Генетическое разнообразие, структура и дифференциация видового комплекса Picea abies–Picea obovata–Picea koraiensis по данным микросателлитного анализа хлоропластной ДНК

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье представлены результаты сравнительного исследования генетической структуры, параметров внутривидового генетического разнообразия и пространственной дифференциации 35 популяций елей видового комплекса P. abies–P. obovata–P. koraiensis, расположенных в пределах областей распространения «чистых» видов и в зонах контакта их ареалов. В анализ включены популяции P. abies из Восточной Европы (Беларусь, Польша), популяции ели из европейской части России, Урала и Западно-Сибирской равнины, расположенные в зоне интрогрессивной гибридизации P. abies и P. obovata, популяции P. obovata из различных частей обширного ареала этого вида в Сибири и в Монголии, а также популяции P. koraiensis с российского Дальнего Востока и северо-востока Китая. Изучение генетической изменчивости и дифференциации популяций проведено на основе анализа изменчивости трех микросателлитных локусов: Pt63718, Pt71936 и Pt26081, разработанных на основе хлоропластного генома Pinus thunbergii Parl. Использование указанных ДНК-маркеров позволило получить данные, свидетельствующие о достаточно высокой степени генетической дивергенции P. koraiensis от двух других входящих в комплекс видов елей P. abies и P. obovata. Произрастающая на Дальнем Востоке ель корейская существенно отличается от популяций этих видов по числу и составу гаплотипов, уровню генетического разнообразия и структуре популяций, что дает нам основание рассматривать ее в качестве отдельного вида.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Я. Ларионова

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Автор, ответственный за переписку.
Email: alya-larion@yandex.ru
Россия, Красноярск, 660036

С. А. Семерикова

Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук

Email: alya-larion@yandex.ru
Россия, Екатеринбург, 620144

А. К. Экарт

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: alya-larion@yandex.ru
Россия, Красноярск, 660036

А. Н. Кравченко

Институт леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: kravchenko-anna.n@yandex.ru
Россия, Красноярск, 660036

