CC BY
45
4r
генетические основы эволюции экосистем
© ю. В. михайлова 1 2, Е. Е. крапивская А. В. родионов 2
1 Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН, Санкт-Петербург;
2 Санкт-Петербургский государственный университет
Xamilenis — олиготипный род, выделенный в трибе Sileneae в 2001 году. мы рассмотрели обоснованность выделения этого рода в свете данных молекулярной филогении. Были проанализированы нуклеотидные последовательности ядерного (ITs1-5,8s-ITs2) и хло-ропластного (интрон гена trnl) геномов у представителей видов этого рода из нескольких разных местообитаний, а также ряд других видов трибы Sileneae. Филогенетические деревья были построены с помощью метода объединения соседей и метода байеса. Показано, что представители Xamilenis не формируют монофилетическую группу и имеют близкие связи с видами Silene из подрода Siphonomorpha. Полученные результаты подвергают сомнению принятие Xamilenis как самостоятельного рода.
C ключевые слова: Sileneae; Silene; Xamilenis; ITS; интрон trnL.
Поступила в редакцию 11.07.2014 Принята к публикации 13.11.2014
УДК 575.17:575.8
МОЛЕКУЛЯРНО-ФИЛОГЕНЕТИЧЕКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОСТИ РОДА XAMILENIS RAF. В СОСТАВЕ ТРИБЫ SILENEAE
ВВЕДЕНИЕ
Род Xamilenis Raf. был впервые описан S. C. Rafinesque (1840) в труде «Autikon botanikon». К этому таксону он отнёс секцию Nanosilene рода Silene L. (смолёвка), выделенную Ой^ом (1824). Среди отличительных признаков рода Rafinesque отметил своеобразный внешний облик, дерновинную форму роста, одиночные цветки на цветоножке, двудомность. Шзвание Xamilenis Rafinesque объясняет как «карликовая гвоздика». Он включил в состав рода единственный вид Silene acaulis, которому дал название Xamilenis uniflora. Кроме Xamilenis, Rafinesque также выделил ещё несколько родов из смолёвок: Evastoma, Pleconax, Alifolia, Ixoca. Работы Rafinesque подвергались современниками критике, а многие его описания новых таксонов оставались долгое время незамеченными составителями Index Kewensis, и, как следствие, неизвестными для большинства ботаников (Warren, 2004). Только 80 лет спустя F. W Pennel (1921) опубликовал список «неучтённых» родов из «Autikon botanikon». Причина невнимания к таксономическим предложениям Rafinesque со стороны систематиков состояла в чрезмерной, как полагали его современники, увлеченности автора описанием новых видов (Pennel, 1921).
Таким образом, описание нового рода Xamilenis оставалось незамеченным долгое время. Silene acaulis в обработках относили к секции или серии Nanosilene рода Silene без указания в списке синонимов Xamilenis (Rohrbach, 1868; Williams, 1896; Флора СССР, 1936). Кроме S. acaulis в секцию Nanosilene также включали альпийскую S. dinarica Spreng. (Rohrbach, 1868; Williams, 1896). Шишкин во «Флоре СССР» включил в секцию Nanosilene западно-азиатскую S. dianthoides Pers., кавказский эндемик S. marcowizii Schischk. и европейскую S. rupestris L. В настоящее время S. marcowizii рассматривается как синоним S. dianthoides, которая входит в олиготипную секцию Dianthoidea подрода Siphonomorpha (Конспект флоры Кавказа, 2012), а S. rupestris как Minjaevia rupestris (Флора Восточной Европы, 2004).
В обработке Sileneae для флоры Восточной Европы H. H. Цвелёв (2001) вновь обратился к роду Xamilenis (арктосмолка) и включил в него три вида: X. acaulis (= S. acaulis), X. dinarica (= S. dinarica) и X. exscapa (= S. exscapa = S. acaulis ssp. exscapa). H. H. Цвелёв указал на родство Xamilenis не только с Silene s. str., но и с Viscaria Berhn. Монограф рода Silene Г. А. Лазьков (2002) отметил ошибочность перемещения S. dinarica в род Xamilenis, который, по его мнению, близок к Elisanthe. S. dinarica он помещает в секцию Spergulifolia подрода Siphonomorpha. Система H. H. Цвелёва легла в основу изложения материала по Sileneae во «Флоре восточной Европы» (2004).
В настоящее время ботаники обладают широким спектром современных методов, прежде всего молекулярно-филогенетических, которые активно используются для изучения эволюции растений и построения естественной системы таксонов. С помощью молекулярных маркеров изучаются границы трибы Sileneae (Oxelman, Liden, 1995; Oxelman et al., 1997), выявляются таксоны гибридного происхождения (Frajman et al., 2009a; Petri et al., 2013), уточняется филогения отдельных родов (Atocion, Viscaria — Frajman
C экологическая генетика том xii № 4 2014
ISSN 1811-0932
et al., 2009b; Melanrium — Rautenberg et al., 2010; североамериканские Silene — Burleigh, Holtsford, 2003). В ряде этих работ в поле зрения попадает и S. acaulis (=X. acaulis). Однако европейские систематики не рассматривают проблему выделения рода Xamilenis в связи с более широким пониманием границ рода Silene. В то же время таксон Xamilenis принимается, как уже сказано, в такой фундаментальной работе, как «Флора Восточной Европы».
