Botaniska Föreningen i Göteborg

Föredrag av Mikael Hedrén 19 april 2007: Systematik inom handnycklar Dactylorhiza

Mikael Hedren, Dactyloriza

  Mikaels nuvarande ståndpunkt var att vi har en diploid art D. incarnata, som innefattar bl.a. ängsnycklar D. i. var. incarnata, vaxnycklar D. i. var. ochroleuca, blodnycklar D. i. var. cruenta samt den något mera avvikande D. i. ssp. coccinea. Det förefaller dock inte som om det finns några “tetraploida ängsnycklar”. En andra art är D. maculata, som bl.a. innefattar den diploida underarten skogsnycklar D. m. ssp. fuchsii och den tetraploida underarten jungfru Marie nycklar D. m. ssp. maculata. Allotetraploiderna mellan des­sa båda arter ville Mikael helst sammanfatta till en “stor-art” som kan kallas för “D. majalis s.latiss.”, in­nefattande bl.a. strandnycklar D. purpurella s.lat. (som förefaller ha D. i. ssp. coccinea i sin “stamtavla”), majnycklar D. majalis s.str., englandsnycklar D. praetermissa, sumpnycklar D. traunsteineri, mossnyck­lar D. sphagnicola, lappnycklar D. lapponica och baltnycklar D. baltica. För att försöka reda ut hur dessa olika taxa kan tänkas vara besläktade med varandra har Mikael studerat dem med flera olika “molekylära metoder”: allozymelektrofores, AFLP och DNA-sekvensering av dels ITS-regionen, dels plastid-DNA.

 

  Mikael inledde med att visa en landskapsbild från Georgien, där Dactylorhiza euxina, kanhända en av de “ursprungliga” handnycklarna, växer. Emellertid skulle kvällens föredrag huvudsakligen behandla hand­nycklarna från ett nordiskt perspektiv, varför vi, när den “oproblematiska” Adam och Eva D. sambucina fråndragits, kommer att få veta mer om återstoden: Dactylorhiza incarnata/maculata-komplexet. Mikael har studerat denna “kritiska” växtgrupp under ett flertal år, på senare tid i Lund tillsammans med sina doktor­ander David Ståhlberg och Sofie Nordström. Gruppen omfattar jungfru Marie nycklar D. maculata s.lat., ängsnycklar D. incarnata s.lat., ett flertal mer eller mindre lika taxa vilka Mikael sammanfattade till sump­nyckelgruppen D. majalis s.latiss. samt åtskilliga lokala “underligheter” som ofta är obeskrivna. Varför är systematiken (och nomenklaturen) inom denna grupp så “rörig”? Mikaels förklaring kan sammanfattas i att två diploida taxa, ängsnycklar och skogsnycklar (båda med 2n=40), lätt bildar hybrider, vilka i sin tur relativt lätt tycks kunna frambringa allotetraploider med kromosomtalet 2n=80. De senare förefaller ha bil­dats vid ett flertal tillfällen och varit mer eller mindre framgångsrika i att sprida sig och uppträda som “nya arter” i naturen. Dessa kan i sin tur hybridisera med varandra och med föräldraarterna och ge upphov till än fler taxa, vilka kan förbli helt lokala eller sprida sig vida omkring. Dessutom synes det som om skogs­nycklar genom autotetraploidisering har gett upphov till jungfru Marie nycklar (som också har 2n=80), vilken likaledes blandat sig in i komplexet och gett upphov till än flera besvärligheter för systematikern. Detta förefaller vara nog så krångligt att reda ut!

  Allozymer är olika “varianter” av samma enzym (protein), vilka uttrycks på basis av gener i cellkärnans DNA; olika alleler ger upphov till olika allozymer, vilka ofta har olika elektrisk laddning, och därför ofta kan särskiljas genom elektrofores (men det finns inga garantier för att alla allozymer kan skiljas på detta sätt!). Praktiskt får man bandmönster i en gel som kan jämföras med varandra och tolkas genetiskt: från ängsnycklar erhålles t.ex. ett visst band, men från skogsnycklar två motsvarande band, vilket kan bero på att ängsnycklar är homozygot för motsvarande gen, medan skogsnycklar bör vara heterozygot i detta lo­cus. Hos sumpnycklar, som är tetraploid och antas ha uppstått genom “addition” av genomen hos ängs- och skogsnycklar, erhåller vi alla tre banden, vilket kan tolkas som stöd för hypotesen om sumpnycklar­nas ursprung; i alla händelser talar allozymdata inte emot allopolyploidteorin.

