The role of metal accumulation in serpentine adaptation in the group Alyssum montanum s.l.

Abstract

Serpentine soil is known for being one of the greatest challenges for plants in nature. It is naturally toxic, due to the high concentration of heavy metals, propensity to drought, and shortage of nutrients. Serpentine soil forms specific edaphic islands with endemic plants that are strikingly distinguishable from the surrounding environment. In order to colonize serpentine soil, plants often have to evolve and (locally) adapt through special molecular and physiological traits. One such adaptation may be hyperaccumulation: the ability of a plant species to uptake excessive amounts of heavy metals and store them in its tissues. This ability is of particular interest for human purposes, as, if exploited, it can help restore damaged ecosystems through phytoremediation. Species encompassing populations inhabiting both non-toxic as well as toxic soils might provide ideal study systems for exploring the evolution of hyperaccumulation and adaptation towards toxic soils. In general, hyperaccumulators are mostly found in the Brassicaceae family and especially in the tribe Alysseae. We aim to explore serpentine adaptation and metal accumulation in the two understudied species Alyssum gmelinii and Alyssum spruneri, representatives of the group Alyssum montanum, known to grow repeatedly on and off serpentine,...

Hadcová půda je známá tím, že je pro rostliny jednou z největších výzev v přírodě. Je přirozeně toxická kvůli vysoké koncentraci těžkých kovů, náchylnosti k suchu a nedostatku živin. Hadcová půda vytváří specifické edafické ostrovy s endemickými rostlinami, které se nápadně odlišují od okolního prostředí. Aby mohly rostliny kolonizovat hadcovou půdu, musí se často vyvíjet a (lokálně) adaptovat pomocí speciálních molekulárních a fyziologických znaků. Jednou z takových adaptací může být hyperakumulace: schopnost rostlinného druhu přijímat nadměrné množství těžkých kovů a ukládat je ve svých tkáních. Tato schopnost je zvláště zajímavá pro lidské účely, protože pokud dokáže využít, může pomoci obnovit poškozené ekosystémy prostřednictvím fytoremediace. Druhy zahrnující populace obývající jak netoxické, tak toxické půdy, by mohly poskytnout ideální studijní systémy pro zkoumání evoluce hyperakumulace a adaptace na toxické půdy. Obecně se hyperakumulátory vyskytují především v čeledi Brassicaceae a zejména v tribusu Alysseae. Naším cílem je prozkoumat adaptaci na hadec a akumulaci kovů u dvou málo studovaných druhů Alyssum gmelinii a Alyssum spruneri, zástupců skupiny Alyssum montanum, o nichž je známo, že opakovaně rostou na hadci i mimo něj, jako nových slibných modelových druhů pro objasnění role...