Генетический и морфологический консерватизм Calophaca wolgarica (Fabaceae) – палеоэндемика юга Восточно-Европейской равнины

УДК 582.736:581.4+575.174.015.3(1-924.8)

  • Татьяна Алексеевна Крицкая Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского https://orcid.org/0000-0003-0181-3022 Email: kriczkaya.tatyana@mail.ru
  • Анна Олеговна Кондратьева Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского https://orcid.org/0000-0001-5000-8914 Email: popova.ao@mail.ru
  • Юлия Игоревна Кулисева Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского https://orcid.org/0000-0002-3715-5837 Email: yulya.kuliseva@mail.ru
  • Александр Степанович Кашин Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского https://orcid.org/0000-0002-2342-2172 Email: kashinas2@yandex.ru
Ключевые слова: морфология, популяционный полиморфизм, распространение, таргетное секвенирование, ISSR

Аннотация

Calophaca wolgarica − реликтовый палеоэндемик юга Восточно-Европейской равнины. В данной работе мы оценили уровень морфологической и генетической изменчивости в 24 естественных и 2 реинтродуцированных популяциях вида. Для оценки морфологической изменчивости использовалось неметрическое многомерное шкалирование (nMDS) по 17 признакам. Для оценки генетической изменчивости мы секвенировали 8 участков хлоропластной ДНК (atpB − rbcL, matK, trnL − trnF, trnS − trnG, rbcL, rps16, rpoC1, ycf1) и участок ядерной ДНК ITS1-5.8S-ITS2, а также провели анализ межмикросателлитных последовательностей (ISSR). Мы обнаружили отсутствие межпопуляционной морфологической изменчивости. Секвенирование участков хлоропластной и ядерной ДНК также не выявило различий между популяциями вида. На основе результатов байесовского анализа с использованием ISSR-маркеров в программах STRUCTURE и NEW HYBRIDS нами были выявлены генетические группы, пространственное расположение которых свидетельствует о том, что во время последних оледенений и регрессий Каспия одна прародительская популяция сохранялась в рефугиуме на Ставропольской возвышенности. Рефугиум другой прародительской популяции охватывал юг Приволжской возвышенности вплоть до возвышенности Ергени. Мы утверждаем, что вид распространился от гор Тянь-Шаня до Приволжской возвышенности, обходя Каспийское море с севера, а затем распространился на Ставропольскую возвышенность. Мы предполагаем, что эндемизм C. wolgarica при отсутствии географических барьеров, связанных с низкой экологической гетерогенностью юга Восточно-Европейской равнины, мог возникнуть не только или не столько из-за ограничения потока генов, сколько из-за морфологического и генетического консерватизма, связанного с адаптацией вида к узкой экологической нише. За миллионы лет существования вида его ареал, вероятно, неоднократно сужался и расширялся в зависимости от меняющихся климатических условий, связанных с ледниковыми и межледниковыми периодами, а также динамикой уровня Каспийского моря.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Литература

Amiryousefi A., Hyvönen J., Poczai P. 2018. iMEC: Online Marker Efficiency Calculator. Appl. Plant Sci. 6(6): e1159. https://doi.org/10.1002/aps3.1159
Anderson E. C., Thompson E. A. 2002. A model-based method for identifying species hybrids using multilocus genetic data. Genetics 160(3): 1217–1229. https://doi.org/10.1093/genetics/160.3.1217
Anderson E. C., Williamson E. G., Thompson E. A. 2000. Monte Carlo evaluation of the likelihood for Ne from temporally-spaced samples. Genetics 156(4): 2109−2118. https://doi.org/10.1093/genetics/156.4.2109
Белоус В. Н. Синэкологические особенности Calophaca wolgarica (L. fil.) DC. на примере степных ландшафтов Ставрополья // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии, 2016. № 15. С. 230–235.