Целью данной работы было определить, есть ли основания с точки зрения молекулярной филогении считать Xamilenis самостоятельным родом. Для этого мы должны ответить на вопрос о монофилетичности рода Xamilenis в современном его понимании. Также необходимо сравнить представителей этого таксона с другими, прежде всего из тех групп Sileneae, которые систематики указывают как родственные — Viscaria, Silene и Elisanthe.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ДНК была выделена из гербарных материалов (табл. 1) с помощью СТАВ-метода (Doyle, Doyle, 1987) с модификациями (Kim et al., 2009). В связи с обширным ареалом X. acaulis были исследованы растения из нескольких географических точек. Также в работе были использованы образцы ДНК X. acaulis из европейской части ареала, выделенные ранее для филогеографического иследования (Михайлова и др., 2009). Их последовательности ITS представлены в GenBank под номерами KM011926, —31, —32, —39, —55 и —57. Для амплификации и секвенирования фрагментов ITS1-5,8S-ITS2 были использованы праймеры ITS-1P (Righway et al., 2003) и ITS-4 (White et al., 1990), а также в случае необходимости — ITS-2 и ITS-3 (White et al., 1990). Условия ПЦР: 95 °C — 5', 35 циклов (95 °C — 50'', 56 °C — 50", 72 °C — 50"), 72 °C — 10'. Для амплификации фрагмента хлоропластного гена trnL были использованы универсальные праймеры и рекомендуемые для них условия (Taberlet et al., 1991). В состав реакционной среды входили 0,5 мкМ каждого праймера (Бигль, Россия), 2,5 ед. Taq-полимеразы (Синтол, Россия), ПЦР-Буфер-Б для Taq ДНК-полимеразы (Синтол, Россия), 0,2 мМ нуклео-тидов (Силекс, Россия), 5—20 нг ДНК и деионизирован-ная вода. Секвенирование осуществляли в Центре коллективного пользования БИН РАН по методу Sanger^ на генетическом анализаторе AbiPrizm с помощью набора «BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing kit» (Applied Biosystems, США).
Для молекулярно-филогенетического анализа были использованы не только полученные нами нуклеотид-ные последовательности, но и импортированные из базы данных GeneBank (GeneBank, 4.06.2014; Benson et al., 2005). Отбор последовательностей проводился таким образом, чтобы максимально представить разнообра-
зие родов, описанных в трибе согласно системе Цвелёва (2ОО1). Список импортированных последовательностей: Viscaria viscosa НМ59О313, Viscaria alpina X86878, Polyshemone nivalis X86861, Coccyganthe flos-cuculi НМ59О312, Coronaria coriacea X86891 и EF674242, Agrostemma githago X86895 и EU221639, Lychnis chalcedonica X86894, Atocion armeria Х8688О, Sophianthe samojedorum GQ245539, Gastrolychnis pauciflora GQ245531, Elisanthe noctiflora FN821141 и FN821367, E. akinfieviii FN821320, Carpophora viscosa FN821148, Silenanthe zawadskii X86883 и EU221621, Minjaevia rupestris FJ384039, Ebraxis antirrhina DQ908631, Cucubalis baccifer X86889, Pleconax conica FN821100 и EU221624, P. conoidea FN82imi и FN821324, P. subconica HQ334913, P. ammophilla FN821321, P. macrodonta FN821359, Otites cuneifolia EF060233, Silene nutans DQ059406 и DQ061970, Silene viridiflora DQ059414 и DQ061975, S. italica DQ059395 и DQ061956, S. nemoralis EF60230, S. bupleroides X86864, S. littorea ЕШ3О445 и EU221619, S. dichotoma X86848, S. gallica X86847, S. pendula FN821142, S. pauciflora GQ245535, S. pygmaea FN821368, S. lydia HQ334975, S. fernandezii DQ061955, S. longica DQ061955, S. rothmaleri DQ061963, Xamilenis acaulis GQ245530, AY116473 и AY116482, Melandrium marizii EF646885, M. latifolium EF647198, M. fedchenkoana FN821336, Oberna behen FN821374.
Анализ нуклеотидных последовательностей и построение дерева методом объединения соседей осуществляли в пакете MEGA 5 (Tamura et al., 2О11). Выравнивание проводили с помощью алгоритма MAFFT (Katoh, Toh, 2ОО8) на сайте Европейского Института Биоинформатики (EMBL-EBI 4.О6.2О14; McWilliam et al., 2О13). Оптимальную эволюционную модель подбирали в программе ModelGenerator (Keane et al., 2ОО6). Построение дерева с использованием байесовского подхода проводили в программе MrBayes3.1 (Huelsenbeck, Ronquist, 2ОО1). Использовали 1О ООО ООО генераций для анализа ITS и 2 ООО ООО генераций для интрона trnL. В качестве внешней группы была выбрана Agrostemma githago (куколь).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Были получены фрагменты ITS для 25 растений из трибы Sileneae, из которых 17 были представителями Xamilenis. Длина фрагментов составила: ITS1 —223—245 п. о., ген 5.8S рРНК — 15О—155 п. о., ITS2-217-229 п. о.
