CC BY
23
УДК 581.15
МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОПУЛЯЦИЙ ВИДОВ CHONDRILLA ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ
А. С. Кашин, Т. А. Крицкая, Н. А. Петрова, А. С. Пархоменко, А. О. Кондратьева, И. В. Шилова
Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышеского, Россия, 410010, Саратов, ул. Астраханская, 83 E-mail:[email protected]
Поступила в редакцию: 15.08.2016 г.
Морфологическая и генетическая изменчивость популяций видов Chondrilla европейской части России. — Кашин А. С., Крицкая Т. А., Петрова Н. А., Пархоменко А. С., Кондратьева А. О., Шилова И. В. —
Нумерический анализ морфологической изменчивости в популяциях видов Chondrilla методом невзвешенного попарного среднего (UPGMA) показал, что из 7 видов рода, произрастающих на территории европейской части России, только С. ambigua обладает несомненным видовым статусом. С высокой бутстреп поддержкой разделяются между собой C. juncea, C. latifolia, C. bre-virostris и смешанные популяции C. juncea / graminea, с одной стороны, и все популяции C. graminea и C. acantholepis - с другой. Однако в целом между собой эти виды слабо изолированы. Факторный анализ методом главных координат (PCO) дал сходные результаты. Предполагается, что запутанная картина межвидовой изменчивости в секции Chondrilla обусловлена гибри-дизационными процессами на базе факультативного апомиксиса и/или отбором под давлением экотопических факторов. Методом ISSR анализа изучено генетическое разнообразие в 21 популяции 7 видов Chondrilla Европейской части России. Кластерный анализ (UPGMA) и неукорененное дерево, построенное методом Neighbour Joining, сходно разделяют выборку на две группы: 1). C. ambigua и C. brevirostris в виде двух устойчивых подкласте-ров; 2). все остальные образцы.
Ключевые слова: Chondrilla, Asteraceae, виды, популяции, морфологическая изменчивость, таксономическая структура, ISSR, молекулярная систематика.
Morphological and genetical variability in populations of Chondrilla L. (Asteraceae) in European Russia. — Kashin A. S., Kritskaya T. A., Petrova N. A., Parchomenko A. S., Kondratieva A. O., Shilova I. V. — The morphological variability in populations of Chondrilla was subject to the numerical analysis using
© Кашин А. С., Крицкая Т. А., Петрова Н. А., Пархоменко А. С., Кондратьева А. О., Шилова И. В., 2016
the unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA). The study showed that out of the seven species of the genus found in European Russia, it is only C. ambigua that has the status of undoubted species. A distinct difference is observed between the two groups of populations: the first group comprising C. juncea, C. latifolia, C. brevirostris, and the mixed population of C. juncea / graminea; and the second group comprising the populations of C. graminea and C. acantholepis. In general, all the species are poorly isolated. The factor analysis using principal coordinate analysis (PCO) yielded similar results. It is assumed that a complex pattern of interspecific variability in Chondrilla is due to the hybridization by facultative apomixis and / or the selection impacted by the ecotopic factors. The genetic diversity of twenty-one populations of Chondrilla found in European part of Russia was subject to the analysis using the inter-sequence simple repeat method (ISSR). The cluster analysis (UPGMA) and the unrooted tree built using the neighbour joining method yielded similar results according to which the samples were subdivided into the two following groups: the first group comprising C. ambigua and C. brevirostis as the two stable sub-clusters; and the second group containing the other samples.
Key words: Chondrilla, Asteraceae, species, population, morphological variability, taxonomic structure, ISSR, molecular systematic.
