány a Journal of Ecology-ban és egy összefoglaló cikk a heterosztília természetvédelmi vonatkozásairól az AoB Plants folyóiratban. Az összefoglalókat alább találjátok:

Aavik, T., Reitalu, T., Kivastik, M., Reinula, I., Träger, S., Uuemaa, E., Barberis, M., Biere, A., Castro, S., Cousins, S.A., Csecserits, A., Dariotis, E., Fišer, Ž., Grzejszczak, G., Huu, C.N., Hool, K., Jacquemyn, H., Julien, M., Klisz, M., Kmoch, A., Krigas, N., Lengyel, A., Lenhard, M., Moges, D.M., Münzbergová, Z., Niinemets, Ü., Odé, B., Pánková, H., Pärtel, M., Pätsch, R., Petanidou, T., Plue, J., Puchałka, R., Rienks, F., Samartza, I., Sheard, J.K., Stojanova, B., Töpper, J.P., Tsoktouridis, G., Uzunov, S., & Zobel, M. (2025). A pan‐European citizen science study shows population size, climate and land use are related to biased morph ratios in the heterostylous plant Primula veris. Journal of Ecology, 00, 1–19. https://doi.org/10.1111/1365-2745.14477

Abstract

This link goes to a Czech section

1. The distylous plant Primula veris has long served as a model species for studying heterostyly, that is the occurrence of multiple floral morphs within a population to ensure outcrossing. Habitat loss, reduced plant population sizes, and climate change have raised concerns about the impact of these factors on morph ratios and the related consequences on fitness of heterostylous species.
2. We studied the deviation of floral morphs of P. veris from isoplethy (i.e. equal frequency) in response to plant population size, landscape context and climatic factors, based on a pan-European citizen science campaign involving observations from 28 countries. In addition, we examined the relative frequency of morphs to determine whether landscape and climatic factors disrupt morph frequencies or whether a specific morph has an advantage over the other.
3. Theory predicts equal frequencies of short-styled S-morphs and long-styled L-morphs in populations at equilibrium. However, data from >3000 populations showed a substantial morph deviation from isoplethy and a significant excess of S-morphs (9% higher compared to L-morphs). Deviation of morph frequency from equilibrium was substantially stronger in smaller populations and was not affected by morph identity. Higher summer precipitation and land use intensity were associated with an increased prevalence of S-morphs.
4. Five populations containing individuals exhibiting short homostyle phenotypes (with the style and anthers in low positions) were found. Genotyping of the individuals at CYP734A50 gene of the S locus, which determines the length of the style and the position of anthers of P. veris, revealed no mutations in this region.
5. Our results based on an unprecedented geographic sampling suggest that changes in land use and climate may be responsible for non-equilibrium morph frequencies. This large-scale citizen science initiative sets foundations for future studies to clarify whether the unexpected excess of S-morphs is due to partial intra-morph compatibility, disruption of heterostyly or survival advantage of S-morphs.
6. Synthesis. Human-induced environmental change may affect biodiversity indirectly through altering reproductive traits, which can also lead to reduced fitness and genetic diversity. Further research should consider the possible role of pollinators in mediating the ecological and evolutionary consequences of recent landscape and climatic shifts on plant reproductive traits.

Kivastik, M., Castro, S., Conti, E., Jacquemyn, H., Keller, B., Lengyel, A., Lenhard, M., Münzbergová, Z., Reinula, I., Stojanova, B., Träger, S., Viljur, M., & Aavik, T. (2025). Heterostylous plants in an era of global change: a review on the consequences of habitat loss and fragmentation. AoB Plants, 17/4., plaf016, https://doi.org/10.1093/aobpla/plaf016

Abstract

The widespread loss and fragmentation of habitats have caused significant declines in biodiversity. Among plants, animal-pollinated species are particularly threatened because of the negative effects of these factors on pollinators. Heterostyly is a unique reproductive system defined by two or three floral morphs having a distinct position of anthers and style. The spatial separation of reproductive organs, accompanied by a self-incompatibility system, restricts self-pollination and favours pollinator-mediated pollen transfer between different morphs. In this review, we synthesize knowledge about the effects of loss in the area and connectivity of habitats, and related reduction in population size on heterostylous plants. We conducted a literature search to obtain an overview of studies investigating the short- and long-term consequences of the decreased area and connectivity of habitats as well as plant population size for heterostylous species. To quantify the relationship between plant population size and morph ratio bias, we applied a meta-analytical approach. First, the meta-analysis showed that reductions in population size can significantly disrupt the optimal morph ratio, leading to fewer compatible mates and lower reproductive output. Second, the literature review highlights the negative consequences of biased morph ratios for population viability and genetic diversity of heterostylous plants. Finally, heterostylous species may adapt to the loss of pollination by shifting their mating system to homostyly and selfing. This review demonstrates that habitat loss and fragmentation have various consequences for heterostylous plants, e.g. reduced population size, morph ratio bias, and disruption of pollination. With ongoing environmental changes, there are still important knowledge gaps that need to be addressed more systematically. These include the long-term impact of skewed morph frequencies on population viability, the selective forces driving variation in anther-stigma separation and intra-morph compatibility, the role of habitat loss and connectivity, and related reduction in pollinator abundance and diversity in the selection for homostyly.