В. Л. Семериков

Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук

Email: alya-larion@yandex.ru
Россия, Екатеринбург, 620144

М. А. Полежаева

Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук

Email: alya-larion@yandex.ru
Россия, Екатеринбург, 620144

Список литературы

  1. Правдин Л. Ф. Ель европейская и ель сибирская в СССР. М.: Наука, 1975. 176 с.
  2. Бобров Е. Г. Лесообразующие хвойные СССР. Л.: Наука, 1978. 188 с.
  3. Крюссман Г. Хвойные породы. М.: Лесн. пром-сть, 1986. 256 с.
  4. Коропачинский И. Ю., Встовская Т. Н. Древесные растения Азиатской России. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. 707 с.
  5. Попов П. П. Ель европейская и сибирская: структура, интерградация и дифференциация популяционных систем. Новосибирск: Наука, 2005. 233 с.
  6. Ареалы деревьев и кустарников СССР: в 3-х т. / сост. С. Я. Соколов, О. А. Связева, В. А. Кубли и др. Л.: Наука, 1977. Т. 1. 164 с.
  7. Недолужко В. А. Конспект дендрофлоры российского Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 1995. 208 с.
  8. Воробьев Д. П. Дикорастущие деревья и кустарники Дальнего Востока. Л., 1968. 278 с.
  9. Schmidt-Vogt H. Die Fichte. Hamburg; Berlin: Paul Parey, 1977. Bd. 1. 647 s.
  10. Ворошилов В. Н. Определитель растений советского Дальнего Востока. М.: Наука, 1982. 612 с.
  11. Коропачинский И. Ю. Сосновые – Pinaceae Lindl. // Сосудистые растения Дальнего Востока. Л.: Наука, 1989. С. 9–20.
  12. Liu Tang-shui. A new proposal for the classification of the genus Picea // Acta Phytotax. Geobot. 1982. V. 33. № 4. P. 227–245.
  13. Усенко Н. В. Деревья, кустарники и лианы Дальнего Востока. Хабаровск, 1984. 272 с.
  14. Ворошилов В. Н. Критический пересмотр некоторых видов флоры Дальнего Востока // Бюл. ГБС. 1984. Вып. 134. С. 33–39.
  15. Farjon A. World Checklist and Bibliography of Conifers. Kew: Royal Botanic Gardens, 2001. 309 р.
  16. Потемкин О. Н. Ель сибирская (Picea obovata Ledeb.) в Сибири и на Дальнем Востоке (изменчивость, гибридизация, таксономия): Автореф. дис. … канд. биол. наук. Новосибирск, 1994. 17 с.
  17. Усов В. Н. Ель корейская и леса из ели корейской в Приморском крае: Автореф. дис …. д-ра с.-х. наук. Уссурийск, 2006. 32 с.
  18. Потемкин О. Н., Рудиковский А. В., Потемкина О. В. Полиморфизм морфологических характеристик елей подрода Picea (Pinaceae) в восточных районах обитания // Растительный мир Азиатской России. 2012. № 2(10). С. 19–26.
  19. Карпюк Т. В., Владимирова О. С., Муратова Е. Н. Кариологический анализ ели корейской (Picea koraiensis Nakai) // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2005. № 4. С. 67–77.
  20. Potenko V. V. Relationships among spruces (Picea A. Dietr., Pinaceae) of the Russian Far East // Plant Syst. Evol. 2007. V. 268. № 1–4. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s00606-007-0551-0
  21. Plants of the World Online, 2024. https://powo.science.kew.org (дата обращения: 24.05.2024).
  22. World Flora Online, 2024. http://www.worldfloraonline.org (дата обращения: 24.05.2024).
  23. Du F. K., Petit R. J., Liu J. Q. More introgression with less gene flow: Сhloroplast vs. mitochondrial DNA in the Picea asperata complex in China, and comparison with other Conifers // Mol. Ecol. 2009. V. 18. P. 1396–1407. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2009.04107.x
  24. Wang Y, Jiang Z, Qin A. et al. Population structure, genetic diversity and candidate genes for the adaptation to environmental stress in Picea koraiensis // Plants. 2023. V. 12(6). P. 1266. https://doi.org/10.3390/plants12061266
  25. Голубец М. А. Современная трактовка объема вида Picea abies (L.) Karst. и его внутривидовых таксонов // Ботан. журн. 1968. Т. 53. №. 8. С. 1048–1062.
  26. Orlova L., Gussarova G., Glazkova E. et al. Systematics and distribution of spruce species in the North-West of Russia // Dendrobiology. 2020. V. 84. P. 12–29. http://dx.doi.org/10.12657/denbio.084.002