Для реконструкции филогении по ITS кроме полученных нами было использовано 26 последовательностей Sileneae из GenBank. Р-расстояния между нуклеотидны-ми последовательностями ITS варьировали от О до 11,9 % (табл. 2). Большие значения межнуклеотидных расстояний (около 11 %) наблюдались при сравнении X. acaulis и Agrostemma githago. Минимальные расстояния были
C экологическая генетика tom xii № 4 2о14
ISSN 1811 —О932
Таблица 1
Происхождение образцов, использованных в работе
Вид (синоним*) Информация об географическом происхождении образца, времени сбора, коллекторе и месте хранения Шмера последовательностей в GenBank
Xamilenis acaulis (L.) Tzvel. (Silene acaulis (L.) Jacq.) Чукотский полуостров, Чукотский район, окрестности реки Лорэн, 18.07.2010, Ю. В. Михайлова ITS-KJ918487
Xamilenis acaulis (L.) Tzvel. (Silene acaulis (L.) Jacq.) Аляска, национальный парк Кенай-Фьордс, гербарий UVIC ITS-KM011912
Xamilenis acaulis (L.) Tzvel. (Silene acaulis (L.) Jacq.) Аризона, горы Сан-Франциско, L. Lamil, гербарий V ITS-KM011925
Xamilenis exscapa (All.) Tzvel. (Silene acaulis subsp. exscapa (All.) Braun-Blanq.) Канадский Арктический Архипелаг, о-в Баффинова Земля, Лейк-Харбор, 22.07.1933, собр. M. O. Malte, гербарий LE ITS-KJ918491
Xamilenis dinarica (Spreng.) Tzvel. (Silene dinarica Spreng.) Горный масив Фэгераш (Румыния, Сибиу), склон у водопада Блеа. 3.08.1984. F. Cernoch. Гербарий МНА ITS-KJ918496 trnL-KJ918503
Melandrium dioicum (L.) Coss. et Germ. (Silene dioica (L.) Clairv.) Ленинградская область, г. Выборг, парк Монрепо, 2011, Ю. В. Михайлова ITS-KJ918489
Melandrium album (Mill.) Garcke (Silene latifolia subsp. (Mill.) Greuter et Bürdet) Санкт-Петербург, берег Обводного канала около Американских мостов, 2011, Ю. В. Михайлова trnL-KJ918506
Gastrolychnis apetala (L.) Tolm. et Kozhanch. (Silene uralensis (Rupr.) Bocquet) Чукотский полуостров, Чукотский район, верховья реки Лорэн, 17.07.2010, Ю. В. Михайлова ITS-KM011961 trnL-KJ918504
Elisanthe aprica (Turcz. ex Fisher et Meyer) Peschkova (Silene aprica Turcz. ex Fisher et Meyer) Иркутская область, Ольхонский район, Маломорское побережье оз. Байкал, залив Мухор, основание полуострова Улан-Хада. 30.07.2010. Собр. С. Г. Казановский , опр. Г. А. Лазьков ITS-KJ918502
Oberna behen (L.) Ikonn. (Silene vulgaris (Moench) Garcke) Иркутская область, Ольхонский район, 10 км северо-западнее с. Кочерикова, 2.08.2003. Собр. С. Г. Казановский , опр. А. А. Киселёва. ITS-KJ918500
Sophianthe samojedorum (Sambuk) Tzvel. (Silene samojedorum (Sambuk) Oxelman) Западный Таймыр, посёлок Тарея, яры, берега Пясены, южный склон, средняя часть. 1.08.2010, собр. Л. Л. Заноха, опр. В. В. Петровский ITS-KJ918499
Coccyganthe flos-cuculi (L.) Fourr. (=Lychnisflos-cuculi L.) Петергоф, парк БИНИИ. 06. 2001. Ю.В. Михайлова ITS-KJ918497
Viscaria viscosa (Scop.) Aschers. (=Viscaria vulgaris Bernh.) Ленинградская область, Карельский перешеек, окрестности платформы «63 км», 06. 2001. Ю. В. Михайлова ITS-KJ918495
Silene paucifolia Ledeb. Таймыр, 11.07.2010, С. В. Чиненко ITS-KJ918490
Silene stenophylla Ledeb. Чукотский полуостров, Чукотский район, верховья реки Лорэн, 23.07.2010, Ю. В. Михайлова ITS-KJ918487
Silene shamarensis Turcz. Восточный Саян, Китойский хребет. Республика Бурятия, окинский район, окрестности пос. Самарта, верховье р. Китой, гора Васильевская. 28.08.2010. Собр. С. Г. Казановский, опр. Г. А. Лазьков. ITS-KJ918492
Silene amoena L. (Silene repens Patrin) Иркутская область, Ольхонский район, Приморский хребет, окрестности дер. Черноруд. 14.07.1998. Собр. А. В. Верхозина, опр. А. А. Киселёва. ITS-KJ918501
Silene dianthoides Pers. Армения, Севанский район, гора против полуострова Севан. 17. 05. 1961. Н.Савич. Гербарий LE ITS-KJ918494
Silene dianthoides Pers. Южное Закавказье, Армения, Горисский район, окр. Сваранц, г. Арамазд, 7.1967. Собр. Н. Д. Агапова, опр. Г. A. Лазьков. Гербарий LE ITS-KJ918499
Silene jenisseensis subsp. popovii Zuev. Республика Бурятия, Селенгинский район, в 3 км восточнее п. Таёжный, р. Темник, левый берег, 16.8.2006, собр. С. Г. Казановский, опр. А. А. Киселёва. trnL-KJ918505 ITS-KM011962
* — в связи с сильными различиями в принятии границ и состава родов трибы Sileneae современными систематиками для большинства видов приводятся два названия: основное, согласно системе Н. Н. Цвелёва (2001), и в скобках синоним, согласно классификации (Охе1тап et а1., 2013)
Таблица 2
межнуклеотидные расстояния П^1-5^ррнк — ITs2 у Xamilenis и предполагаемых родственных таксонов трибы Sileneae_
Рода Xamilenis Silene Elisanthe Viscaria
р-расстояния внутри родов
0-2,2 % 0,5-5,6 % 4,8 % 2,4 %
р-расстояния между родами
Silene 0,2-5,3 %
Elisanthe 2,7-6,3 % 2,4-6,5 %
Viscaria 5,3-7,7 % 4,8-7,7 % 5,6-8,7 %
Polyshemone 0,2-1,5 % 0,7-4,5 % 3,1-5,3 % 5,8-7 %
Gastrolychnis 3,6-5,1 % 1,9-5,3 % 2,7-3,4 % 7-7,3 %
Sophianthe 4,4-5,6 % 2,9-5,8 % 2,2-4,6 % 8-8,2 %
Carpophora 4,1-5,3 % 2,2-5,6 % 2,9-3,4 % 7,7-8 %
Oberna 2,9-4,1 % 1,7-4,6 % 2,9-4,6 % 6,1-6,5 %
Melandrium 4,1-5,3 % 3,1-5,6 % 2,4-3,9 % 6,5-7 %
Pleconax 3,6-5,3 % 3,4-5,7 % 2,1-5,5 % 6,1-6,5 %
Otites 1,2-2,4 % 1-5 % 3,1-5,8 % 6,3-7,3 %
Coccyganthe 4,6-5,8 % 4-6,5 % 4,6-7,5 % 6,3 %
Coronaria 4,8-6,1 % 4,4-6,5 % 4,8-7,7 % 5,8-6,1 %
Lychnis 4,4-5,6 % 3,9-6,8 % 4,4-7,7 % 6,3 %
Ebraxis 1,2-2,4 % 1,2-4,8 % 3,1-5,6 % 6,1-6,8 %
Atocion 6,8-7,7 % 6,3-8,2 % 6,3-8,7 % 3,4-3,6 %
Minjaevia 6,5-7,7 % 6-8 % 5,6-8,5 % 2,7-2,9 %
Cucubalis 3,1-4,6 % 3,1-5,1 % 3,1-5,1 % 6,8-7 %
Agrostemma 10,7-11,9 % 9-11,9 % 9,4-10,7 % 11,1 %
между образцами X. acaulis из Европы (0 %), а также между X. acaulis, Polyshemone nivalis и рядом смолёвок из подрода Siphonomorpha — S. italica, S. nemoralis, S. jenisseensis, S. nutans, S. pauciflora (0,1 %). Внутри группы Xamilenis наибольшее р-расстояние наблюдалось между X. dinarica и X. acaulis/X. exscapa (1-2,2 %), а также между образцом X. acaulis из востока Канады (Ньюфаундленд) и остальными представителями рода (1-1,9 %). Несмотря на показанное ранее высокое генетическое разнообразие по маркерам AFLP среди представителей X. acaulis из разных частей Европы (Михайлова и др., 2009), значимого полиморфизма в последовательностях ITS не было найдено. В то же время подтвердилась обособленность растений с востока Канады.