Bruni I., De Mattia F., Labra M., Grassi F., Fluch S., Berenyi M., Ferrari C. 2012. Genetic variability of relict Rhododendron ferrugineum L. populations in the Northern Apennines with some inferences for a conservation strategy. Plant Biosyst. 146(1): 24–32. https://doi.org/10.1080/11263504.2011.557093
Cabral A., Luebert F., Mello‐Silva R. 2021. Evidence for Middle Miocene origin and morphological evolutionary stasis in a Barbacenia Inselberg clade (Velloziaceae). Mol. Phylogenet. Evol. 161: 107163. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2021.107163
Chen F., Wang A., Chen K., Wan D., Liu J. 2009. Genetic diversity and population structure of the endangered and medically important Rheum tanguticum (Polygonaceae) revealed by SSR Markers. Biochem. Syst. Ecol. 37(5): 613–621. https://doi.org/10.1016/j.bse.2009.08.004
De Luca D., Del Guacchio E., Cennamo P., Minutillo F., Bernardo L., Caputo P. 2024. Genetics and distribution of the italian endemic Campanula fragilis Cirillo (Campanulaceae). Plants 13(22): 3169. https://doi.org/10.3390/plants13223169
Dolukhanov P. M., Chepalyga A. L., Shkatova V. K., Lavrentiev N. V. 2009. Late Quaternary Caspian: sea-levels, environments and human settlement. Open Geogr. J. 2(1): 1–15. https://doi.org/10.2174/1874923200902010001
Duan L., Yang X., Liu P. L., Johnson G., Wen J., Chang Z. Y. 2016. A molecular phylogeny of Caraganeae (Leguminosae, Papilionoideae) reveals insights into new generic and infrageneric delimitations. PhytoKeys 70: 111–137. https://doi.org/10.3897/phytokeys.70.9641
Ефименко С. Ф., Пархоменко А. С., Шилова И. В., Гребенюк Л. В., Кулисёва Ю. И., Кашин А. С. Результаты мониторинга реинтродукционных популяций Calophaca wolgarica на территории Саратовской области // Изв. Сар. Унив. Сер. Хим. Биол. Экол., 2024. Т. 24, № 4. С. 315–320. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2024-24-4-415-429
El-Bakatoushi R., Ahmed D. G. A. 2018. Evaluation of genetic diversity in wild populations of Peganum harmala L., a medicinal plant. J. Genet. Eng. Biotechnol. 16(1): 143–151. https://doi.org/10.1016/j.jgeb.2017.11.007
Evanno G., Reqnaut S., Goudet J. 2005. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Mol. Ecol. 14(8): 2611–2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x
Excoffier L., Lischer H. E. L. 2010. Arlequin suite ver. 3.5: A new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows. Mol. Ecol. Resour. 10(3): 564−567. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x
GBIF [2024]. The Global Biodiversity Information Facility. URL: https://www.gbif.org/ (Accessed 21 Desember 2024).
Godt M.J. W., Johnson B. R., Hamrick J. L. 1996. Genetic diversity and population size in four rare Southern Appalachian plant species. Conserv. Biol. 10(3): 796–805.
Hall T. A. 1999. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symp. Ser. 41: 95–98.
Hu Y., Wang L., Xie X., Yang J., Li Y., Zhang H. 2010. Genetic diversity of wild populations of Rheum tanguticum endemic to China as revealed by ISSR analysis. Biochem. Syst. Ecol. 38(3): 264–274. https://doi.org/10.1016/j.bse.2010.01.006
Hurka H., Friesen N., Bernhardt K.-G., Neuffer B., Smirnov S. V., Shmakov A. I., Blattner F. R. 2019. The Eurasian steppe belt: status quo, origin and evolutionary history. Turczaninowia 22, 3: 5–71. https://doi.org/10.14258/turczaninowia.22.3.1
Huson D. H., Bryant D. 2006. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies. Mol. Biol. Evol. 23(2): 254–267. https://doi.org/10.1093/molbev/msj030
Исмаилов А. Б. Распространение и охрана Calophaca wolgarica (Fabaceae) в России // Ботанический вестник Северного Кавказа, 2018. № 2. С. 13–20.
Jakobsson M., Rosenberg N. A. 2007. CLUMPP: a cluster matching and permutation program for dealing with label switching and multimodality in analysis of population structure. Bioinformatics 23(14): 1801−1806. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btm233
Кашин А. С., Петрова Н. А., Шилова И. В., Гребенников К. А., Куликова Л. В. Состояние ценопопуляций Calophaca wolgarica (L.) Fisch. ex DC. (Fabaceae, Angiospermae) в Волгоградской области // Поволжский экологический журнал, 2015. № 3. С. 253–267.