В роде Chondrilla выделяют около 30 видов, объединяемых в два подрода с четырьмя секциями (Леонова, 1964). Географически род широко распространен в степных и пустынных районах Евразии и Северной Африки. Большая часть видов имеет обширные ареалы. Например, C. juncea, имея ранее и без того обширный естественный ареал в пределах большей части Южной и Центральной Европы, Кавказа и Южной Азии, в последнее время ещё и существенно расширил его. Будучи случайно занесённым в Австралию, Аргентину, Канаду и США, он в настоящее время наносит существенный урон урожаю на полях и пастбищах, демонстрируя чрезвычайно высокий инвазионный потенциал (Gaskin et al., 2013). Из всех видов рода девять произрастает в пределах европейской части России. Семь из них принадлежат к секции Chondrilla подрода Chondrilla (C. acantholepis Boiss., C. brevirostris Fisch. et Mey, C. canescens Kat. et Kir., C. graminea Bieb., C. juncea L., С. laticoronata Leonova, C. latifolia M.B.) и два вида (C. ambigua Fisch., C. pauciflora Ledeb.) - к подроду Brachyrynchus.
В настоящее время нет однозначного представления о таксономической структуре рода Chondrilla. В секции Chondrilla подрода Chondrilla C. juncea, C. graminea Bieb. и C. canescens Kat. et Kir. одни авторы рассматривают как самостоятельные виды (Маевский, 1940, 2014;
Леонова, 1964, 1989; Благовещенский и др., 1984; Губанов и др., 1992), другие объединяют в один вид C. juncea L. (Ильин, 1930; Еленевский и др., 2008а, б). Ряд авторов относят сюда и C. latifolia Bieb. в качестве C. juncea var. latifilia (Bieb.) Koch (Талиев, 1928; Флора..., 1936) или в качестве C. juncea ssp. canescens var. latifolia (Bieb.) Koch ex Fl. (Ильин, 1930), C. glabrescent в виде C. juncea ssp. glabrescent Iljin (Флора., 1936), C. acantholepis Boiss. в качестве C. juncea ssp. acantholepis (Boiss.) Takht. (Флора., 1961; Черепанов, 1995). C. macrocarpa некоторые авторы (Ильин, 1930) относят к C. ambigua f. crassicola Iljin., а сам вид C. ambigua Fisch. считают не самостоятельным, а лишь разновидностью C. juncea var. ambigua Fisch. (Талиев, 1928). Однако по последней системе рода виды C. juncea и C. ambigua относят к разным подродам (Леонова, 1964, 1989).
Усложняет таксономическую структуру рода распространение среди его видов апомиктичного способа воспроизводства, который, как известно, размывает границы видов и порождает сложную картину таксономической структуры, зачастую обретающую черты агамных комплексов (Грант, 1984).
Исходя из вышеизложенного, представляется весьма актуальным изучение биогеографических закономерностей изменчивости морфологических признаков у растений рода Chondrilla и их генетической структуры.
Материал и методы
Исследования проводились в 2015 г. в 26 популяциях 7 видов из Астраханской, Волгоградской и Саратовской областей, Краснодарского края, республик Калмыкия и Крым (табл. 1), с 21 популяции из которых собран материал для молекулярно-генетических исследований (рис.1, табл. 2). Расстояние между популяциями варьировало от 33 до 1240 км.
