Using petiole anatomy to identify hybrids between and species of Populus sections Aigeiros and Tacamahaca

  • Boris Proshkin Novosibirsk State Agrarian University Email: boris.vladimirovich.93@mail.ru
  • Andrey Klimov InEca-Consulting LLC Email: populus0709@mail.ru
Keywords: hybridization, identification, petiole anatomy, Populus, taxa

Abstract

The article presents the results of the study of the petiole anatomy peculiarities of the hybrids between Aigeiros and Tacamahaca sections. Petiole anatomic structure was found to be helpful in assigning taxa to a section and to find intersectional hybrids, which is actual for studying populations in natural and anthropogenic hybridization zones. Cross sections made in the upper part of petioles were used for analyzing anatomic traits by light microscopy. All representatives of the Aigeiros section have linear form of the vascular system, consisting of 3–5 rings, with a rounded contour of the petiole adaxial side. In the Tacamahaca section taxa the vascular system is highly arched, and the adaxial side is cordate. The study of the hybrids between species of the same section revealed that such hybrids inherit anatomy features common for the section. We can consider such traits as adaxial side shape and vascular system type to be the most important markers for intersectional hybrids. Truncated or notched shape of the adaxial contour and vascular system type were found to be characteristic features of hybrids, as small notches in their petioles’ upper part are common for all hybrids. Most of hybrids have small notches, rather than grooves, in the upper part of their petioles. Most of the intersectional hybrids have transitional shape of vascular system. The anatomy of Populus × sibirica petioles confirmed earlier results that it is a hybrid cultivar, that originated as a result of crossbreeding between Aigeiros and Tacamahaca section species.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