На филогенетическом дереве последовательностей ITS (рис. 1), построенном с помощью байесовского подхода, крупные клады имеют довольно слабую статистическую поддержку (0,63-0,65). Но можно выделить более мелкие клады с высокими значениями апостериорной вероятности (0,97-1). Самая большая из хорошо поддержанных клад — «силеноидная» (клада 3), кроме неё можно выделить небольшие клады конусо-вок (Pleconax, клада 1), «смолковую» (клада 4), «лих-нисовую» (клада 5) и сборную (клада 2). Отношения между этими кладами, а также между видами Cucubalis baccifer, Melandrium dioca, Elisanthe noctiflora и неко-
торыми Silene на дереве плохо разрешены. Представители родов Viscaria и Elisanthe оказываются в разных кладах c Xamilenis. Филогенетическое дерево, построенное методом объединения соседей, значительно менее информативно, так как большинство ветвей на нём не разрешено (данные не показаны). Можно выделить только несколько клад с хорошей бутстреп-подде-ржкой — «лихнисовую», «смолковую» и Pleconax. Эти клады совпадают по составу с таковыми в байесовском дереве.
Представители X. acaulis из разных географических областей формируют две субклады. В первую вместе с Polyshemone nivalis попадают все европейские растения этого вида и два американских (из Аляски и Колорадо). Вторую субкладу составляют образцы из Америки и Чукотки вместе с X. exscapa из Канадского Арктического Архипелага. Эти две субклады объединяются вместе с другими смолёвками из подрода Siphonomorpha (секции Siphonomorpha, Italicae, Graminiformes). В нашем исследовании, так же как и в более ранней работе (Oxelman, Liden, 1995), на филогенетическом древе, построенном по последовательностям рДНК, к X. acaulis наиболее близка Polychemone nivalis.
Таким образом, род Xamilenis на филогенетических деревьях последовательностей ITS монофилетичной клады не формирует (рис. 1), по р-расстояниям виды этого
■Pleconax conoidea FN821101 i—Pleconax subconlca H0334913 Pleconax cónica FN821100 -Melandríum diolcum KJ918489 -ElisanthenoctmraFN82ll4l
-Cucuballs baccifer X86889 -Carpophora viscosa FN82114B
Gastroiychnis apétala KM011961
■Sophlanthe samojedorum KJ918499 Slsanthe aprlca KJ918504 ■Sllenanthe zawadsliil X86883
■Sllene llttorea PSA EU330445 suene dichotoma Die X86848 )bema behen KJ918500 Sllene péndula PSA FNS21142
■Silene amoena SPE KJ918501
'llene dlantholdes DIA KJ918494 bupleuroides SCL X86864 Ebraxis antlrrhlna DQ908631 —Polyshemone nivalis X86861 —Xamilenls acantis Iceland KM011931 ■Xamilenis acaulis Ural KM011955 —Xamilenls acaulis Alaste KM011912 Xamilenls acaulis Shpitsbergen KM011939 r-Xamllenis acaulis Scotland KM011932 4-Xamilenis acaulis Spain KM011954
I-Xamilenis acaulis ssp subacaulensls Colorado AY116473
'amlienis exscapa Canada Arctic KJ918491
-Xamilenis acaulis Newfoundland KM011926 -Xamilenis acaulis Arizona KM011925
■Xamilenls acaulis Chuhotka KJ918487 '■llene nutans SIP DQ059406 ■llene viridltlora Italy SIP D0059414
■Xamilenls dlnarica Romania KJ918496 'tltes cuneltolia EF060233
■Silene dlantholdes DIA KJ918493 >ne jenisseensis ssp popovll GFtA KM011962
■Sllene chamarensls GRA KJ918492 ■llene paudfolia GRA KJ918490 ' üísilene stenophylla GRA KJ916487 ■Sllene nemoralls ITA EF60230 'llene italics ITA DQ059395 ■Sllene galilea SIL X86847 -Minjaevia rupestris FJ384039 ■Atodon armería Xdmo Visearía alpina FJ384046 ■Visearía viscosa KJ918495 tronaría coríacea X86891
.-Lychnis chalcedonica X86894
oí-Coccyganthe flos cuculí KJ918497
—Agrostemma glthago X86895
рис. 1. Филогенетическое дерево последовательностей ITS 51 представителя Sileneae, построенное с помощью байесовского подхода. Указаны значения апостериорной вероятности. После названия для представителей Xamilenis указано географическое происхождение, для видов Sifene-секционная принадлежность (DIA: Dianthoidea, DIC: Dichotomae, GRA: Graminiformes, ITA: Italicae, PSA: Psammophilae, SCL: Sclerocalycinae, SIP: Siphonomorhpa, SIL: Silene, SPE: Spergulifoliae)
рода в равной степени близки некоторым видам рода Silene (табл. 2).