  27. Giannini R., Morgante M., Vendramin G.G. Allozyme variation in Italian populations of Picea abies (L.) Karst. // Silvae Genetica. 1991. V. 40. № 3–4. P. 160–166.
  28. Krutovskii K. V., Bergmann F. Introgressive hybridization and phylogenetic relationships between Norway, Picea abies (L.) Karst., and Siberian, P. obovata Ledeb., spruce species studied by isozyme loci // Heredity.1995. V. 74. P. 464–480.
  29. Vendramin G. G., Anzidei M., Madaghiele A. et al. Chloroplast microsatellite analysis reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.) // Genome. 2000. V. 43. № 1. P. 68–78. https://doi.org/10.1139/g99-093
  30. Meloni M., Perini D., Binelli G. The distribution of genetic variation in Norway spruce (Picea abies Karst.) populations in the western Alps // J. Biogeography. 2007. V. 34. № 6. P. 929–938. https://doi.org/10.1111/j.1365-2699.2006.01668.x
  31. Scotti I., Gugerli F., Pastorelli R. et al. Maternally and paternally inherited molecular markers elucidate population patterns and inferred dispersal processes on a small scale within a subalpine stand of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) // Forest Ecology and Management. 2008. V. 255. № 11. P. 3806–3812. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2008.03.023
  32. Tollefsrud M.M., Kissling R., Gugerli F. et al. Genetic consequences of glacial survival and postglacial colonization in Norway spruce: Combined analysis of mitochondrial DNA and fossil pollen // Mol. Ecol. 2008. V. 17. № 18. P. 4134–4150. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2008.03893.x
  33. Tollefsrud M. M., Sonstebo J. H., Brochmann C. et al. Combined analysis of nuclear and mitochondrial markers provide new insight into the genetic structure of North European Picea abies // Heredity. 2009. V. 102. № 6. P. 549–562. https://doi.org/10.1038/hdy.2009.16
  34. Мудрик Е. А., Политов Д. В., Белоконь М. М., Привалихин С. Н. Генетическая изменчивость ели европейской по данным микросателлитных локусов // Биосфера Земли: прошлое, настоящее и будущее: Материалы конф. молодых ученых (21–25 апреля 2008), ИЭРиЖ УрО РАН. Екатеринбург: Гощицкий, 2008. С. 154–157.
  35. Tollefsrud M. M., Sperisen Ch. Paternal introgression from Siberian spruce (Picea obovata) to Norway spruce (P. abies): Tracing pollen and seed flow with chloroplast and mitochondrial DNA // Conservation of Forest Genetic Resources in Siberia: Proc. 3-rd Intern. conf. (August 23–29, 2011). Krasnoyarsk, Russia, 2011. P. 162.
  36. Tollefsrud M. M., Latałowa M., van der Knaap W. O. et al. Late Quaternary history of North Eurasian Norway spruce (Picea abies) and Siberian spruce (Picea obovata) inferred from macrofossils, pollen and cytoplasmic DNA variation // J. Biogeography. 2015. V. 42. № 8. P. 1431–1442. https://doi.org/10.1111/jbi.12484
  37. Мудрик Е. А., Полякова Т. А., Шатохина А. В. и др. Пространственное распределение гаплотипов второго интрона гена nad1 в популяциях комплекса европейской и сибирской елей (Picea abies– P. obovata) // Генетика. 2015. Т. 51. № 10. С. 1117–1125. https://doi.org/10.7868/S0016675815100124
  38. Tsuda Y., Chen J., Stocks M. et al. The extent and meaning of hybridization and introgression between Siberian spruce (Picea obovata) and Norway spruce (Picea abies): Сryptic refugia as stepping stones to the west? // Mol. Ecol. 2016. V. 25. № 12. P. 2773–2789. https://doi.org/10.1111/mec.13654
  39. Мудрик Е. А., Полякова Т. А., Белоконь М. М. и др. Генетическая дифференциация комплекса Picea abies–P. obovata по данным локуса nad1 мтДНК // Сохранение лесных генетических ресурсов: Материалы 5-й Межд. конф.-совещ. (02–07 октября 2017). Гомель: ООО «Колордрук», 2017. С. 143–144.
  40. Chen J., Li L., Milesi P. et al. Genomic data provide new insights on the demographic history and the extent of recent material transfers in Norway spruce // Evolutionary Applications. 2019. V. 12. № 8. P. 1539–1551. https://doi.org/10.1111/eva.12801