References

Альбенский А. В., Дьяченко А. Е. Разведение быстрорастущих и ценных деревьев и кустарников.М., 1940. 226 с.
Альбенский А. В., Крылов Г. В., Логгинов Б. И., Щерлин И. Д. Использование быстрорастущих пород в полезащитном лесоразведении. М., 1956. С. 68–87.
Бакулин В. Т. Интродукция и селекция тополя в Сибири. Новосибирск: Наука, 1990. 174 с.
Бакулин В. Т. Использование тополя в озеленении промышленных городов Сибири: краткий анализ проблем // Сибирский экологический журнал, 2005. № 4.С. 563–571.
Chhatre V. E., Evans L. M., DiFazio S. P., Keller S. R. 2018.Adaptive introgression and maintenance of a trispecies hybrid complex in range-edge populations of Populus.Molecular Ecology 27(23): 4820–4838. DOI: 10.1111/mec.14820.
Christe C., Stölting K. N., Bresadola L., Fussi B., Heinze B., Wegmann D., Lexer C. 2016. Selection against recombinant hybrids maintains reproductive isolation in hybridizing Populus species despite F1 fertility and recurrent gene flow. Molecular Ecology 25(11): 2482–2498.
Čortan D., Vilotic D., Šijačić-Nikolić M., Miljkovic D. 2017.Leaf stomatal traits variation within and among black poplar native populations in Serbia.BOSQUE 38(2): 337–345. DOI: 10.4067/S0717-92002017000200011.
Eckenwalder J. E. 2010. Populus.Flora of North America Editorial Committee 7: 5–14.
ГавриленкоИ. Г., НовожиловаЕ. В.АнатомическоестроениечерешковлистьеввидовродаThalictrum(Ranunculaceae) ДальнегоВостокаРоссии // Turczaninowia, 2015. T. 18, № 4. С. 67–73. DOI: 10.14258/turczaninowia.18.4.8.
ГавриленкоИ. Г.,НовожиловаЕ. В.Анатомическоестроениечерешкалиста, стебляисемениAconitum coreanum(Ranunculaceae) // Turczaninowia, 2017. Т. 20, № 1. С. 75–79. DOI: 10.14258/turczaninowia.20.1.6.
Geraldes A., Farzaneh N., Grassa C. J, McKown A. D., Guy R. D., Mansfield S. D., Douglas C. J., Cronk Q. C. B. 2014. Landscape genomics of Populustrichocarpa: the role of hybridization, limited gene flow, and natural selection in shaping patterns of population structure. Evolution 68(11): 3260–3280. DOI: 10.1111/evo.12497.
Гуреева И. И., Климов А. В., Балашова В. Ф.Лектотипификация названия Populus × sibiricaG.V. KrylovexA. K. Skvortsov // Систематические заметки по материалам Гербария им. П.Н. Крылова Томского государственного университета, 2016. № 114. С. 8–10.DOI:10.17223/20764103.114.2.
Hersch-GreenE. I., AllanG. J., WhithamT. G. 2014. Genetic analysis of admixture and patterns of introgression in foundation cottonwood trees (Salicaceae) in southwestern Colorado, USA.Tree Genetics & Genomes 10: 527–539.
Hu J., Zhang J., Chen X., Lv J., Jia H., Zhao S., Lu M. 2017.Empirical assessment of transgene flow from transgenic poplar plantation.Peer J Preprints 4. DOI: org/10.7287/peerj.preprints.2335v1.
Jiang D., Feng J., Dong M., Wu G., Mao K., LiuJ.2016.Genetic origin and composition of a natural hybrid poplar Populus × jrtyschensis from two distantly related species.Plant Biol. 16(1): 88–99.
Kalouti S., Keshavarzi M., NazemBokaee Z., Saifali M. 2015. Leaf Anatomical study of Populus L. (Populusnigra, P.alba, P. euphratica&P. caspica) (Salicaceae) in Iran. ScientiaAgriculturae 11(3): 124–131. DOI: 10.15192/PSCP.SA.2015.11.3.124131.
Киндякова М. Д., ШамровИ. И. Формирование проводящей системы в листьях некоторых деревьев и кустарников // Морфогенез деревьев и кустарников. Горький, 1976. С. 21–31.
Климов А. В., Прошкин Б. В. Морфотипическое разнообразие в популяциях PopulusnigraL., P. laurifoliaLedeb. и P. × jrtyschensisCh.Y. Yang. в зоне естественной гибридизации // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2017. № 39. С. 58–72.DOI: 10.17223/19988591/39/4.
KlimovA. V., ProshkinB. V. 2018а. Phenetic analysisof Populusnigra, P. laurifoliaand P. × jrtyschensisin natural hybridization zone.Vavilov Journal of Genetics and Breeding 22(4): 468–475 [In Russian]. (КлимовА. В.,ПрошкинБ. В.ФенетическийанализPopulusnigra, P. laurifoliaиP. × jrtyschensisвзонегибридизации // Вавиловскийжурналгенетикииселекции, 2018а. № 4. С. 468–475). DOI: 10.18699/VJ18.384.
Климов А. В., Прошкин Б. В. Использование анатомо-топографической структуры листовых черешков и расположения устьиц для идентификации видов секции Tacamahaca рода Populus // Растительный мир Азиатской России, 2018б. № 4(32). С. 30–36). DOI: 10.21782/RMAR1995-2449-2018-4(30-36).
Климов А. В., ПрошкинБ. В.Использование морфо-анатомических признаков для выявления гибридных растений в зоне естественной гибридизации Populuslaurifoliaи P. nigraв Сибири, Россия // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2019. № 46. С. 64–81. DOI: 10.17223/19988591/46/4.
Klimov A. V., Proshkin B. V., Andreeva Z. V. 2018. Hybridization of species of the genus Populus L. sections AigeirosLunell and Tacamahaca Mill. Bulletin of the NSAU 1(46): 16–34 [In Russian]. (Климов А. В., Прошкин Б. В., Андреева З. В. Гибридизация видов рода PopulusL. секций AigeirosLunell и TacamahacaMill. в природе и культуре // Вестник НГАУ, 2018. № 46.С. 16–34).
