Ekologiczne i ewolucyjne uwarunkowania i konsekwencje subdioecji u roślin okrytonasiennych

• Authors: Paweł Mirski

Title variants

EN

Ecological and evolutionary mechanisms and consequences of subdioecy in angiosperms

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Subdioecja to system seksualny, w którym populacja składa się z osobników męskich, żeńskich i hermafrodytycznych lub jednopiennych. Uważa się, iż subdioecja jest zjawiskiem bliskim dwupienności. System ten mógł wyewoluować poprzez pięć różnych ścieżek ewolucyjnych, poczynając od hermafrodytyzmu przez gynodioecję, androdioecję, monoecję i distylię. Ponadto gatunki, które osiągnęły już ewolucyjne stadium dwupienności mogą zmienić system seksualny na poligamię. Zmiany te mogą być powodowane warunkami środowiska, bądź czynnikami genetycznymi. Zjawisko to nazywane "labilnością płci" stwierdzane jest również u gatunków roślin, u których występują chromosomy płciowe. Płeć roślin może być jednak determinowana również przez czynniki takie jak temperatura, dostępność biogenów, fotoperiod, hormony roślinne i pasożyty. Takie przypadki zmiany systemów seksualnych w kierunku subdioecji zostały odnotowane ostatnio we florze krajowej np. u wierzby czarniawej Salix myrsinifolia i klonu jesionolistnego Acer negundo. Poza czynnikami środowiskowymi niewątpliwie na zmianę płci u roślin mogą wpływać czynniki genetyczne takie jak hybrydyzacja i poliploidyzacja, co zostało udowodnione odpowiednio u wierzb i szczyra rocznego Mercurialis annua. Przypuszcza się, iż zjawisko subdioecji może być korzystne dla roślin w fazie kolonizacji, w warunkach metapopulacji oraz w innych sytuacjach związanych z niedoborem pyłku. Osobniki hermafrodytyczne osiągają wyższe dostosowanie w sytuacji niedoboru osobników płci przeciwnej, zazwyczaj w warunkach niskiego zagęszczenia populacji. Hermafrodytyzm staje się mniej konkurencyjny w miarę stabilizacji populacji i wówczas zjawisko subdioecji może nie być podtrzymywane.

EN

Subdioecy (a form of polygamy) is a sexual system defined as population consisted of males, females and hermaphrodite or monoecious individuals. This phenomenon is thought to be a nearly final stage of dioecy. Five different evolutionary pathways that can lead to subdioecy have been considered, starting from hermaphroditism, gynodioecy, androdioecy, monoecy or distyly. Moreover the species that are already dioecious can also change to polygamy: due to environmental conditions and genetic factors. The phenomenon called "sex lability" is known to be working within plant species, which are known to have sex chromosomes. In those species sex is determined by the variety of factors : temperature, biophile elements, photoperiod, fitohormones and parasites. Such sex change towards hermaphroditism have been reported recently in Polish flora in Dark-leaved Willow Salix myrsinifolia and Boxelder Maple Acer negundo. Sex change in plants, on the other hand, can be also caused via hybridization and polyploidization in example: genus Salix and Mercurialis annua respectively. It is hypothesized that polygamy can be advantageous in plants during colonization phase, in metapopulation dynamics and other situations mostly connected to pollen shortage. High fitness of hermaphrodites can be obtained, when partners of opposite sex are lacking, mostly in cases of low population density. After population becomes stable, hermaphrodites lose their advantage and polygamy may be no longer supported.

• Journal: Kosmos
• Year: 2011
• Volume: 60
• Issue: 3-4
• Pages: 415-421

Dates

published

2011

Contributors

author

Paweł Mirski

• Instytut Biologii, Uniwersytet w Białymstoku, Świerkowa 20B, 15-950 Białystok, Polska