  AFLP (“Amplified Fragment Length Polymorphism”) är en metod där DNA “klipps sönder” i smådelar med hjälp av restriktionsenzym, varefter vissa av dessa fragment amplifieras (“förökas upp”) och genom elektrofores ger upphov till bandmönster som kan tolkas, ofta kallade “DNA-fingeravtryck”. Vid AFLP-undersökning av handnycklarna föll de ut i fem grupper: D. incarnata s.lat., D. majalis s.latiss., jungfru Marie nycklar, skogsnycklar samt D. foliosa, en art från Madeira som förefaller “stå för sig själv”. Denna metod är dock enligt Mikael tämligen krånglig att använda, varför han numera har övergivit den.

  ITS (“Internal Transcribed Spacer”) är en “region” i cellkärnans DNA, närmare bestämt i den del därav som kodar för ribosomernas RNA. ITS innehåller många kopior av (ungefär) samma DNA-sekvens i en lång rad, varför vi här kan finna ett flertal “pseudoalleler” hos samma individ. Proportionerna mellan des­sa “pseudoalleler” kan vara olika mellan olika individ, populationer, “linjer” och arter. Hos ängsnycklar finner vi oftast “pseudoallel” nr X, hos jungfru Marie nycklar alltid nr I, ofta även IIIa och V, hos skogs­nycklar i regel IIIa och V, hos D. maculata ssp. saccifera nr IIIa, V och VI, hos allotetraploiderna diverse blandningar av “pseudoalleler” i olika proportioner, oftast nr IIIa eller V (mossnycklar har intressant nog nr I!). Metoden ger ett överflöd av data, men dessa tycks ofta ge upphov till tolkningsproblem; kanhända får man veta “mer än man skulle vilja veta”?

  Hos växter finns speciella organeller, plastider, i cellerna; den mest kända är kloroplasten, i vilken foto­syntesen äger rum. Plastiderna har eget DNA (åtskilt från cellkärnans) vilket föreligger i form av en ring­formad “kromosom”. Dessa plastider och deras DNA nedärvs hos orkidéer såvitt vi vet strikt på mödernet (men det finns andra växter där det även nedärvs på fädernet). Detta innebär att eventuella hybrider och de allotetraploider som kan uppstå ur dem får moderns plastid-DNA; detta omkombineras nämligen ej heller vid celldelningen. Med avseende på tolv olika undersökta loci delar handnycklarna upp sig i fem grupper: Adam och Eva (naturligtvis för sig själv!), D. incarnata s.lat., “grupp I” (omfattande jungfru Marie nyck­lar, skogsnycklar och allotetraploiderna), “grupp II” (likaledes omfattande jungfru Marie nycklar, skogs­nycklar och allotetraploider), samt D. baumanniana, en grekisk art som “faller ut för sig själv”. Det mest intressanta här är att D. maculata s.lat. samt dess avkomlingar i form av allotetraploider faller ut i två olika grupper, av vilka “grupp II” förefaller ha mera gemensamt med D. incarnata s.lat. än “grupp I”. Båda de två “haplotyp”-grupperna (I och II) är dock mera lika varandra än vad de liknar övriga grupper.

  Efter denna (med nödvändighet) rätt teoretiska genomgång övergick Mikael till att visa bilder av ett fler­tal olika representanter för de olika grupperna. D. incarnata s.lat. är utbredd över stora delar av Europa och långt in i Asien. Vi fick se “vanliga” ängsnycklar och blodnycklar från Sverige, “västliga ängsnyck­lar” D. i. ssp. coccinea från Wales samt “östliga ängsnycklar” från trakten av Van-sjön i Turkiet. Inom våra ängsnycklar i Nordeuropa har Mikael inte lyckats påvisa någon genetisk variation att tala om, däre­mot är variationen mycket större i södra Europa och Medelhavsområdet, i synnerhet i Turkiet. I större de­len av Norden verkar blott en “haplotyp” finnas inom D. incarnata s.lat., men i Västnorge uppträder av allt att döma engelska “haplotyper”, något som kan antyda en annan invandringsväg än i övriga Norden. Till de mera intressanta resultaten hör att Mikael inte lyckats påvisa någon genetisk skillnad alls mellan ängsnycklar, vaxnycklar och blodnycklar – till synes är de helt lika varandra i de genetiska markörer som har studerats. Detta kan anses stöda uppfattningen att de bäst behandlas som varieteter inom samma art.