КостинаМ. В.,ЧиндяеваЛ. Н., Васильева Н. В. ГибридизацияPopulus ×sibirica G. Krylov et Grig. ex Skvortsov и Populusnigra L. вНовосибирске // Социально-экологическиетехнологии, 2016. № 4. С. 20–31.
Костина М. В., Васильева Н. В., Насимович Ю. А. Природные и культивируемые тополя Иркутской области и Бурятии // Социально-экологические технологии, 2018. № 3.С. 9–21.
Куклина Т. Э., Мерзлякова И. Е. Ассортимент древесных растений, используемых в озеленении г. Томска // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2013. № 24. С. 47–66. DOI: 10.17223/19988591 /24/4.
Куркин В. А., Акушская А. С., Рыжов В. М., Тарасенко Л. В., Топоркова П. Д.Петиолярная анатомия в рамках анатомо-морфологического исследования перспективного лекарственного сырья – травы женьшеня // Фундаментальные исследования, 2014а. Т. 5, № 6. С. 1274–1278.
Куркин В. А., Рыжов В. М., Тарасенко Л. В., Железникова А. С., Помогайбин А. В. Морфолого-анатомическое исследование рахисов черешков листа ореха грецкого (JuglansregiaL.) // Фундаментальные исследования, 2014б. Т. 5, № 1. С. 102–108.
Майоров С. Р., Бочкин В. Д., Насимович Ю. А., Щербаков А. В. Адвентивная флора Москвы и Московской области. М., 2012. С. 79–109.
Meirmans P. G., Godbout J., Lamothe M., Thompson S. L., Isabel N. 2017. History rather than hybridization determines population structure and adaptation in Populusbalsamifera. Journal of Evolutionary Biology 30(11): 2044–2058. DOI: 10.1111/jeb.13174.
Меницкий Ю. Л. Семейство SalicaceaeMirb. // Растения Центральной Азии по материалам Ботанического института им. В. Л. Комарова, 1989. Вып. 9. С. 14–54.
Молганова Н. А., Овеснов С. А. Виды рода тополь (Populus L., Salicaceae) вг. Перми // Вестник Пермского университета, 2016. Вып. 1. С. 12–21.
Паутов А. А. Структура листа в эволюции тополей // Труды С.-Петерб. об-ва естествоиспытателей, 2002. 164 с.
Прошкин Б. В., Климов А. В. Гибридизация Populus nigra L. и P. laurifoliaLedeb. (Salicaceae) в пойме реки Томи // Сибирский лесной журнал, 2017a. № 4. С. 38–51. DOI: 10.15372/SJFS20170404.
Прошкин Б.В., Климов. А. В. Спонтанная гибридизация Populus × sibirica и Populus nigra в городе Новокузнецке (Кемеровская область) // Turczaninowia, 2017b. Т. 20, вып. 4. С. 206–218. DOI: 10.14258/turczaninowia.20.4.19.
Прошкин Б. В.,Климов А. В. Роль истории расселения и интрогрессии в морфологии PopulusnigraL. в северо-западной части Алтае-Саянской горной страны // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование, 2019. № 42. С. 62–74. DOI: 10.25686/2306-2827.2019.2.62.
RoeA. D., MacQuarrieC. J., Gros-LouisM. C., SimpsonJ. D., LamarcheJ., BeardmoreT., ThompsonS. L., TanguayP., IsabelN. 2014. Fitness dynamics within a poplar hybrid zone: I. Prezygotic and postzygotic barriers impacting a native poplar hybrid stand. Ecol. Evol. 4(9): 1629–47.
Скворцов А. К. О Сибирском «бальзамическом» тополе // Бюллетень Главного ботанического сада, 2007.Вып. 193. С. 41–45.
Скворцов А. К., Белянина Н. Б.Васкуляризация черешков тополей как таксономический признак // Бюллетень Главного ботанического сада, 2005.Вып. 189. С. 235–239.
Suarez-Gonzalez A., Hefer C. A., Lexer C., Cronk Q. C. B., Douglas C. J. 2018b. Scale and direction of adaptive introgression between black cottonwood (Populustrichocarpa) and balsam poplar (P. balsamifera).Molecular Ecology 27(7): 1667–1680.
Suarez‐Gonzalez A., Hefer C. A., Lexer C., Douglas C. J., Cronk Q. C. B. 2018a. Introgression from Populusbalsamifera underlies adaptively significant variation and range boundaries in P. trichocarpa. New Phytologist. 217(1): 416–427.
Suarez-Gonzalez A., Lexer C., Cronk Q. C. B. 2018c. Adaptive introgression: a plant perspective. Biology letters 14(3): 20170688
Thadeo M., Azevedo A. A., Meira R. M. S. A. 2014. Foliar anatomy of neotropicalSalicaceae: potentially useful characters for taxonomy. Plant System Evolution 300: 2073–2089. DOI: 10.1007/s00606-014-1037-5
УдаловМ. Б., Беньковская Г.В. Популяционная генетика колорадского жука: от генотипа до фенотипа // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011. Т. 15, № 1. C. 156–172.
Васильева Н. В., Костина М. В., Насимович Ю. А. Предварительные результаты молекулярно-генетического исследования гибридизации тополей в природе и городском озеленении // Социально-экологические технологии, 2018. № 1.С. 9–22.
ZEISS AxioVision. 2018. Microscope software for materials microscopy & industrial applications. Carl Zeiss Microscopy. Jena, Germany: Zeiss Int. TM. URL: https://www.zeiss.com/microscopy/int/products/microscope-software/axiovision.html
Zeng Y. F., Zhang J. G., Duan A. G., Abuduhamiti B. 2016. Genetic structure of Populushybrid zone along the Irtysh River provides insight into plastid-nuclear incompatibility. Sci. Rep. 6: 377–389.
Published
2019-09-23
How to Cite
Proshkin B., Klimov A. Using petiole anatomy to identify hybrids between and species of Populus sections Aigeiros and Tacamahaca // Turczaninowia, 2019. Vol. 22, № 3. P. 80-90 DOI: 10.14258/turczaninowia.22.3.3. URL: http://turczaninowia.asu.ru/article/view/6475.
Section
Science articles