Учитывая то, что в пределах Саратовской области С. juncea и C. graminea произрастают повсеместно в одних и тех же местообитаниях, и особи в них по большинству признаков образуют непрерывный спектр переходов от одной крайней формы до другой, в большинстве местообитаний этих видов исследовали случайную выборку растений, понимая её как выборку из симпатрических популяций C. juncea / gra-
Таблица 1
Перечень образцов 7 видов Chondrilla L., включенных в морфометрический анализ
№ п/п Обозначение ОТЕ Вид Место произрастания
1 2 3 4
1 ACA C. acantholepis Респ. Крым, окр. г. Коктебель
2 ACA C. acantholepis Респ. Крым, окр. г. Феодосия
3 JUN C. juncea Респ. Крым, окр. г. Феодосия
4 JUN C. juncea Краснодарский край, Ейский р-н, окр. ст. Должан-ская
5 ACA C. acantholepis Краснодарский край, Ейский р-н, окр. ст. Должан-ская
6 AMB C. ambigua Респ. Калмыкия, Яшкульский р-н, окр. пос. Хул-хута
7 AMB C. ambigua Астраханская обл., Красноярский р-н, окр. с. До-санг
8 BRE C. brevirostris Астраханская обл., Харабалинский р-н, окр. с. Вольное
9 BRE C. brevirostris Астраханская обл., Ахтубинский р-н, окр. с. Бол-хуны
10 GRA C. graminea Волгоградская обл., окр. г. Калач-на-Дону
11 LAT C. latifolia Волгоградская обл., окр. г. Калач на Дону
12 LAT C. latifolia Волгоградская обл., окр. г. Камышин
13 JUN C. juncea Волгоградская обл., окр. г. Камышин
14 JUN-gr C. juncea/ graminea Саратовская обл., Красноармейский р-н, окр. с. Садовое
15 CAN C. canescens Саратовская обл., Краснокутский р-н, окр. с. Дья-ковка
16 JUN-gr C. juncea / graminea Саратовская обл., Краснокутский р-н, окр. с. Дья-ковка
17 JUN-gr C. juncea / graminea Саратовская обл., Калининский р-н, окр. г. Кали-нинск
18 JUN-gr C. juncea / graminea Саратовская обл., Аткарский р-н, окр. с. Приречное
19 JUN-gr C. juncea / graminea Саратовская обл., Саратовский р-н, окр. с. Попов-ка
20 JUN-gr C. juncea / graminea Саратовская обл., Марксовский р-н, окр. с. Волко-во
21 JUN-gr C. juncea / graminea Саратовская обл., Балаковский р-н, окр. с. Кормежка
Окончание табл. 1
1 2 3 4
22 JUN C. juncea Саратовская обл., Б.-Карабулакский р-н, окр. с. Алексеевка
23 GRA C. graminea Саратовская обл., Б.-Карабулакский р-н, окр. с. Алексеевка
24 CAN C. canescens Саратовская обл., Хвалынский р-н, гора Беленькая
25 JUN C. juncea Саратовская обл., Хвалынский р-н, гора Беленькая
26 GRA C. graminea Саратовская обл., Хвалынский р-н, гора Беленькая
Примечание: ОТЕ - операциональная таксономическая единица
Рис. 1. Географическое положение исследованных популяций на территории
европейской части России: AC - C. acantholepis, AM - C. ambigua, BR - C. brevirostris, CA - C. canescens, CH-? - Chondrilla sp. (невозможно определить видовую принадлежность по морфологическим ключам), GR - C. graminea, JU - C. juncea, JG - симпатрические популяции C. juncea и C. graminea, LA - C. latifolia
minea. Только в местообитаниях из Б.-Карабулакского и Хвалынского р-нов для анализа взяты крайние формы растений, по совокупности
морфологических признаков близкие, с одной стороны, к C. juncea, а с другой - к C. graminea.
Таблица 2
Перечень образцов 7 видов Chondrilla, включенных в ISSR анализ
Таксон Популяция
C. ambigua 1 - Астраханская обл., Красноярский р-н, окр. с. Досанг
2 - Астраханская обл., Харабалинский р-н, окр. с. Вольное
C. acantholepis 1 - Крым, окр. г. Феодосия
2 - Крым, окр. г. Коктебель
C. brevirostris 1 - Астраханская обл., Ахтубинский р-н, окр. с. Болхуны
2 - Астраханская обл., Харабалинский р-н, окр. с. Вольное
C. canescens 1 - Саратовская обл., Хвалынский р-н., гора Беленькая
2 - Саратовская обл., Б.-Карабулакский р-н., окр. с. Алексеевка
3 - Саратовская обл., Краснокутский р-н, окр. с. Дьяковка