  41. Падутов В. Е., Каган Д. И., Ивановская С. И. и др. Геногеография ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) по данным анализа цитоплазматической ДНК // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. 2021. Т. 65. № 4. С. 439–447. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2021-65-4-439-447
  42. Li L., Milesi P., Tiret M. et al. Teasing apart the joint effect of demography and natural selection in the birth of a contact zone // New Phytologist. 2022. V. 236. P. 1976–1987. https://doi.org/10.1111/nph.18480
  43. Zhou O., Karunarathne P., Andersson-Li L. et al. Recurrent hybridization and gene flow shaped Norway and Siberian spruce evolutionary history over multiple glacial cycles // Mol. Ecol. 2024. V. 33. № 17. P. 1–14 https://doi.org/10.1111/mec.17495
  44. Янбаев Ю. А., Шигапов З. Х., Путенихин В. П., Бахтиярова Р. М. Дифференциация популяций ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) на Южном Урале // Генетика. 1997. Т. 33. № 9. С. 1244–1249.
  45. Путенихин В. П., Шигапов З. Х., Фарукшина Г. Г. Ель сибирская на Южном Урале и в Башкирском Предуралье (популяционно-генетическая структура). М.: Наука, 2005. 180 с.
  46. Кравченко А. Н., Ларионова А. Я., Милютин Л. И. Генетический полиморфизм ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) в Средней Сибири // Генетика. 2008. Т. 44. № 1. С. 45–53.
  47. Кравченко А. Н., Ларионова А. Я., Экарт А. К. Генетический полиморфизм популяций ели сибирской Picea obovata (Pinacea) в Азиатской части ареала // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2013. № 2. С. 74–85.
  48. Кравченко А. Н., Экарт А. К., Ларионова А. Я. Генетическое разнообразие и дифференциация популяций ели сибирской по ядерным микросателлитным локусам // Генетика. 2016. Т. 52. № 11. С. 1262–1269. https://doi.org/10.7868/S0016675816090083
  49. Экарт А. К., Семерикова С. А., Семериков В. Л. и др. Изменчивость аллозимных и cpSSR-маркеров в популяциях ели сибирской // Генетика. 2016. Т. 52. № 3. С. 311–319. https://doi.org/10.7868/S001667581603005X
  50. Шилкина Е. А., Ибе А. А., Шеллер М. А., Сухих Т. В. Генетическая дифференциация популяций Picea obovata L. в регионах Сибири // Хвойные бореальной зоны. 2019. Т. 37. № 1. С. 68–73.
  51. Ларионова А. Я., Семерикова С. А., Семериков В. Л. и др. Полиморфизм микросателлитных локусов хлоропластной ДНК ели сибирской // Экология и эволюция: Материалы межд. симп., посвященного 100-летию академика С.С. Шварца (1–5 апреля 2019). Екатеринбург: Гуманитарный ун-т, 2019. С. 318–320.
  52. Экарт А. К., Семериков В. Л., Ларионова А. Я., Кравченко А. Н. Изменчивость локуса mh44 митохондриальной ДНК в популяциях ели сибирской // Генетика. 2020. Т. 56. № 7. С. 842–847. https://doi.org/10.31857/S0016675820070036
  53. Ильинов А. А., Топчиева Л. В., Раевский Б. В. Использование микросателлитных маркеров в изучении генофонда ели финской Picea × fennica (Regel) Kom. // Сохранение лесных генетических ресурсов Сибири: Материалы 3-го Межд. совещания (23–29 августа 2011). Красноярск, Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2011. С. 57–58.
  54. Потокина Е. К., Орлова Л. В., Вишневская М. С. и др. Генетическая дифференциация популяций ели на северо-западе России по результатам маркирования микросателлитных локусов // Экол. генетика. 2012. Т. 10. № 2. С. 40–49.
  55. Потокина Е. К., Киселева А. А., Николаева М. А. и др. Использование маркеров органельной ДНК для анализа филогеографии восточно-европейской популяции ели европейской Picea abies (L.) H. Karst. // Вавил. журн. генетики и селекции. 2014. Т. 18. №4/1. С. 818–830.
  56. Volkova P., Shipunov A., Borisova P. et al. In search of hybridity: the case of Karelian spruces // Silva Fennica. 2014. V. 48. №.2 P. 1–14. https://doi.org/10.14214/sf.1072
  57. Попов П. П. Распространение особей промежуточной формы в популяциях елей европейской и сибирской // Сиб. лесной журн. 2018. № 4. С. 13–19.
