Co ukázal barcoding českých motýlů: Rozdělení genetických linií motýlů v Evropě není náhodné, ale záleží na vlastnostech druhů

Barcoding, čili sekvenování krátkých úseků DNA určitého genu, byl zaveden s myšlenkou mít rychlý nástroj k určení druhů. K tomu bylo třeba získat referenční sekvence, proto byly založeny rozsáhlé databáze, z nichž nejdůležitější je BOLD (Barcoding of Life Data System). Ukázalo se, že barcode používaný u hmyzu (mitochondriální gen pro cytochrom c oxidázu) je často dostatečně variabilní i uvnitř druhu a lze ho použít i v biogeografických studiích.

Evropští motýli jsou jednou ze skupin organismů s nejvíce sekvencemi v databázi BOLD. Nejvíce vzorků pochází ze Středomoří, kde je vysoká druhová i vnitrodruhová diverzita, a množství dat klesá v severovýchodním směru. Především střední Evropou ale procházely důležité kontaktní zóny, a to jak linií, které se vyvinuly v jižní Evropě a rozšířily postglaciálně, tak těch, které se zde mohly vyskytovat a šířit během chladných a suchých dob ledových.

Cílem naší práce bylo osekvenovat všechny druhy motýlů v České republice z mnoha možných populací napříč naším územím a získat tak chybějící data pro důležitou oblast na mapě. Využili jsme databázové sekvence pro zbytek Evropy a pomocí metod, které klastrují sekvence do linií, jsme ukázali vnitrodruhovou příbuznost vzorků v rámci Evropy. Zobrazení těchto linií na mapě pak ukázalo, s kterými částmi Evropy jsou čeští motýli příbuzní (Obr. 1). Tuto příbuznost linií jsme pak vztáhli k vlastnostem druhů: biotopům druhů, funkčním vlastnostem a stupni ohrožení na Červeném seznamu ČR (Obr. 2).

Ukázalo se, že u stepních druhů s vlastnostmi specialistů (malé druhy, s malým počtem generací, krátkou dobou letu a bylinami jako hostitelskými rostlinami) byla ČR osídlena liniemi rozšířenými dále na východ, jih nebo skrz temperátní oblasti. To může být vysvětleno kvartérní historií biotopů a geografii České republiky. Koridory pro stepní druhy jsou umístěné v Panonii, na jihovýchodě státu. Naopak hory na západní hranici blokují linie před postupem dále na západ. U spousty druhů byla ČR osídlena temperátními liniemi, které obývají klimatický pás orientovaný východo-západně. Temperátní linie se mohly šířit dále na západ během suchých glaciálů a přežít dodnes. Tyto druhy s vlastnostmi specialistů jsou také nejvíce ohroženy, protože nejsou uzpůsobeny k životu v současné zjednodušené krajině.

Naopak populace generalistů a lesních druhů v ČR patřily k západním liniím či u nás vykazovaly míchání různých linií nebo měly nízkou genetickou diverzitu. Housenky takových druhů se často vyvíjí na stromech, dospělci jsou velcí a mají dlouhé doby letu a větší počet generací. Lesy se znova rozšířily napříč Evropou až v průběhu holocénu. Proto je u mnoha lesních druhů očekávána malá populační struktura. Generalisté, kteří jsou uzpůsobeni k disperzi, pravděpodobně diverzifikovali v různých refugiích v dobách, kdy bylo jejich rozšíření omezeno klimaticky, a pak mohli snadno kolonizovat rozsáhlá území a jejich linie se promíchaly. Druhy s lepšími disperzními schopnostmi mohou lépe překonávat hory a tím pádem se k nám mohly dostat také ze západu.

DNA barcoding stále představuje užitečný nástroj, který může pomoci kvantifikovat důležité biogeografické vztahy jako například souvislost mezi genetickými liniemi a vlastnostmi druhů. Barcodingová knihovna pro faunu ČR je důležitým příspěvkem do celosvětových barcodovacích snah.

Sucháčková Bartoňová A., Škopek P., Konvička M., Beneš J., Spitzer L., Sbaraglia C., Vrabec V., Papp Marešová J., Konvičková H., Faltýnek Fric Z. (2024) Czech Republic butterfly barcoding reveals that distribution of genetic lineages depends on species traits. Journal of Biogeography Early View: DOI: 10.1111/jbi.14848

Obr. 1. Příklady motýlů s různými genetickými liniemi osídlujícími Českou Republiku. BAPS1-5 jsou jednotlivé klastry příbuzných sekvencí, prezentované zde jako linie. Podle mapy jsme jednotlivým druhům přisoudili jednu až dvě z devíti kategorií dle toho, které linie zasahují do České republiky. CC BY 4.0 (obrázek v originální verzi). https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Obr. 2. Vztahy mezi genetickými liniemi českých motýlů a vlastnostmi druhů: (a) biotopů, (b) funkčních vlastností, (c) stupněm ohroženosti na Červeném seznamu (kanonická korespondenční analýza). CC BY 4.0 (obrázek byl modifikován). https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/