В последовательностях ITS были найдены специфичные делеция и нуклеотидные замены, характерные для Viscaria, Atocion и Minjaevia, Lychnis и Pleconax. Так, у Viscaria, Atocion и Minjaevia в 62 и 64 положениях ITS1 характерны dG и dA соответственно, тогда как для остальных — dT и dG. Также для этих трёх родов характерна делеция трёх нуклеотидов в положениях 65-67 ITS1.
Анализ последовательностей интрона trnL хпДНК проводился по меньшему числу растений. Это связано с техническими трудностями при амплификации и сек-венировании данных фрагментов, обусловленными наличием гомополимерных участков. В результате были получены фрагменты, представляющие собой большую часть интрона гена тРНК-Leu (UAA) без участка 48 п. о. на 5'-конце. Кроме полученных нами, было использовано 23 последовательности из GenBank. Интроны trnL отличались низким содержанием нуклеотидов GC (30,6 %) и высоким — АТ (69,4 %). Длина фрагментов
составляла 521—600 п. о. Р-расстояния варьировали от 0 до 7,7 %. Минимальные расстояния наблюдались между последовательностями видов рода Melandrium, максимальные — между американским образцом X. acaulis и S. littorea.
Хотя отношения между многими ветвями дерева последовательностей интрона trnL (рис. 2) также не полностью разрешены, на нём можно выделить три клады с высокой апостериорной вероятностью. В первую крупную кладу дерева хпДНК (клада 1) попадают те представители, которые на дереве ITS входили в «силе-ноидную», «смолковую» и «лихнисовую» клады, за исключением Coronaria coriaceae и S. jenisseensis. В этой кладе с хорошей поддержкой выделяются три субклады: Viscaria+Coccyganthe, X. acaulis, смолёвки секции Siphonomorpha. Вторая большая клада дерева хпДНК (клада 3) содержит виды, образовавшие на дереве ITS кладу конусовок, смешаную, ряд видов с неопределённым положением, а также S. jenisseensis. Эти клады могут маркировать хорошо дивергировавшие группы в трибе, линии сформировавшиеся давно. В одной
Silene pauciflora GR A GQ245535 r-SHene rothmaleri SIP DQ061963
—Silene longicilia SIP DQ061957 —Silene fernandezli SIP DQ061955 -Silene coutinhoi SIP DQ061953 ■Silene italica ITA DQ061956
-Xamilenis acaulis EurGQ245530 -Xamilenis acaulis North AmerAYl 16482
Silene viridiflora SIP DQ061975
occyganthe llos cuculi HM590312 Visearía viscosa HM590313
-Xamilenis dinarica КJ918487
-Silene nutans SIP DQ061970 —Silene amoena SPE GQ245537 Silene pygmaea SPE FN821368
-Silene littorea PSA EU221619 Elisanthe akinfievii FN821320 Elisanthe noctíflora FN821367 Pleconax lydia HQ334975 —Pleconax macrodonta FN821359
'leconax ammophila FN821321 'leconax cónica EU221624 Pleconax conoidea FN821324 Silene jessiensis ssp popovii GR A KJ918505 Obema behen FN821374
Silenanthe zawadskii EU221621
Meiandrium fedtschenkoanum FN821336 Sophianthe samojedorum GQ245539
dastrolychnis involúcrala GQ245531 3astrolychnis apétala KJ918504 -Meiandrium latifolium EF647198 -Meiandrium álbum KJ918506 Meiandrium marizii EF646885
■Agrostemma githago EU221639
-Coronaria coriacea EF674242
Рис. 2. Филогенетическое дерево последовательностей интрона хлоропластного гена trnL 35 представителей Sileneae, построенное с помощью байесовского подхода. Указаны значения апостериорной вероятности. После названия для представителей Х. acaulis указано географическое происхождение, для видов Silene-секционная принадлежность (GRA: Graminiformes, ITA: Italicae, PSA: Psammophilae, SIP: Siphonomorpa, SPE: Spergulifoliae)
Рис. 3. Схема возможных изменений двух полиморфных участков в интроне гена trnL в ходе эволюции родов трибы Sileneae. Положение участков показано для последовательности Agrostemma githago
кладе с Xamilenis оказываются представители Silene и Viscaria, но не Elisanthe.
Показано, что появление вставок, делеций и инверсий в межгенных спейсерах и интронах хпДНК у Sileneae происходит быстрее, чем накопление нук-леотидных замен (Ingvarsson et al., 2003). Мы обратили внимание на такие изменения в изученных последовательностях интрона гена trnL. Были выявлены несколько полиморфных участков с инсерциями и де-лециями, характерными как для групп родов, так и для отдельных родов и даже секции. На рисунке 3 представлена возможная схема изменений двух полиморфных участков в ходе эволюции. Среди вариабельных участков в хпДНК, которые могут рассматриваться как синапоморфные признаки, не выявлено характерных только для Xamilenis состояний. Состав этих фрагментов у Xamilenis соответствовал таковым у основной группы смолёвок.
Систематика Sileneae сопряжена с определёнными сложностями, которые могут быть связаны с гибриди-зационными событиями (Frajman et al., 2009a). Недавно было показано наличие значительного потока генов даже между хорошо дивергировавшими видами (Petri et al., 2013). Этим можно объяснить политомию ветвей филогенетических деревьев.
По результатам анализа хпДНК и рДНК мы не видим аргументов в пользу предположения, что род Xamilenis монофилетичен. В тоже время для вида X. acaulis отмечен полиморфизм последовательностей ITS, различия выявлены между между группой американских/чукотских растений и европейских, что согласуется с имеющимися наблюдениями о различиях между европейскими и севе-ро-пацифическими/американским растениями по морфологическим признакам (Арктическая флора, 1971). На филогенетическом дереве, построенном по последовательностям низкокопийного ядерного гена РНК-поли-меразы (Petri et al., 2013) J. acaulis и X. dinarica оказываются в одной кладе, однако на этом дереве только два представителя X. acaulis, что может не отражать внутривидовой полиморфизм, и нет других близких по ITS и хпДНК видов смолёвок.