C. graminea 1 - Саратовская обл., Б.-Карабулакский р-н., окр. с. Алексеевка
2 - Саратовская обл., Хвалынский р-н., гора Беленькая
C. juncea 1 - Волгоградская обл., окр. г. Камышин;
2 - Саратовская обл., Б.-Карабулакский р-н., окр. с. Алексеевка
3 - Саратовская обл., Хвалынский р-н., гора Беленькая
4 - Краснодарский край, Ейский р-н, окр. ст. Должанская
5 - Крым, окр. г. Феодосия
C. juncea и C. graminea 1 - Саратовская обл., Красноармейский р-н, окр. с. Садовое
2 - Саратовская обл., Краснокутский р-н, окр. с. Дьяковка
3 - Саратовская обл., Ровенский р-н, окр. с. Луговское
4 - Саратовская обл., Калининский р-н, окр. г. Калининск
5 - Саратовская обл., Аткарский р-н, окр. с. Приречное
6 - Саратовская обл., Саратовский р-н, окр. с. Поповка
7 - Саратовская обл., Саратовский р-н, Ботанический сад СГУ
8 - Саратовская обл., Марксовский р-н, окр. с. Волково
9 - Саратовская обл., Балаковский р-н, окр. с. Кормежка
C. latifolia 1 - Волгоградская обл., Камышинский р-н, окр. г. Камышин
2 - Ростовская обл., Тацинский р-н, окр. хут. Верхний Кольцов
3 - Крым, Балаклава, южный берег
Chondrilla sp. Волгоградская обл., Калачевский р-н, Калач-на-Дону
Анализ морфологических признаков В нумерическом анализе использовано по 30 образцов из каждой популяции каждого вида. Для целей анализа виды рассматривались как операциональные таксономические единицы (ОТЕ) (см. табл. 1). С целью наиболее широкого охвата изменчивости в пределах каждого
вида каждая ОТЕ представлена набором образцов из разных популяций, произрастающих на большом расстоянии друг от друга. Для каждой популяции ОТЕ количественные признаки усреднялись для всех изученных образцов.
В табл. 3 перечислены изученные признаки вегетативных органов, соцветий и плодов, а также их возможные состояния. Всего для каждого образца каждой популяции было измерено 35 признаков: 17 количественных и 18 качественных. Качественным признакам присваивался балл согласно их состоянию.
Так как у некоторых образцов отдельные признаки были недоступны для изучения (на момент изучения отсутствовали листья прикорневой розетки и т.п.), пропущенные значения кодировались в матрице данных как неизвестные («?»). Для каждой популяции рассчитывали среднее значение признаков, стандартное отклонение и ошибку среднего арифметического (Гланц, 1999).
Факторный анализ методом главных координат (PCO) выполнен с помощью программы PAST 3.0. (Hammer et al., 2001). Метод главных координат предпочтен методу главных компонент как более подходящий для качественных параметров и работающий при наличии в матрице отсутствующих данных (Rohlf, 1972). В качестве меры сходства использовали дистанцию Говера и индекс сходства RHO как наиболее приемлемые для анализа качественных признаков. Кластерный анализ также проведен в программе PAST 3.0 методом невзвешенного попарного среднего (UPGMA).
Таблица 3
Признаки и их состояния, использованные в морфометрическом анализе видов
Chondrilla L.
Анализируемый признак Состояние признака
1 2
1. Цвет растения 1-серый
2-серо-зелёный
3-зелёный
4-тёмно-зелёный
2. Количество боковых побегов первого шт.
порядка
3. Длина ножек корзинок* мм
4. Характер опушения у листа (3 снизу) 1-опушения нет
2-паутинистое
3-щетинистое
Продолжение табл. 3
1 2
5. Расположение щетинистого опушения у листа (3 снизу) 1 - в верхней части по краю
2 - по краю и снизу по средней жилке
6. Длина листа (3 снизу) см
7. Ширина листа (3 снизу) мм
8. Ширина листа (3 снизу) в выемке мм
9. Наличие щетинистого покрова стебля 1 - отсутствует
2 - лишь близ основания стебля
3 - на всём стебле
10. Направление щетинок на стебле 1 - перпендикулярно стеблю
2 - вниз отогнутые
3 - вверх отогнутые
11. Густота щетинистого покрова стебля на вертикальном отрезке 6 мм шт.