Kondratieva A. O., Parkhomenko A. S., Kritskaya T. A., Shilova I. V., Kasatkin M. Ju., Efimenko S. F., Kashin A. S. 2024. Variation patterns in populations of Eastern European Globularia (Plantaginaceae, Magnoliopsida) species due to habitat conditions. Biol. Bull. Russ. Acad. Sci. 51: 1–16. https://doi.org/10.1134/S1062359024980061
Kosiński P., Sękiewicz K., Walas Ł., Boratyński A., Dering M. 2019. Spatial genetic structure of the endemic alpine plant Salix serpillifolia: genetic swamping on nunataks due to secondary colonization? Alp. Bot. 129: 107–121. https://doi.org/10.1007/s00035-019-00224-4
Lagos Baez K., Licona Vera Yu., Gomez Dominguez H., Ornelas Ju. F., Vasquez-Aguilar A. A., Hurtado Reveles L., Ortiz Rodriguez A. E. 2024. Genetic and morphological differentiation among populations of the narrowly endemic and karst forest adapted Pilea pteridophylla (Urticaceae). Org. Divers. Evol. 24: 149–162. https://doi.org/10.1007/s13127-024-00638-x
Li Y. L., Liu J. X. 2018. Structure Selector: a web based software to select and visualize the optimal number of clusters using multiple methods. Mol. Ecol. Res. 18(1): 176–177. https://doi.org/10.1111/1755-0998.12719
Luna-Ortiz A., Arteaga M. C., Bello-Bedoy R., Gasca-Pineda J., Leon de la Luz J. L., Domınguez-Cadena R., Medel-Narvaez A. 2022. High genetic diversity and low structure in an endemic long-lived tree, Yucca capensis (Asparagaceae). Plant Biol. 24(1): 185–191. https://doi.org/10.1111/plb.13346
Ма S. M., Nie Y. B., Jiang X. L., Xu Z., Ji W. Q. 2019. Genetic structure of the endangered, relict shrub Amygdalus mongolica (Rosaceae) in arid northwest China. Aust. J. Bot. 67(2): 128–139. https://doi.org/10.1071/BT18188
Meng L., Chen G., Li Z., Yang Y., Wang Z., Wang L. 2015. Refugial isolation and range expansions drive the genetic structure of Oxyria sinensis (Polygonaceae) in the Himalaya-Hengduan Mountains. Sci. Rep. 5: 10396. https://doi.org/10.1038/srep10396
Octavio-Aguilar P., Rubio-Tobón C. A., Montelongo-Ruiz G., Galván-Hernández D. M. 2024. Evaluation of the diversity and genetic structure of Ceratozamia kuesteriana Regel. (Zamiaceae) in Tamaulipas, Mexico. Plant Spec. Biol. 1–13. https://doi.org/10.1111/1442-1984.12455
Oksanen J., Blanchet F. G., Friendly M., Kindt R., Legendre P., McGlinn D., Minchin P. R., O’Hara R. B., Simpson G. L., Solymos P., Stevens M.H. H., Szoecs E., Wagner H. 2020. vegan: Community Ecology Package. R package version 2.5-7. URL: https://CRAN.R-project.org/package=vegan (Accessed 14 February 2025).
Pritchard J. K., Stephens M., Donnelly P. 2000. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155(2): 945–959. https://doi.org/10.1093/genetics/155.2.945
QGIS [2020]. Geographic Information System version 3.16.0. QGIS Association. URL: https://download.qgis.org/downloads/ (Accessed 02 February 2025).
Qian H., Ricklefs R. E. 2000. Large‐scale processes and the Asian bias in species diversity of temperate plants. Nature 407: 180–182. https://doi.org/10.1038/35025052
Ricklefs R. E., Latham R. E. 1992. Intercontinental correlation of geographical ranges suggests stasis in ecological traits of relict genera of temperate perennial herbs. Am. Nat. 139(6): 1305–1321. https://doi.org/10.1086/285388
Rinaldi R., Cafasso D., Strumia S., Cristaudo A., Sebastiani F., Fineschi S. 2019. The influence of a relict distribution on genetic structure and variation in the Mediterranean tree, Platanus orientalis. AoB PLANTS 11(1): plz002. https://doi.org/10.1093/aobpla/plz002
Рябинина З. Н., Князев М. С. Определитель сосудистых растений Оренбургской области. М.: Тов-во науч. изд. КМК, 2009. 758 с.
Шишлова Ж. Н., Шмараева А. Н., Ермолаева О. Ю. Состояние ценопопуляции Calophaca wolgarica (L. fil.) DC. в Атаманском лесничестве (Ростовская область) // Актуальные проблемы экологии и природопользования. Под ред. К. Ш. Казеева. Ростов н/Д.; Таганрог: Изд-во Южн. федер. ун-та, 2019. С. 237–241.
Шмараева А. Н., Кузьменко И. П., Макарова Л. И., Шишлова Ж. Н., Фирсова А. В. Результаты интродукции редких и исчезающих растений Ростовской области // Ботанический сад Южного федерального университета – центр сохранения биологического разнообразия растений степной зоны. Ростов н/Д.; Таганрог: Изд-во Южн. федер. ун-та, 2023. С. 24–42.