  Skogsnycklar och jungfru Marie nycklar har ofta behandlats som underarter inom samma art, men ej så sällan som två olika arter. Morfologiskt brukar man skilja dem på karaktärskombinationer hos blommor och blad, bl.a. har skogsnycklar normalt en stor mittflik på läppen, medan jungfru Marie nycklar normalt har en liten. Vid en större morfometrisk undersökning av dessa båda taxa inom Norden visade det sig att de går att skilja “sisådär”; oftast går det att hänföra ett individ eller en population till en av dem, men det finns en hel del “överlapp” och svårbestämda typer mellan de båda typiska formerna. Detta kan anses stö­da att de hellre bör behandlas som underarter än som skilda arter, även om de (åtminstone oftast) har olika kromosomtal. Vi får se skogsnycklar och den närbesläktade sydeuropeiska arten säcknycklar D. saccifera (som troligen bör inkluderas i D. maculata s.lat.). Hos morfologiska skogsnycklar och säcknycklar finns mest “grupp I-haplotyper” men här och var även “grupp II-haplotyper”. Hos jungfru Marie nycklar domi­nerar “grupp II-haplotyper” i Västeuropa (inkluderande södra Norden), men “grupp I-haplotyper” i öster och norr (däribland norra Norden), något som kan tolkas som att underarten invandrat till Norden på två skilda vägar, dels från sydväst, dels från nordost. I ett ordinationsdiagram över svenska individ fördelade sig skogsnycklarna i två väl skilda grupper (båda dessutom med diverse allotetraploider), medan jungfru Marie nycklar var strödda mellan de båda grupperna.

  Allotetraploiderna är ett problem för sig. Vi fick se bilder av sumpnycklar (med få, rätt stora blommor), lappnycklar (med breda blad, vilka har relativt stora fläckar på ovansidan) samt en sannolik hybrid mellan sump- och mossnycklar från Björnekullakärret i Småland, där de växer tillsammans. Sett i ett större euro­peiskt perspektiv utgör allotetraploiderna minst tre olika grupper, av vilka vi i Norden har representanter både för den “röda” (majnycklar, främst i Skåne) och den “gröna” (sumpnycklar, lappnycklar m.m.). Det förefaller som om majnycklar har invandrat till Sverige från sydväst, den “gröna” gruppen däremot på två skilda vägar, dels från sydost, dels från nordost. Dessutom är Gotlands sumpnycklar avvikande från alla andra i Sverige. Inom alpområdet i Centraleuropa växer de “röda” och de “gröna” allotetraploiderna blan­dade om varandra, till skillnad från förhållandena i Norden. Alla dessa har “grupp I-haplotyper”, däremot finner vi mossnycklar “för sig själv” i “grupp II”. Mossnycklar förefaller således vara tydligare genetiskt skild från sumpnycklar än vad som tidigare antagits. Invandringen förefaller ha skett från sydväst, trolig­en över Danmark. Särskilt intressant är att Mikaels genetiska data visar att de något omtvistade nycklarna i Knisa mosse på Öland bör föras till mossnycklar, inte till sumpnycklar.