12. Длина щетинок мм
13. Толщина щетинок 1 - волосовидные
2 - грубые
14. Опушение корзинки* 1 - отсутствует
2 -имеется
15. Диаметр бокового побега мм
16. Количество цветков в корзинке* шт.
17. Количество внутренних листочков обёртки* шт.
18. Характер паутинистого опушения корзинки 1 - имеется
2 - отсутствует
19. Щетинки по средней жилке внутреннего листочка обёртки* 1 нет
2 есть
20. Характер щетинистого покрова внутренних листочков обёртки* 1 - отсутствуют
2 - мелкие одиночные
3 - короткие и редкие
4 - длинные и густо расположенные жёсткие
21. Число щетинок по средней жилке внутреннего листочка обёртки* шт.
22. Размер щетинок* мм
23. Длина расширенной части семянки* мм
24. Ширина расширенной части семянки* мм
25. Наличие бугорков и чешуек на семянке * 1. отсутствуют
2. есть бугорки
3. есть чешуйки
26. Расположение чешуек на расширенной части семянок* 1 - близ верхушки
2 - на 1/4-1/3 длины от верхушки
изменчивость популяций видов сиоывыил
Продолжение табл. 3
1 2
27. Форма чешуек на расширенной части семянок* 1 - широкие и цельные
2 - длинные цельные, налегающие друг на друга
3 - мелкие и острые бугорки и чешуйки (верхние из которых довольно длинные)
4 - трёхзубчатые
5 - трёхлопастные
6 - с глубокой и широкой выемкой посередине
28. Толщина носика* 1 - тонкий
2 - толстоватый
3 - толстый, короткий
29. Длина носика* мм
30. Ширина носика* мм
31. Наличие сочленения у носика* 1 - отсутствует (носик не обламывается)
2 - слабо намечается (носик обламывается неправильно)
3 - имеется
32. Утолщение носика* 1. нет
2. слабое утолщение
3. выраженное булавовидное
33. Размер чешуек коронки* мм
34. Наличие коронки* 1 - коронка отсутствует или намечается в виде редких бугорков и мелких чешуек
2 - коронка хорошо развита
35. Характер, коронки (форма чешуек)* 1 - широкие, тупые
2 - притуплено трёхзубчатые
3 - трёхлопастные, с более развитой средней лопастью
4 - широкие и короткие глубокотрёхлопастные, с лопастями почти одинаковой длины (у отд. Семя-нок чешуйки редуцированы до мелких бугорков)
5 - цельные, заострённые
6 - цельные, яйцевидные или продолговатые
Примечание * таксономически значимые признаки.
Средняя таксономическая дистанция рассчитывалась с использованием дистанции Говера с целью снижения эффектов разного масштаба измерений для разных признаков.
Выделение ДНК и ISSR анализ Тотальную ДНК выделяли из лепестков, высушенных в силикаге-ле, с использованием набора реактивов и колонок NucleoSpin® Plant II (MACHEREY-NAGEL, Germany). Концентрацию экстрагированной ДНК определяли с помощью флуориметра Qubit (Invitrogen, США).
Полимеразную цепную реакцию (ПЦР) проводили в амплифика-торе Mastercycler gradient (Eppendorf, Germany) с 25 ISSR праймерами, синтезированными ЗАО «Синтол» (Москва). Выбор праймеров производили с учётом уже имеющихся литературных данных по другим родам семейства Asteraceae (Dogan et al., 2007; Escaravage et al., 2011; Ryu, Bae, 2012). Из них отобрали 15 (табл. 4). Для ПЦР были использованы реактивы Ready-To-Load Master-mix 5X MasDDTaqMIX-2025, (Диалат Лтд., Москва).
