Population genetic analysis of Fagus orientalis Lipsky from the territory of the Crimea and the Caucasus
Abstract
The genetic structure of 20 populations of Fagus orientalis Lipsky (oriental beech) from the territory of the Crimea and the Caucasus was studied on the basis of microsatellite polymorphism (SSR – simple sequence repeats). The isolation distance test performed in the GenePop program showed a high correlation of genetic differences and the logarithm of geographic distance in geographic coordinates at the 0.91 level. Interpopulation genetic differentiation of Fagus orientalis (Fst) ranged from 0.01 to 0.67. On the basis of the obtained genetic data and analysis of the literature on fossil materials, we present a preliminary reconstruction of the possible pathways for spread and the formation of the modern area of the species in the Crimea and on the Caucasian Isthmus within the Caucasian ecoregion. The earliest separation occurred in the populations of the mountainous Crimea and the Stavropol Upland, which retained the unique features of the genotype of the ancestral form in conditions of island isolation. Apparently, beeches from relict mid-mountain populations in refugia of mesophilic vegetation are close to the ancestral form: Colchis (Avadhara, Abkhazia) in the west and Kakheti (Lagodekhi, Georgia) in the east. The observed similarity at the upper border of the beech belt in different regions of the Caucasian Isthmus indicates a parallelism in the development and formation of high-mountain populations of the species.
Downloads
Metrics
References
Алиев Х. У., Туниев Б. С., Агасян А. Л. Геоботаническая характеристика и структура реликтового букняка в Шикахохском заповеднике (Южная Армения) // Takhtajania, 2018. Вып. 4. С. 31–36.
Арушанян Р. И. Реликты Нагорного Карабаха и новые местонахождения их // Бот. журн., 1973. Т. 58, № 5. С. 700–706.
Assyov B., Petrova A., Dimitrov D., Vassilev R. 2012. Conspectus of the Bulgarian Vascular Flora. Sofia. 489 pp.
Баранов В. И. О чем говорят песчаники Камышина и пески Ергеней. Сталинград, 1952. 46 с.
Davis P. H. 1982. Fagus L. In: Flora of Turkey. Vol. 7. Edinburgh: University Press. Pр. 657–658.
Denk Th., Frotzier N., Davitashvili N. 2001. Vegetational patterns and distribution of relict taxa in humid temperate forests and wetlands of Georgia (Transcaucasia). Biological Journal of the Linnean Society 72: 287–332. DOI: 10.1006/bijl.2000.0502
Denk Th., Grimm G., Stögerer K. K., Langer M., Hemleben V. 2002. The evolutionary history of Fagus in western Eurasia: Evidence from genes, morphology and the fossil record. Plant Systematics and Evolution 232: 213–236.
Earl D. A., Von Holdt B. M. 2012. Structure harvester: a website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method. Conserv. Genet. Res. 4: 359–361. DOI: 10.1007/s12686-011-9548-7
Гаджиев В. Д., Алекперов А. М., Эфендиев М. Р., Мустафаева Р. К. Закатальский заповедник. М., 1985. 184 с.
Гроссгейм А. А. Анализ флоры Кавказа // Tр. ботан. ин-та Азерб. фил. АН СССР. Баку, 1936. № 1. С. 1–257.
Гвоздецкий Н. А. Кавказ. Очерк природы. М.: Географгиз, 1963. 264 с.
Колаковский А. А. К истории бука в Евразии // Бюл. МОИП. Отд. биол., 1960. Т. 3. С. 143–155.
Колаковский А. А. Некоторые данные по палеогеографии Кавказа в связи с формированием его флоры // Тр. Сухумс. бот. сада, 1974а. Вып. 20. С.115–131.
Колаковский А. А. Вертикальная поясность лесной растительности Колхиды в третичное время // Тр. Тбил. ин-та леса, 1974б. Т. 21. С. 98–115.
Колаковский А. А. Флора Абхазии. В 4-х т. Т. 2. Тбилиси: Мецниереба, 1982. 314 с.
Криштофович А. Н. Происхождение ксерофитных растительных формаций в свете палеоботаники // Пустыни СССР и их освоение. М.–Л.: АН СССР, 1954. Т. 2. С. 583–596.
Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. 2018. MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across computing platforms. Mol. Biol. Evol. 35(6): 1547–1549.
Кузнецов Н. И. Принципы деления Кавказа на ботанико-географические провинции // Записки Императорской АН, 1909. Т. 24, № 1. С. 1–174.
Laurent L. 1905. Flore Pliocene des Cinerites du Pas-de-la-Mougudo et de-Saint-Vincent-la-Sabie (Cantal), Avec une introduction géologique et paléontologique par P. Marty. Ann. du Musée Hist. Nat. de Marseille. Géologie 9: 313.
Mantel N. 1967. The detection of disease clustering and a generalized regression approach. Cancer Research 27: 209–220.
