Morphological and molecular evidence for natural hybridization between Potamogeton compressus and P. rutilus (Potamogetonaceae)

Między gatunkami z rodzaju Potamogeton L. często dochodzi do hybrydyzacji międzygatunkowej. W przypadku rdestnic wąskolistnych (sekcja Graminifolii) ustalenie gatunków rodzicielskich jest trudne ze względu na niewielkie różnice w morfologii. Z tego powodu w badaniach nad hybrydyzacją pomiędzy taksonami rdestnic wąskolistnych często wykorzystuje się techniki molekularne. Celem pracy jest potwierdzenie mieszańcowego pochodzenia nietypowych okazów z rodzaju Potamogeton z trzech populacji – jednej z Polski i dwóch z Litwy oraz ustalenie taksonów rodzicielskich badanego mieszańca. W pracy wykonano analizy genetyczne regionów ITS (DNA jądrowe) i rpl32-trnL (DNA chloroplastowe), uzyskanych w wyniku sekwencjonowania bezpośredniego oraz analizę ddRADseq opartą na sekwencjonowaniu zredukowanej frakcji DNA genomowego. Badania genetyczne uzupełniono analizą cech morfologicznych mieszańca i gatunków rodzicielskich. Sekwencje DNA uzyskane z analizy ddRADseq opracowano za pomocą pakietu ipyrad-analysis, w którym wykonano analizy STRUCTURE i PCA. Przygotowano również sieć filogenetyczną typu NeighbourNet w programie SplitsTree. Analiza regionu ITS pozwoliła ustalić tylko jeden gatunek rodzicielski mieszańca – Potamogeton compressus. Na podstawie międzygenowego regionu rpl32-trnL, ustalono, że gatunkiem matczynym okazów mieszańca z Litwy jest P. compressus, natomiast okazów z Polski P. acutifolius. Dzięki analizie danych ddRADseq ustalono drugi gatunek rodzicielski – P. rutilus. Na podstawie danych z analizy morfologicznej i molekularnej przygotowano opis nowego dla nauki taksonu mieszańcowego P. compressus × P. rutilus. Ustalono również, że populacja hybrydy z Polski ma bardziej skomplikowaną historię hybrydyzacji, być może wielokrotnej, w której obecność genów chloroplastowych od P. acutifolius wskazuje na prawdopodobny mechanizm chloroplast capture.

Hybridization between species of the genus Potamogeton L. is a common phenomenon. In linear-leaved pondweeds (section Graminifolii), identifying the parental species is challenging due to their subtle morphological differences. For this reason, studies of hybridization between linear-leaved pondweeds often rely on molecular techniques. The aim of this study was to confirm the hybrid origin of atypical Potamogeton specimens from three populations – one from Poland and two from Lithuania – and to determine the parental taxa of the hybrid. Genetic analyses were performed on the ITS region (nuclear DNA) and the rpl32–trnL intergenic spacer (chloroplast DNA) using direct Sanger sequencing, as well as on ddRADseq data obtained from sequencing a reduced genomic DNA fraction. These genetic studies were complemented by a morphological comparison of the hybrid and its putative parental species. The ddRADseq dataset was analyzed using the ipyrad-analysis toolkit, where STRUCTURE and PCA analyses were performed. Additionally, NeighbourNet phylogenetic network was constructed in SplitsTree. Analysis of the ITS region enabled the identification of only one parental species: Potamogeton compressus. Based on the rpl32–trnL region, the maternal species of the Lithuanian hybrid specimens was determined to be P. compressus, while for the Polish specimens it was P. acutifolius. The ddRADseq results revealed the second parental species to be P. rutilus. After combining morphological and molecular evidence, a description of a hybrid taxon new to science – P. compressus × P. rutilus – was prepared. The population of the hybrid from Poland was found to have a complex hybridization history, possibly involving multiple hybridization events, with the presence of chloroplast genes from P. acutifolius indicating a likely case of chloroplast capture.