References

• Ashman T. L., 2002. The role of herbivores in the evolution of separate sexes from hermaphroditism. Ecology 83, 1175-1184
• Ashman T. L., 2006. The evolution of separate sexes: a focus on the ecological context. [W:] Ecology and evolution of flowers. Harder L. D., Barrett C. H. (red.). New York, Oxford University Press, 204-222.
• Bailey M. F., Delph L. F., 2007. A field guide to models of sex-ratio evolution in gynodioecious species. Oikos 116, 1609-1617.
• Barret S. C. H., Case A. L., Peters G. B., 1999. Gender modification and resource allocation in subdioecious Wurmbea dioica (Colchicaceae). J. Ecol. 87, 123-137.
• Barret S. C. H., Yakimowski S. B., Field D. L., Pickup M., 2010. Ecological genetics of sex ratios in plant populations. Phil. Trans. R. Soc. B 365, 2549-2557.
• Case A. L., Barrett S. C. H., 2004. Environmental stress and the evolution of dioecy: Wurmbea dioica (Colchicaceae) in Western Australia. Evol. Eco. 18, 145-164.
• Charlesworth B., Charlesworth D., 1978. A model for the evolution of dioecy and gynodioecy. Am. Nat. 112, 975-997.
• Charnov E. L., Maynard Smith J., Bull J. J., 1976. Why be an hermaphrodite? Nature 263, 125-126.
• Darwin C. R., 1877. The different forms of flowers on plants of the same species. John Murray, London.
• Dellaporta S. L., Calderon-Urrea A., 1993. Sex determination in flowering plants. Plant Cell 5, 1241-1251.
• Delph L. F., Wolf D. E., 2005. Evolutionary consequences of gender plasticity in genetically dimorphic breeding systems. New Phytol. 166, 119-128.
• Dorken M. E., Pannel J. R., 2009. hermaphrodite sex allocation evolves when mating opportunities change. Current Biol. 19, 514-517.
• Ehlers B. K., Bataillon T., 2007. 'Inconstant males' and the maintenance of labile sex expression in subdioecious plants. New Phytol. 174, 194-211.
• Faliński J. B., 1998. Androgyny of individuals and polygamy in the populations of Salix myrsinifolia Salisb. in the south-western part of its geographical range (NE-Poland). Pers. Plant Eco. Evo. Sys. 1/2, 238-266.
• Freeman D. C., Harper K. T., Charnov E. L.,1980. Sex change in plants: old and new observations and new hypotheses. Oecologia 47, 222-232.
• Harder L. D., Barrett C. H.,2006. Ecology and evolution of flowers. New York, Oxford University Press.
• Krupnick G. A., Weis A. E., 1997. Floral herbivore effect on the sex expression of an andromonoecious plant, Isomeris arborea (Capparaceae). Plant Eco. 134, 151-162.
• Lloyd D. G., 1976. The transmission of genes via pollen and ovules in gynodioecious angiosperms. Theor. Pop. Biol. 9, 299-316.
• Mędrzycki P., Kołaszewska B., Browiński P., 2006. Subdioecy in invasive populations of Acer negundo (Aceraceae) in eastern Poland. Pol. Bot. Stud. 22, 355-364.
• Mosseler A, Zsuffa L., 1989. Sex expression and sex ratios in intra- and inter-specific hybrid families of Salix L. Silvae Gen. 38, 12-17.
• Morand-Prieur M. E., Raquin C., Shykoff J. A., Frascaria-Lacoste N., 2003. Males outcompete hermaphrodites for seed siring success in controlled crosses in the polygamous Fraxinus excelsior (Oleaceae). Am. J. Bot. 90, 949-953.
• Olson M. S., 2001. Patterns of fruit production in the subdioecious plant Astilbe biternata (Saxifragaceae). J. Ecol. 89, 600-607.
• Pannel J. R., Dorken M. E., Pujol B., Berjano R., 2008. Gender variation and transitions between sexual systems in Mercurialis annua (Euphorbiaceae). Int. J. Plant Sci. 169, 129-139.
• Ramsey M., Vaughton G., 2001. Sex expression and sexual dimorphism in subdioecious Wurmbea dioica (Colchicaceae). Int. J. Plant Sci. 162, 589-597.
• Renner S. S., Ricklefs R. E., 1995. Dioecy and its correlates in the flowering plants. Am. J. Bot. 82, 596-606.
• Ross M. D., 1982. Five evolutionary pathways to subdioecy. Am. Nat. 119, 297-318.
• Sakai A. K., Weller S. G., 1999. Gender and sexual dimorphism in flowering plants: a review of terminology, biogeographic patterns, ecological correlates, and phylogenetic approaches. [W:] Gender and sexual dimorphism in flowering plants. Geber M. A., Dawson T. E., Delph L. F (red.) Berlin, Springer, 1-31.
• Schultz S. T., 1994. Nucleo-cytoplasmic male sterility and alternative routes to dioecy. Evol. 48, 1933-1945.
• Semerikov V., Lagercrantz U., Tsorouhas V., Rönnberg-Wästljung A., Alström-Rapaport C., Lascoux M., 2003. Genetic mapping of sex-linked markers in Salix viminalis L. Heredity 91, 293-299.
• Wasilewski A., Zarzycki K., 1986. Struktura płci populacji. [W:] Populacje roślin i zwierząt. Ekologiczne studium porównawncze. Andrzejewski R., Falińska K. (red.). PWN Warszawa, 49-77.
• Yampolsky C., Yampolsky H., 1922. Distribution of sex forms in the phanerogamic flora. Bibl. Gen. 3, 1-62.
• Zhang D. Y., 2006. Evolutionary stable reproductive investment and sex allocation in plants. [W:] Ecology and evolution of flowers. Harder L. D., Barrett C. H. (red.). New York, Oxford University Press, 41-60.