Наиболее близок к Xamilenis оказывается под-род Siphonomorpha рода Silene. Молекулярные данные поддерживают включение X. acaulis, X. exscapa и X. dinarica в род Silene, как это делает ряд авторов (Oxelman et al., 2013 — для всех, Лазьков, 2002 — для X. dinarica). Наши данные не подтверждают гипотезу о близости Xamilenis к роду Elisanthe. Род Viscaria попадает в одну кладу с Xamilenis по хпДНК, но в разные — по ITS. Это может быть связано с событиями межвидовой отдаленной гибридизации, которые имели место в эволюции Sileneae. Аналогичная ситуация с сибирским видом S. jenisseensis — на деревьях ITS и trnL он располагается в разных кладах, это может говорить о гибридном происхождении.
Данные молекулярной филогении по ядерному фрагменту ITS и интрону хлоропластного гена trnL, сравнению содержания GC и анализу синапоморфных инде-лей/полиморфных участков свидетельствуют в пользу включения представителей Xamilenis в род Silene.
Особую благодарность авторы выражают коллегам, предоставившим гербарный материал для исследований (табл. 1), а также сотрудникам гербариев, обеспечившим доступ к фондам.
Работа выполнялась при поддержке гранта РФФИ 12-04-31524.
ЛИТЕРАТУРА
1. Арктическая флора СССР. (1971) Выпуск VI: семейства Caryophyllaceae-Ranunculaceae под ред. А. И. Толмачёва. Л: Наука.
2. Конспект флоры Кавказа. (2012) Том 3, часть 2. под ред. А. Л. Тахтаджяна. М., СПб.: Товарищество научных изданий КМК.
3. Лазьков Г. А. (2002) Род Silene L. (Caryophyllaceae) во Флоре Евразии (систематика, распространение, история). Дисс... докт. биол. наук. СПб. Доступ в научной библиотеке БИН РАН.
4. Михайлова Ю. В., Гусарова Г. Л., Брохман К. (2009) Молекулярная изменчивость и филогеография смолёвки бесстебельной Silene acaulis (L.) Jacq. (Caryophyllaceae) на севере Европы и архипелаге Шпицберген. Экологическая генетика. Т. 8 (3): С. 52-60.
5. Цвелёв Н. Н. (2001) О родах трибы смолёвковых (Sileneae DC., Caryophyllaceae) в Восточной Европе. Новости систематики высших растений. Т. 33: С. 90-113.
6. Флора Восточной Европы (2004) том XI под ред. Н. Н. Цвелёва. М., СПб.: Товарищество научных изданий кмк.
7. Флора СССР (1936) том VI под ред. Б. К. Шишкина. M.: Издательство Академии Наук CCCP.
8. Benson D. A., Karsch-Mizrachi I., Lipman D. J. et al. (2005) GenBank. Nucleic Acids Research. V 33 (Database issue): D34-D38.
9. Burleigh J. G., Holtsfold T. P. (2003) Molecular Systematics of the Eastern North American Silene (Caryophyllaceae): evidence from nuclear ITS and chloroplast trnL intron sequences. Rhodora. V. 105: P. 76-90.
10. Doyle J. J., Doyle J. L. (1987) A rapid DNA isolation procedure from small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem. Bull. V.19: P. 11-15.
11. EMBL-EBI MAFFT. Cited 4.06.2014. URL: http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/mafft/.
12. Eggens F., Popp M., Nepokroeff M. et al. (2007) The origin and number of introductions of the Hawaiian
endemic Silene species (Caryophyllaceae). Am. J. Bot. V. 94: P. 210-218.
13. Frajman B., Eggens F., Oxelman B. (2009a) Hybrid origin and homoploid reticulate evolution within Helio-sperma (Sileneae, Caryophyllaceae) — a multigene phylogenetic approach with relative dating. Systematic Biology. V. 58: P. 328-345.
14. Frajman B., Heidari N., Oxelman B. (2009b) Phylogenetic relationships of Atocion and Viscaria (Sileneae, Caryophyllaceae). Taxon. V. 58: P. 811-824.
15. GeneBank Cited 4.06.2014. URL: http://www.ncbi. nlm.nih.gov/genbank/.
16. Huelsenbeck J. P., Ronquist. F. (2001) MRBAYES: Bayesian inference of phylogeny. Bioinformatics. V. 17: P. 754-755.
17. Ingvarsson P. K., Ribstein S., Taylor D. B. (2003) Molecular evolution of insertion and deletion in the chloro-plast genome of Silene. Molecular Biology and Evolution. V. 20: P. 1737-1740.
18. Katoh K., Toh H. (2008) Recent developments in the MAFFT multiple sequence alignment program. Briefings in bioinformatics. V. 9: P. 286-298.
19. Keane T. M., Creevey C. J., Pentony M. M. et al. (2006) Assessment of methods for amino acid matrix selection and their use on empirical data shows that ad hoc assumptions for choice of matrix are not justified. BMC Evolutionary Biology. V. 6: P. 29.
20. Kim E. S., Bolsheva N. L., Samatadze T. E.et al. (2009) The unique genome of two-chromosome grasses Zin-geria and Colpodium, its origin, and evolution. Russian J. of Genetics. V 45 (11): P. 1329-1337.
21. McWilliam H., Li W., Uludag M. et al. (2013) Analysis Tool Web Services from the EMBL-EBI. Nucleic Acids Research. V. 41 (Web Server issue): P. W597-600.
22. Otth (1824) Silene. In DeCandolle A., editor. Prodro-mus Systematis Naturalis Regni Vegetabilis. Pars 1. Paris, Strasbourg, London.
23. Oxelman B., Liden М. (1995) Generic boundaries in the tribe Sileneae (Caryophyllaceae) as inferred from nuclear rDNA sequences. Taxon. V. 44: P. 525-542.
24. Oxelman B., Liden M., Berglund D. (1997) Chlo-roplast rps16 intron phyogeny of the tribe Sileneae (Caryophyllaceae). Plant Systematics and Evolution. V. 206: P. 393-410.
25. Oxelman B., Rautenberg A., Thollesson M. et al. (2013) Sileneae taxonomy and systematics. Cited 4.06.2014. URL: www. silenae.info
26. Pennel F. W. (1921) "Unrecorded" genera of Rafi-nesque — I. Auticon Botanicon (1840). Bulletin of the Torrey Botanical Club. V. 48 (3): P. 89-96.