Margi D., Vendramin G. G., Comps B., Dupanloup I., Geburek Th., Gömöry D., Latalowa M., Litt Th., Paule L., Roure J. M., Tantau I., Knaap W. O., Petit R. J., Beaulieu J.-L. 2006. A new scenario for the Quaternary history of European beech populations: palaeobotanical evidence and genetic consequences. New Phytologist 171(1): 199–221. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2006.01740.x
Марков К. К., Лазуков Г. И., Николаев В. А. Четвертичный период (ледниковый период – антропогеновый период). Т. 1. М.: Моск. ун-т, 1965. 371 с.
Маруашвили Л. И. Целесообразность пересмотра существующих представлений о палеогеографических условиях ледникового времени на Кавказе. Тбилиси: Мецниереба, 1956. 113 с.
Меницкий Ю. Л. Дубы Азии. Л.: Наука, 1984. 284 с.
Меницкий Ю. Л. Fagus L. // Конспект флоры Кавказа. Т. 3, ч. 2. СПб.–М.: тов. науч. изд. КМК, 2012. С. 286.
Metsalu T., Vilo J. 2015. ClustVis: A web tool for visualizing clustering of multivariate data using Principal Component Analysis and heatmap. Nucleic Acids Res. 43(1): 566–570. DOI: 10.1093/nar/gkv468
Müller M., Lopez P. A., Papageorgiou A. C., Tsiripidis I., Gailing O. 2019. Indications of genetic admixture in the transition zone between Fagus sylvatica L. and Fagus sylvatica ssp. orientalis Greut. & Burd. Diversity 11(6): 90. DOI: 10.3390/d110600090
Палибин И. В. Этапы развития флоры Прикаспийских стран со времени мелового периода // Сов. ботаника, 1935. № 3. С. 10–50.
Pastorelli R., Smulders M. J. M., Van’t Westende W. P. C., Vorman B., Giannini R., Vettori C., Vendramin G. G. 2003. Characterization of microsatellite markers in Fagus sylvatica L. and Fagus orientalis Lipsky. Mol. Ecol. Notes 3: 76–78.
Raymond M., Rousset F. 1995. GENEPOP (version 1.2): population genetics software for exact tests and ecumenicism. J. Heredity 86: 248–249.
Pritchard J. K., Stephens M., Donnelly P. 2000. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155(2): 945–959.
Rousset F. 2000. Genetic differentiation between individuals. Evol. Biol. 13: 58–62.
Rousset F. 2008. Genepop’007: a complete reimplementation of the Genepop software for Windows and Linux. Mol. Ecol. Resources 8: 103–106. DOI: 10.1111/j.1471-8286.2007.01931.x
Сафаров И. В. Дзельква, ее биолого-экологические особенности и хозяйственное значение // Изв. АН Азерб. ССР, 1966. Вып. 1. С. 18–24.
Sagheb‐Talebi Kh., Schütz J.‐Ph. 2002. The structure of natural oriental beech (Fagus orientalis) forests in the Caspian region of Iran and potential for the application of the group selection system Forestry. International Journal of Forest Research 75(4): 465–472.
Соколов С. Я., Связева О. А., Кубли В. А. Ареалы деревьев и кустарников СССР. Т. 1. Л.: Наука, 1977. 163 с.
Тахтаджян А. Д. К истории развития растительности Армении // Тр. Бот. ин-та АН Арм. ССР, 1946. Т. 4. С. 51–107).
Тахтаджян А. Л. Флористические области Земли. Л.: Наука, 1978. 219 с.
Тимухин И. Н., Туниев Б. С. Плейстоценовые рефугиумы высокогорной флоры в предгорьях Северной Колхиды (Краснодарский край, Сочи) // Труды XIV Съезда Русского ботанического общества и конференции «Ботаника в современном мире». Махачкала: АЛЕФ, 2018. С. 201–203.
Tuniyev B. S. 1990. On the independence of the Colchis Center of Amphibian and Reptile speciation. Asiat. Herpet. Res. 3: 67–84.
Tuniyev B. S. 1997. About exact borders of the Colchis biogeographical province. Herpetology 4(2): 182–185.
Tuniyev B. S., Orlov N. L., Ananjeva N. B., Agasyan A. L. 2019. Snakes of the Caucasus: taxonomic diversity, distribution, conservation. St. Petersburg; Moscow: KMK Scientific Press Ltd. 278 pp.
Варданян Ж. А., Габриелян И. Г. Характерные черты формирования и развития дендрофлоры и древесной растительности Армении и сопредельных территорий // Takhtajania, 2011. № 1. С. 144–150.
Верещагин Н. К. Млекопитающие Кавказа. М.–Л.: АН СССР, 1959. 703 с.
Weir B. S., Cockerham C. C. 1984. Estimating F-Statistics for the Analysis of Population-Structure. Evolution 38: 1358–1370.
Wortemann R., Herbette S., Barigah T. S., Fumanal B., Alia R., Ducousso A., Gomory D., Roeckel-Drevet P., Cochard H. 2011. Genotypic variability and phenotypic plasticity of cavitation resistance in Fagus sylvatica L. across Europe. Tree Physiology 31: 1175–1182. DOI: 10.1093/treephys/tpr101
Turczaninowia is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Turczaninowia allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Turczaninowia) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
