Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/86198
Title: Size matters: The role of plant genome size on post-fire regeneration strategies
Other Titles: O tamanho importa: o papel do tamanho do genoma das plantas nas estratégias de regeneração pós-fogo
Authors: Lopes, Sara Maria Brito 
Orientador: Moreira, Bruno Ricardo Jesus
Loureiro, João Carlos Mano Castro
Keywords: Características morfológicas e fisiológicas; estratégias de regeneração pós-fogo; rebrote; recrutamento pós-fogo; tamanho do genoma; Genome size; plant traits; post-fire recruitment; post-fire regeneration strategies; resprouting
Issue Date: 14-Sep-2018
Serial title, monograph or event: Size matters: The role of plant genome size on post-fire regeneration strategies
Place of publication or event: Departamento de Ciências da Vida, FCTUC
Abstract: The selective pressure that fire has exerted on plant communities, along millions of years, as resulted on the development of post-fire regeneration strategies by plants from fire-prone regions. There are two distinct post-fire regeneration strategies: resprouting, which allows persistence at individual level, because the adult plant after being destroyed by fire action has the capacity to initiate new buds through meristematic cells that survive the high temperatures; and post-fire seedling recruitment which allows persistence at populational level, because the adult plant is killed by fire and the fate of the population depends exclusively on seedling emergence from a seed bank. These strategies are related to a specific set of morphological and physiological traits. Resprouting species invest more resources at root level, where they accumulate resources essential for resprouting and, thus, grow slowly. Species who recruit after fire, invest more resources in fast growth and maturation, higher fecundity and photosynthetic rates, which allow the occupation of the new open spaces created by fire action. These plant traits are influenced by genome size through its direct effect on cell size and cellular division processes, which, in turn, impose trade-offs that limit the possible sets of plant traits. Based on the principle that most of the plant traits associated with post-fire recruitment are favoured by small genome sizes, a negative relationship with genome size would be expected between genome size and post-fire recruitment. To test this prediction, information regarding seed number and size, seed bank longevity, relative growth rate and minimum generation time, stomatal density and conductance, specific root length, response to drought, specific leaf area, leaf nitrogen content, genome size and post-fire regeneration strategies, was collected for species from the Mediterranean Basin (one of the most fire-prone regions). Additionally, this was complemented with data obtained in laboratory by flow cytometry. The results of this MSc Thesis confirm the negative relationship between genome size and post-fire recruitment, showing that species with small genome sizes are more likely to have the capacity to establish by seedling recruitment after fire. From all the traits, only seed number per plant and stomatal density were significantly related with genome size. Regarding differences between P- and P+ species, the results confirmed for the traits: seed dry mass, seed number per plant, seed bank longevity, plant relative growth rate and minimum generation time. This is the first study relating genome size with post-fire regeneration strategies and shows that genome size plays an important role in determining the capacity of post-fire seedling recruitment.
A pressão seletiva exercida pelo fogo sobre as comunidades vegetais, durante milhões de anos, teve como resultado o desenvolvimento de estratégias de regeneração pós-fogo em plantas de regiões propensas a incêndios. Assim, atualmente é possível distinguir duas estratégias de regeneração pós fogo: o rebrote, que permite a persistência a nível individual, pois o indivíduo adulto destruído pela ação do fogo, tem a capacidade de iniciar novos rebentos através de células meristemáticas que sobrevivem às altas temperaturas; e a germinação pós-fogo que permite a persistência a nível populacional pois o indivíduo adulto é totalmente destruído pelo fogo, ficando a sobrevivência da população exclusivamente dependente da emergência de plântulas do banco de sementes deixado pelos indivíduos adultos. Estas estratégias são o resultado de um conjunto específico de características morfológicas e fisiológicas. Nas espécies rebrotadoras, os maiores investimentos são feitos ao nível da raiz, onde acumulam reservas essenciais ao rebrote pós-fogo e, por isso, crescem mais lentamente. As espécies que germinam pós-fogo, investem mais no crescimento rápido associado a uma rápida maturação, maior fecundidade e elevadas taxas fotossintéticas que permitam o rápido crescimento e ocupação dos novos espaços criados pela ação do fogo. Estas características das plantas, são influenciadas pelo tamanho do genoma de cada espécie, através do efeito direto que este tem no tamanho das células e nos processos de divisão celular que, por sua vez, impões ‘’trade-offs’’ que limitam a combinação de possíveis traits em cada espécie. Com base no principio de que a maioria características das plantas com capacidade de recrutar pós-fogo são favorecidas por tamanho de genoma pequenos, espera-se uma relação negativa entre o tamanho do genoma e a capacidade de recrutamento pós-fogo. Para testar esta hipotese, foi recolhida informação sobre tamanho e número de sementes, longevidade do banco de sementes, taxas de crescimento e tempo mínimo de geração, densidade e condutância de estomas, comprimento especifico da raiz, resposta à seca, área específica da folha, conteúdo em azoto da folha e tamanho de genoma e estratégias de regeneração pós-fogo para espécies da Bacia do Mediterrâneo (uma das regiões mais propensas a incêndios). A este conjunto de dados foram ainda adicionados mais dados obtidos em laboratório através da técnica de citometria de fluxo. Os resultados desta Tese de Mestrado confirmam a relação negativa entre o tamanho de genoma e o recrutamento pós-fogo, demonstrando que espécies com tamangos de genoma pequenos estão mais propensas a ter a capacidade de se estabelecerem através do recrutamento pós-fogo. De todas as características estudadas, apenas o número de sementes por planta e a densidade de estomas apresentaram relações significativas com o tamanho de genoma. Relativamente a diferenças entre espécies P- e P+, relativamente às diferentes características, os resultados confirmaram as seguintes: tamanho e número de sementes por planta, longevidade do banco de sementes, taxas de crescimento relativo e tempo minimo de geração. Este é o primiero estudo que relaciona tamanho de genoma com estratégias de regeneração pós-fogo e que prova o papel importante do tamanho do genoma na determinação da capacidade de recrutamento pós-fogo.
Description: Dissertação de Mestrado em Ecologia apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/86198
Rights: closedAccess
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