  58. Shao C.-C., Shen T.-T., Jin W.-T. et al. Phylotranscriptomics resolves interspecific relationships and indicates multiple historical out-of-North America dispersals through the Bering Land Bridge for the genus Picea (Pinaceae) // Mol. Phylogenet. Evol. 2019. V. 141. Р. 106610. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2019.106610
  59. Vendramin G. G., Lelli L., Rossi P., Morgante M. A set of primers for the amplification of 20 chloroplast microsatellites in Pinaceae // Mol. Ecol. 1996. V. 5. P. 595–598.
  60. Nasri N., Bojovic S., Vendramin G. G., Fady B. Population genetic structure of the relict Serbian spruce, Picea omorika, inferred from plastid DNA // Plant Syst. Evol. 2008. V. 271. P. 1–7. https://doi.org/10.1007/s00606-007-0594-2
  61. Семерикова С.А., Семериков В.Л. Изменчивость хлоропластных микросателлитных локусов у пихты сибирской (Abies sibirica Ledeb.) и двух дальневосточных видов пихт A. nephrolepis (Trautv.) Maxim и A. sachalinensis Fr. Schmidt // Генетика. 2007. Т. 43. № 12. С. 1637–1646.
  62. Semerikova S. A., Semerikov V. L., Lascoux M. Post-glacial history and introgression in Abies (Pinaceae) species of the Russian Far East inferred from both nuclear and cytoplasmic markers // J. Biogeography. 2011. V. 38. № 2. P. 326–340. https://doi.org/10.1111/j.1365-2699.2010.02394.x
  63. Семериков В. Л., Семерикова С. А., Дымшакова О. С. и др. Полиморфизм микросателлитных локусов хлоропластной ДНК сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в Азии и Восточной Европе // Генетика. 2014. Т. 50. № 6. С. 660–669. https://doi.org/10.7868/S0016675814040122
  64. Урусов В. М., Лобанова И. Н., Варченко Л. И. Хвойные российского Дальнего Востока – ценные объекты изучения, охраны, разведения и использования. Владивосток: Дальнаука, 2007. 440 с.
  65. Nei M. Molecular Evolutionary Genetics. N.Y.: Columbia Univ. Press, 1987. 512 p.
  66. Devey M. E., Bell J. C., Smith D. N. et al. A genetic linkage map for Pinus radiata based on RFLP, RAPD and microsatellite markers // Theoret. Appl. Genetics. 1996. № 92. P. 673–679. https://doi.org/10.1007/BF00226088
  67. Peakall R., Smouse P. E. GENALEX 6: Genetic analy-sis in Excel. Population genetic software for teaching and research // Mol. Ecol. Notes. 2006. V. 6. № 1. P. 288–295. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x
  68. Weir B. S., Cockerham C. C. Estimating F-statistics for the analysis of population structure // Evolution. 1984. V. 38. № 6. P. 1358–1370. https://doi.org/10.2307/2408641
  69. Meirmans P. G. Using the AMOVA framework to estimate a standardized genetic differentiation measure // Evolution. 2006. V. 60. № 11. P. 2399–2402. https://doi.org/10.1111/j.0014-3820.2006.tb01874.x
  70. Орлов А. Я. Хвойные леса Амгунь-Буреинского междуречья. М., 1955. 208 с.
  71. Мочалова О. А., Андрианова Е. А. Об изолированных местонахождениях Picea obovata (Pinaceae) на северо-востоке России // Ботан. журнал. 2004. Т. 89. № 12. С. 1823–1839.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Географическое расположение изученных популяций видового комплекса P. abies–P. obovata–P. koraiensis. Черной линией обозначен ареал ели европейской [9] и ели сибирской [6], серой – ареал ели корейской [64]. Цифрами обозначены номера популяционных выборок из табл. 1.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Частоты аллелей трех cpSSR-локусов в четырех группах популяций видового комплекса P. abies–P. obovata–P. koraiensis.

Скачать (214KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Ординация изученных популяций елей на плоскости главных координат по данным матрицы парных значений ФPT, вычисленных по частотам аллелей трех cpSSR-локусов: а – ординация 35 популяций видового комплекса P. abies–P. obovata–P. koraiensis; б – ординация популяций P. obovata, P. abies и популяций из зоны контакта ареалов этих видов. Нумерация популяций соответствует табл. 1. Синим обозначены популяции P. obovata, красным – P. abies, зеленым – популяции из зоны контакта ареалов P. obovata и P. abies, оранжевым – P. koraiensis.

Скачать (453KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024