27. Petri A., Pfeil B. E., Oxelman B. (2013) Introgressive hybridization between anciently diverged lineages of Silene (Caryophyllaceae). PLoS ONE. V. 8 (7): e67729.
28. Rafinesque C. S. (1840) Auticon Botanikon. Philadelphia.
29. Rautenberg F., Hathaway L., Oxelman B., Prentice H. C. (2010) Geographic and phylogenetic patterns in Silene section Meiandrium (Caryophyllaceae) as inferred from chloroplast and nuclear DNA sequences. Molecular Phylogenetic and Evolution. V 57: P. 978-991.
30. Ridgway K. P, Duck J. M., Young J. P. W. (2003) Identification of roots from grass swards using PCR-RFLP and FFLP of the plastid trnL (UAA) intron. BMC Ecology. V. 3: P. 3-8.
31. Rohrbach P. (1868) Monographie der Gattung Silene. Leipzig: Verlag von Wilheim Engelmann.
32. Taberlet P. L., Gielly G., Pautou G., Bouvet J. (1991) Universal primers for amplification of the three non-coding regions of the chloroplast DNA. Pl. Mol. Biol. V. 17: P. 1105-1109.
33. Tamura K., Peterson D., Peterson N. et al. (2011) MEGA5: Molecular Evolutionary Genetics Analysis using Maximum Likelihood, Evolutionary Distance, and Maximum Parsimony Methods. Molecular Biology and Evolution. V. 28: P. 2731-2739.
34. Warren L. (2004) Constantin Samuel Rafinesque: a voice in the American Wilderness. University Press of Kentucky.
35. White T. J., Bruns T., Lee S., Taylor J. (1990) Amlifi-cation and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. In Innis M. A., Gelfand D. H., Sninsky J. I., White T. J., editors. PCR protocols: a guide to methods and applications. San Diego: Academic Press; P. 315-322.
36. Williams F. N. (1896) A revision of the genus Silene. The Journal of the Linnean Society Botany. V 32: 1-196.
molecular phylogeny study of XAMILENIS RAF. recognition as the segregate genus in the tribe
SILENEAE
Mikhaylova Y. V., Krapivskaya E. E., Rodionov A. V.
C sUMMARY: Background. Xamilenis is oligotypic genus recognised in tribe Sileneae sinse 2001. Conception of the Xamilenis recognition as small segregate genus was examined by molecular phylogeny methods. Materials and methods. We analyzed nuclear (ITS1-5,8S-ITS2) and chloroplast (gene trnL intron) sequences obtained from several species of the genus from different localities and compared with other Sileneae species. Phylogeny trees were constructed via neigbor joining and bayesian approaches. Results. ITS p-distances within Xamilenis genus were similar to those between Xamilenis and Silene species. Xamilenis species did not form monophyletic clade in the ITS tree. They were closely related with Silene species from subgenus Siphonomorpha. Synapomorphicin-delsspecific for Xamilenis were not observedin intron trnL. Conclusion. Conception Xamilenis as the segregate genus is not confirmed by molecular phylogeny data.
C KEY words: Sileneae, Silene, Xamilenis, ITS, trnL intron.
c references (transliterated)
1. Arkticheskaya flora SSSR [Arctic frora of USSR] (1971) Part. VI: families Caryophyllaceae — Ranunculaceae. Tolmachev A. I., editor. L.: Nauka.
2. Benson D. A., Karsch-Mizrachi I., Lipman D. J. et al. GenBank (2005) Nucleic Acids Research. V 33 (Database issue): D34-D38.
3. Burleigh J. G., Holtsford T. P. (2003) Molecular Systematics of the Eastern North American Silene (Caryophyllaceae): evidence from nuclear ITS and chloroplast trnL intron sequences. Rhodora. V. 105: P. 76-90.
4. Doyle J. J., Doyle J. L. (1987) A rapid DNA isolation procedure from small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem. Bull. V 19: P. 11-15.
5. EMBL-EBI MAFFT. Cited 4.06.2014. URL: http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/mafft/
6. Flora SSSR [Flora of USSR] (1936) Vol. VI Shish-kin B. K., editor. Moskow: IIzdatel'stvo Akademii Nauk SSSR.
7. Flora Vostochnoy Evropy [Flora of Eastern Europe] (2004) Vol. XI. Tzvelev N. N., editor. Moscow, Saint Petersburg: KMK Scientific Press Ltd.
8. Frajman B., Eggens F., Oxelman B. (2009a) Hybrid origin and homoploid reticulate evolution within Helio-sperma (Sileneae, Caryophyllaceae) — a multigene phylogenetic approach with relative dating. Systematic Biology. V. 58: P. 328-345.
9. Frajman B., Heidari N., Oxelman B. (2009b) Phy-logenetic relationships of Atocion and Viscaria (Sileneae, Caryophyllaceae). Taxon. V 58: P 811-824.
10. GeneBank Cited 4.06.2014. URL: http://www.ncbi. nlm.nih.gov/genbank/.
11. Huelsenbeck J. P., Ronquist. F. (2001) MRBAYES: Bayesian inference of phylogeny. Bioinformatics. V. 17: P. 754-755.
12. Ingvarsson P. K., Ribstein S., Taylor D. B. (2003) Molecular evolution of insertion and deletion in the chloroplast genome of Silene. Molecular Biology and Evolution. V. 20: P. 1737-1740.
13. Katoh K., Toh H. (2008) Recent developments in the MAFFT multiple sequence alignment program. Briefings in bioinformatics. V. 9: P. 286-298.
14. Keane T. M., Creevey C. J., Pentony M. M. et al. (2006) Assessment of methods for amino acid matrix selection and their use on empirical data shows that ad hoc assumptions for choice of matrix are not justified. BMC Evolutionary Biology. V 6: P. 29.
15. Kim E. S., Bolsheva N. L., Samatadze T. E. et al. (2009) The unique genome of two-chromosome grasses Zin-geria and Colpodium, its origin, and evolution. Russian J. of Genetics. V. 45 (11): P. 1329-1337.