Таблица 4
ISSR праймеры, амплифицирующие информативные фрагмента: ДНК _семи видов Chondrilla_
Название праймера Последовательность 5'-3' Количество полиморфных бэндов Источник
ISSR 3 (AG)9C 5
ISSR 4 (AC)9G 6
ISSR 5 (AC)8CG 15 Dogan et al., 2007
ISSR 18 (ACTG)5 7
"Aster" (TG)8RC 15 Escaravage et al., 2011
UBC 807 (AG)8T 7
UBC 809 (AG)8G 5
UBC 810 (GA)8T 6
UBC 811 (GA)8C 7
UBC 813 (CT)8T 7
UBC 820 (GT)8C 8
UBC 834 (AG)8YT 9 Ryu and Bae, 2012
UBC 835 (AG)8YC 11
UBC 836 (AG)8YA 7
UBC 841 (GA)8YC 15
Примечание: R = A, G; Y = C, T.
Разделение продуктов амплификации проводили электрофорети-чески в 1.5%-ном агарозном геле. Фрагменты ДНК визуализировали
с помощью трансиллюминатора (Vilber Lourmat, Франция) и фотографировали с помощью гель-документирующей системы (Doc-print VX2, Германия).
Типирование ISSR фрагментов было представлено в виде матрицы наличия или отсутствия бэндов, закодированных как «1» или «0», соответственно. В последующий анализ включались только полиморфные бэнды.
Итоговая матрица включала 127 маркеров и 69 образцов из 21 популяции 7 видов Chondrilla. Анализ полученной матрицы проводили в программе PAST ver. З.0. (Hammer et al., 2001) кластеризацией методом невзвешенного попарно-группового среднего (UPGMA) и главных координат с использованием коэффициента Дайса (Nei, Li, 1979) и в программе SplitsTree 4 v. 4.14.2 (Huson, Bryant, 2006; Kloepper, Huson, 2008) методом Neghbour Joining (NJ). Оценку зависимости потока генов от географических расстояний между популяциями проводили с помощью теста Мантеля в программе Arlequin ver. З.1.
Результаты и их обсуждение
Морфологический анализ
Кластерный анализ (UPGMA) выявил две основных группы с уровнем связи 0.6 и высокой бутстреп поддержкой (индекс бутстрепа 100%) (I и II кластеры см. на рис. 2). Первый из них (I) с высокой бут-стреп поддержкой (индекс бутстрепа 99%) подразделяется на два под-кластера, один из которых включает образцы обоих популяций C. brevirostris, обоих популяций C. latifolia, всех четырех исследованных популяций C. juncea, всех шести симпатрических популяций C. juncea / graminea и одной из двух популяций C. canescens. Ни один из указанных видов этого подкластера не выделяется при анализе методом невзвешенного попарного среднего. Второй подкластер кластера I включает образцы всех трёх популяций C. graminea, одной популяции C. canescens и всех трёх исследованных популяций C. acantholepis. В пределах этого подкластера с умеренной бутстреп поддержкой (индекс бутстрепа более 60%) разделяются между собой две популяции C. graminea из Б.-Карабулакского и Хвалынского р-нов Саратовской области, а также две популяции C. acantholepis из окр. г. Коктебель и Феодосия Республики Крым. Остальные не выделяются
при анализе данным методом. Второй кластер (II) включает образцы двух исследованных популяций C. ambigua с высокой бутстреп-поддержкой (индекс бутстрепа 100%).
Рис. 2. Фенограмма изученных популяций видов рода СкоЫпИа, полученная при обработке матрицы морфологических признаков (см. табл. 1) методом невзвешенного попарного среднего. Способ объединения - дистанция Говера. Показаны значения бутстреп больше 50%
Результаты факторного анализа всех изученных образцов по 35 признакам позволили выявить те же, что и при кластерном анализе, две отчётливо выраженные группы (рис. 3). При этом первая главная координата объясняет 25.7% вариаций в матрице данных, вто-
рая - 6.3%. Первая координата в большей степени отражает изменения растений по форме семянки, вторая - по характеру щетинистого опушения стебля.
В первую группу входят только образцы из двух популяций C. ambigua. Вторая группа объединяет в себе представителей 6 видов секции Chondrillla. Из рис. 3 видно, что, несмотря на большой разброс, представители C. brevirostris,C. acantholepis, C. graminea, C. canescens тяготеют к периферии факторного пространства, центр которого занят в основном представителями C. juncea, C. latifolia и симпатрических популяций C. juncea / graminea.