Stathi E., Kougioumoutzis K., Abraham E. M., Trigas P., Ganopoulos I., Avramidou E. V., Tani E. 2020. Population genetic variability and distribution of the endangered Greek endemic Cicer graecum under climate change scenarios. AoB PLANTS 12(2): plaa007. https://doi.org/10.1093/aobpla/plaa007
Takahashi D., Isagi Y., Li P., Qiu Y.-X., Setoguchi H., Suyama Y., Matsuo A., Tsunamoto Y., Sakaguchi S. 2022. Stable persistence of relict populations involved evolutionary shifts of reproductive characters in the genus Tanakaea (Saxifragaceae). J. Syst. Evol. 60(6): 1405–1416. https://doi.org/10.1111/jse.12849
Takahashi D., Suyama Y. 2023. Demographic history and conservation aspects of two relict shrubs (Daphnimorpha spp., Thymelaeaceae) showing disjunct and restricted distribution in the southern part of Japan. Tree Genet. Genomes 19: 43. https://doi.org/10.1007/s11295-023-01618-6
ШмараеваА. Н., Баранова О. Г.Майкараганволжский – Calophaca wolgarica (L. f.) Pall. exFisch. // Красная книга Российской Федерации. Растения и грибы. М.: ВНИИ «Экология», 2024. С. 268–269.
Tudryn A., Chalié F., Lavrushin Yu. A., Antipov M. P., Spiridonova E. A., Lavrushin V., Tucholka P., Leroy S. A. G. 2013. Late Quaternary Caspian Sea environment: Late Khazarian and Early Khvalynian transgressions from the lower reaches of the Volga River. Quat. Int. 292: 193–204. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2012.10.032
Valtuena F. J., Preston C. D., Kadereit J. W. 2012. Phylogeography of a Tertiary relict plant, Meconopsis cambrica (Papaveraceae), implies the existence of northern refugia for a temperate herb. Mol. Ecol. 21(6): 1423–1437. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2012.05473.x
Vásquez D. L. A., Balslev H., Møller Hansen M., Sklenář P., Romoleroux K. 2016. Low genetic variation and high differentiation across sky island populations of Lupinus alopecuroides (Fabaceae) in the northern Andes. Alp. Bot. 126: 135–142. https://doi.org/10.1007/s00035-016-0165-7
Wang S.-Q. 2020. Genetic diversity and population structure of the endangered species Paeonia decomposita endemic to China and implications for its conservation. BMC Plant Biol. 20: 510. https://doi.org/10.1186/s12870-020-02682-z
Wu F. Q., Shen S. K., Zhang X. J., Wang Y. H., Sun W. B. 2015. Genetic diversity and population structure of an extremely endangered species: the world’s largest Rhododendron. AoB PLANTS 7: plu082. https://doi.org/10.1093/aobpla/plu082
Xu Z., Zhang M.-L. 2015. Phylogeography of the arid shrub Atraphaxis frutescens (Polygonaceae) in Northwestern China: evidence from cpDNA sequences. J. Hered. 106(2):184–195. https://doi.org/10.1093/jhered/esu078
Yanina T. A. 2014. The Ponto-Caspian region: Environmental consequences of climate change during the Late Pleistocene. Quat. Int. 345: 88−99. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2014.01.045
Yeh F. C. 1997. Population genetic analysis of co-dominant and dominant markers and quantitative traits. Belg. J. Bot. 129: 157.
Zachos F. E., Habel J. C. 2011. Biodiversity hotspots. Distribution and protection of conservation priority areas. Berlin: Springer-Verlag. 546 pp. https://doi.org/10.1007/978-3-642-20992-5
Zhang L., Sun F., Ma S., Wang C., Wei B., Zhang Y. 2022. Phylogeography of Amygdalus mongolica in relation to Quaternary climatic aridification and oscillations in northwestern China. PeerJ. 10: e13345. https://doi.org/10.7717/peerj.13345
Zhang M.-L., Wen Z.-B., Fritsch P. W., Sanderson S. C. 2015. Spatiotemporal evolution of Calophaca (Fabaceae) reveals multiple dispersals in Central Asian Mountains. PLoS ONE 10: e0123228. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0123228
Zhao Y., Pan B., Zhang M. 2019. Phylogeography and conservation genetics of the endangered Tugarinovia mongolica (Asteraceae) from Inner Mongolia, Northwest China. PLoS ONE 14: e0211696. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0211696
Опубликован
2025-12-30
Как цитировать
Крицкая Т. А., Кондратьева А. О., Кулисева Ю. И., Кашин А. С. Генетический и морфологический консерватизм Calophaca wolgarica (Fabaceae) – палеоэндемика юга Восточно-Европейской равнины // Turczaninowia, 2025. Т. 28, № 4. С. 52–67 DOI: 10.14258/turczaninowia.28.4.7. URL: https://turczaninowia.asu.ru/article/view/18514.
Раздел
Научные статьи

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)