16. Konspect flory Kavkaza [A compendium of Caukasus flora] (2012). V. 3, part 2. Takhtajan A. L., editor. Saint Petersburg: KMK Scientific Press Ltd.
17. Lazkov G. A. (2002) Rod Silene L. (Caryophyllaceae) vo flore Evrazii (sistematika, rasprostranenie, istorija) [Genus Silene L. (Caryophyllaceae) in Eurasian flora (systematics, spread, history)]. Thesis for a Doctor's degree in biology. Saint Petersburg. Available at the library of Komarov Botanical Institute RAS.
18. McWilliam H., Li W., Uludag M. et al. (2013) Analysis Tool Web Services from the EMBL-EBI. Nucleic Acids Research. V. 41 (Web Server issue): P. W597-600.
19. Mikhaylova Y. V.. Gussarova G. L., Brochmann C. (2009) Molekulyarnaya izmenchivost' i filogeografi-ya smolevki besstebel'noy Silene acaulis (L.) Jacq. (Caryophyllaceae) na severe Evropy i arkhipelage Shpitsbergen. [Molecular variation and phylogeog-raphy of the moss campion Silene acaulis (L.) Jacq. (Caryophyllaceae) in the north of Europe and the Svalbard archipelago] Ecologogicheskaya genetica. V. 8 (3): P. 52-60.
20. Otth (1824) Silene. In DeCandolle A., editor. Prodro-mus Systematis Naturalis Regni Vegetabilis. Pars 1. Paris, Strasbourg, London.
21. Oxelman B., Liden M., Berglund D. (1997) Chloroplast rps16 intron phyogeny of the tribe Sileneae (Caryophyllaceae). Plant Systematics and Evolution. V. 206: P. 393-410.
22. Oxelman B., Liden M. (1995) Generic boundaries in the tribe Sileneae (Caryophyllaceae) as inferred from nuclear rDNA sequences. Taxon. V. 44: P. 525-542.
23. Oxelman B., Rautenberg A., Thollesson M. et al. (2013) Sileneae taxonomy and systematics. Cited 4.06.2014. URL: www. silenae.info.
24. Pennel F. W. (1921) "Unrecorded" genera of Rafinesque — I. Auticon Botanicon (1840). Bulletin of the Torrey Botanical Club. V 48 (3): P. 89-96.
25. Petri A., Pfeil B. E., Oxelman B. (2013) Introgressive hybridization between anciently diverged lineages of Silene (Caryophyllaceae). PLoS ONE. V. 8 (7): e67729.
26. Rafinesque C. S. (1840) Auticon Botanikon. Philadelphia.
27. Rautenberg F., Hathaway L., Oxelman B., Prentice H. C. (2010) Geographic and phylogenetic patterns in Silene section Melandrium (Caryophyllaceae) as inferred from chloroplast and nuclear DNA sequences. Molecular Phylogenetic and Evolution. V. 57: P. 978-991.
28. Ridgway K. P, Duck J. M., Young J. P. W (2003) Identification of roots from grass swards using PCR-RFLP and FFLP of the plastid trnL (UAA) intron. BMC Ecology. V. 3: P. 3-8.
29. Rohrbach P. (1868) Monographie der Gattung Silene. Leipzig: Verlag von Wilheim Engelmann.
30. Taberlet P. L., Gielly G., Pautou G., Bouvet J. (1991) Universal primers for amplification of the three non-
coding regions of the chloroplast DNA. Pl.Mol. Biol. V. 17: P. 1105-1109.
31. Tamura K., Peterson D., Peterson N. et al. (2011) MEGA5: Molecular Evolutionary Genetics Analysis using Maximum Likelihood, Evolutionary Distance, and Maximum Parsimony Methods. Molecular Biology and Evolution. V. 28: P. 2731-2739.
32. Tzvelev N. N. (2001) O rodakh triby smolevkovykh (Sileneae DC., Caryophyllaceae) в v Vostochnoy Evrope [About genuses of tribe Sileneae DC. (Caryophyllaceae) in the East Europe]. Novosti sistematiki vysshikh rasteniy. V. 33: P. 90-113.
33. Warren L. (2004) Constantin Samuel Rafinesque: a voice in the American Wilderness. University Press of Kentucky.
34. White T. J., Bruns T., Lee S., Taylor J. (1990) Amlifi-cation and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. In Innis M. A., Gelfand D. H., Sninsky J. I., White T. J., editors. PCR protocols: a guide to methods and applications. San Diego: Academic Press; P. 315-322.
35. Williams F. N. (1896) A revision of the genus Silene. The Journal of the Linnean Society Botany. V. 32: 1-196.
C Информация об авторах
михайлова юлия Владимировна — м. н. с., лаборатория цитологии и биосистематики. Ботанический институт им. В. Л. Комарова Российской академии наук. 193022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2. E-mail: [email protected].
крапивская Елена Евгеньевна — ведущий инженер, лаборатория цитологии и биосистематики. Ботанический институт им. В. Л. Комарова Российской академии наук. 193022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2. E-mail: [email protected].
родионов Александр Викентьевич — д. б. н., зав. лабораторией, профессор, лаборатория цитологии и биосистематики. Ботанический институт им. В. Л. Комарова Российской академии наук. 193022, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2. E-mail: [email protected].
Mikhaylova Yulia Vladimirovna — junior reseacher, Laboratory of Biosystematics and Cytology. Komarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences. 193022, Saint Petersburg, Professora Popova St., 2, Russia. E-mail: [email protected].
Krapivskaya Elena Evgen'yevna — leading engineer, Laboratory of Biosystematics and Cytology. Komarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences. 193022, Saint Petersburg, Professora Popova St., 2, Russia. E-mail: [email protected].
Rodionov Aleksandr Vikent'yevich — head of the laboratory, professor, Doctor of Biological Science, Laboratory of Biosystematics and Cytology. Komarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences. 193022, Saint Petersburg, Professora Popova St., 2, Russia. E-mail: [email protected].