Рис. 3. Диаграмма рассеяния всех изученных представителей рода Chondrilla L. методом главных координат по 35 морфологическим признакам. В качестве меры сходства использована дистанция Говера: * - С. acantholepis; х - C. juncea; ° - С. ambigua; • - C. brevirostris; ▼ - C. graminea; □ - C. juncea/graminea; ♦ - C. canescens.
i
Таким образом, обоими использованными методами анализа морфологической изменчивости выделяются два устойчивых кластера: один включает образцы из двух популяций C. ambigua, второй - образцы из популяций всех остальных исследованных видов, относящихся к секции Chondrillla. Эти данные поддерживают несомненную видовую самостоятельность C. ambigua, что согласуется с представлениями большинства авторов и противоречит представлениям некоторых других авторов (Талиев, 1928). В пользу самостоятельности этого вида говорят и принадлежность его к другому, нежели все остальные исследованные виды, подроду Brachyrynchus (Леонова, 1964, 1989), и то, что в отличие от остальных исследованных видов ему свойственно облигатно половое воспроизводство (Кашин и др., 2015), препятствующее межвидовой гибридизации и способствующее сохранению единства структуры вида (Кашин, 1998, 2000; Кашин и др., 2000). Во втором кластере существенной обособленностью по морфологическим признакам выделяется C. brevirostris, хотя отличия этого вида не являются стопроцентно неперекрывающимися, и один из методов (UP-GMA) показал слабую дифференциацию его от остальных видов секции Chondrillla, прежде всего от C. latifolia и C. juncea. Отметим, что исследованные популяции данного вида произрастают в местах отсутствия контакта с другими видами секции, что делает невозможным обмен генами между их генофондами. Это может быть одной из возможных причин его относительной морфологической обособленности.
Для остальных исследованных таксономических единиц данной секции оба использованных метода анализа не поддерживают несомненность их видовой самостоятельности.
ISSR анализ
Всего в результате ISSR анализа представителей рода Chondrilla выявлено 143 бэнда, из них 127 были полиморфными (89%). Размер ампликонов варьировал в диапазоне от 300 до 4000 п.н. Количество бэндов, воспроизводимых одним праймером, составило от 5 до 15, в среднем 8.7. У C. ambigua выявлено 14 уникальных фрагментов, не встречающихся больше ни у одного вида, 9 - являлись общими только для C. ambigua и C. brevirostris. Кластерный анализ (UPGMA) показал, что 7 видов Chondrilla составляют два основных кластера (рис. 4).
СП
5 и
СП
о н
-й
и р
о -ё 3
Similarity
iiüii ggg^gg ggg g^s < Ó'i'i 55 ¿ S5 x ááá ^^^¿gygs
85 50 50 50 50 I 64
ü
J
и
Рис. 4. UPGMA дендрограмма, построенная на основе ISSR данных для 7 видов ChondriUa с использованием коэффициента Дайса: АС - С. acantholepis, АМ - С. ambigua, BR - С. brevirostris, С А - С. canescens, GR - С. gramínea, JU - С. júncea, JG - симпатрические популяции С. júncea и С. gramínea, LA - С. latí/olía, СН? - Chondrílla sp. (невозможно определить видовую принадлежность
по морфологическим ключам)
Соответственно, первый кластер, включающий C. ambigua и C. brevi-rostris, сходные между собой на уровне около 0.9, имеет поддержку 99%. Сами образцы этих двух видов не обладают внутривидовой изменчивостью и идентичны друг другу. Второй кластер, включающий все остальные образцы, сходные на уровне около 0.42, имеет поддержку 51%. Во втором основном кластере можно выделить пять кластеров второго порядка. Первый кластер на уровне сходства около 0.85 объединил с высокой бутстреп поддержкой (85%) один образец C. graminea популяции №1 и образец C. juncea популяции №5. Второй кластер объединил на уровне сходства около 0.9 один образец C. graminea популяции №1, образец из симпатрической популяции C. juncea / graminea №6 и все образцы C. juncea популяции № 4. Третий кластер сходства на уровне около 0.85 объединил образцы популяций C. acanthole-pis №1 и №2, C. latifolia №2 (бутстреп 58%) и с крайне низкой бутстреп поддержкой - образец популяции C. juncea №5 и образец из сим-патрической популяции C. juncea / graminea №6. В четвертый кластер вошли часть образцов популяций C. juncea №№1, 2, C. canescens №1 - 3 и все образцы симпатрических популяций C. juncea / graminea №1 - 8, кроме популяции №6, из которой в этот кластер попал только один образец. Пятый кластер на уровне сходства около 0.86 объединил по одному образцу из популяций C. graminea №1 и C. canescens №1, все образцы C. graminea №2, C. juncea №3, C. latifolia №1 и №3, большинство образцов C. juncea №1 и №2 и все образцы симпатрической популяции C. juncea / graminea №9. Некоторые особи или группы особей получали большую бутстреп поддержку в пределах одной популяции, чем популяции между собой.