  Dessutom finns ett flertal rätt så lokala former inom allotetraploiderna inom Norden. Väl kända är “hyb­ridnycklarna” i Viklau på Gotland (som beskrivits av professor Bengt Pettersson); dessa vill Mikael kalla för “Gotland I”. De bildar en individrik lokal population av konstant utseende, bl.a. har de en nästan helt rundad läpp. En annan lokal form, “Gotland II”, har i stället en mera delad läpp. Kanhända har dessa två “lokalarter” uppstått på Gotland, möjligen har de invandrat från Balticum, i alla händelser är de genetiskt mycket olika sumpnycklar och englandsnycklar. En annan “lokalart”, “Norrland I”, återfinns i södra Häl­singland; den har smala blad och påfallande ljusa blommor. Ytterligare en typ kallas “Ångermanland” av Mikael; den har en speciell läppteckning och runda fläckar på bladen. Båda dessa liknar mest mossnycklar vad gäller “haplotyperna”. Ännu flera lokala former är kända från Norrland…

 

  Vid den efterföljande frågestunden framkom bl.a. att handnycklarna tycks vara ännu mera komplicerade än vad man tidigare anat, i synnerhet inom D. maculata s.lat. Ängs-, vax- och blodnycklar hör uppenbart mycket nära ihop och kan knappast skiljas taxonomiskt på högre nivå än varietet. Skogs- och jungfru Ma­rie nycklar bör lämpligen behandlas som underarter, inte som olika arter, därtill är överlappet i variation allt för stort. Triploida (troligen oftast primära) hybrider finns spridda i många områden; de är i regel mer storväxta än de mera “typiska” föräldraexemplaren (heterosiseffekt?). Viss introgression från D. incarnata s.lat. in i allotetraploiderna tycks förekomma, men mekanismen är ännu ej känd. Allotetraploiderna borde enligt Mikael behandlas som en art, D. majalis s.latiss., inom vilken ett flertal underarter kan urskiljas, till stor del motsvarande de taxa som idag behandlas som arter i flororna. De mera lokala typerna skulle man kanske kunna behandla som varieteter inom denna mycket variationsrika “stor-art”. På frågan om varför blandpopulationer av ängs- och vaxnycklar inte uppvisar några mellanformer om de nu är så genetiskt lika svarade Mikael att om skillnaden kontrolleras av en enda gen (vilket kan vara fallet; hur det förhåller sig är okänt) så kanske denna är av typen “antingen-eller”. Å andra sidan kan det hända att pollinatörernas bete­ende (precis som hos åtskilliga andra orkidéer) är förklaringen till att morfologiska typer som tycks sakna genetiska spärrar mot att blandas ändå hålls åtskilda i naturen. Mot denna teori talar att Adam och Eva be­visligen är “bedräglig” mot sina pollinatörer (saknar nektar!); detsamma gäller troligen även åtminstone de flesta andra handnycklar (men detta är inte visat ännu). På lokaler med enbart ängsnycklar finns ej sällan en nog så stor blomfärgsvariation, men orsaken härtill är okänd. Kontrollerade korsningsförsök med vax- och ängsnycklar skulle kanske kunna visa hur det förhåller sig med deras konstans i naturen. Frågan om allopolyploidernas ursprung diskuterades; Mikael ansåg att somliga av dem förefaller ha funnits i Central­europa redan före (den senaste) istiden, varför de kan vara nog så gamla i området kring Alperna. Hand­nycklarna utgör ett vackert exempel på att en intrikat variation som (amatör-)fältbotanisterna sedan länge har observerat vid ett vetenskapligt studium med moderna metoder visat sig kunna ge upphov till nya, ve­tenskapligt intressanta hypoteser. På en förfrågan om vart den nomenklatoriska typen för D. traunsteineri hör svarade Mikael: till sumpnycklar (inte till mossnycklar!). Beträffande möjligheten att utnyttja insamlat material för molekylära analyser förklarade Mikael att blommor som snabbtorkats i kiselgel oftast går bra att använda till ITS, medan allozymstudier kräver levande material. Äldre herbariematerial fungerar nästan aldrig för orkidéer, något som delvis har att göra med de rätt olämpliga prepareringsmetoder som använts (kokning m.m.), delvis med att orkidéernas höga sleminnehåll gör att de torkar så sakta att DNA hinner brytas ned innan växterna är torra nog (om vanlig pressning används, med kiselgel går det bättre).

Detta är ett referat nedtecknat av föreningens sekreterare utan medverkan av presentatören. För eventuella kommentarer angående innehållet kontakta därför i första hand Botaniska Föreningen i Göteborg (botaniska.foreningenTABORT©dpes.gu.se).

Tillbaka till andra föredrag


Botaniska föreningen i Göteborg