Предварительные результаты секвенирования пластидной ДНК (регион trnT-trnF) образцов 7 исследуемых видов Chondrilla, выполненного ЗАО «Синтол» (Москва), также показали сходство между C. ambigua и C. brevirostris. Число однонуклеотидных замен между всеми семью видами составило 16, из них 8 - общие для C. ambigua и C. brevirostris. Обнаружено пять 1-3-нуклеотидных делеций и одна делеция последовательности GAAA у всех образцов, кроме C. ambigua и C. brevirostris (рис. 5).
В целом предварительные данные позволяют сказать, что секве-нирование подтверждает результаты ISSR анализа, поскольку и здесь C. ambigua и C. brevirostris имеют общие замены. Это может быть как
результатом межвидовой гибридизации, так и результатом синхронной эволюции (одинаковые замены возникли независимо друг от друга).
:-trnTL-F .-trnTL-F ju3-trnTL-F í u5-trnTL-F ami-trnTL-F am2-trnTL-F brl-trnTL-F br2-trnTL-F ac2-trnTL-F
GTTTTTGATTGGACСGAATATGAGCCTCCTACAGATATAGAAAAT GAAAGAAGATAGAC GTTTTTGATTGGACСGAATATGAGCCTССTACAGATTTAGAAAAT GAAAGAAGATAGAC GTTTTTGATTGGACСGAATAT GACСCTССTACAGATTTAGAAAATGAAAGAAGATAGAC GTTTTTGATTGGACСGAATAT GACСCTССTACAGATTTAGAAAAT GAAAGAAGATAGAC GTTTTTGAT T GGJeСGgATAT GAGCCTССTATAAATATAGAAGAT GAAAGAAGATAGACAAG GTTTTTGATTGGACСGAATAT GAGCCTССTATAAATATAGAAGATGAAAGAAGATAGACAAG GTTTTTGATTGGACСGAATAT GAGCCTССTATAAATATAGAAGAT GAAAGAAGATAGACAAG GTTTTTGATTGGACСGAATAT GAGCCTССTATAAATATAGAAAAT GAAAGAAAATAGACAAG GTTTTTGATT GGAC С GAAAAT GA ?|C CT С С TAC AGAT ATAGAAAAT GAAAGAAGATAGAC
GAGCCTTGGTTGGAAACTTACTTAAGTGATAACTT TСAAATT СAGAGAAACССT GGAATTAATAAAAAT GGGCAA
gagccttggttggaaacttactHaagtgataactttcaaattcagagaaaccctggaattaaaaaaaatgggcaa
GAGC CTTGGTT GGAAACT TACTTAAGTGATAACTT TCAAATT CAGAGAAACCCT GGAATTAAAAAAAATGGGCAA GAGCCTTGGTTGGAAACT TACTTAAGTGATAACTT TСAAATT CAGAGAAAСССT GGAATТAATAAAAATGGGCAA GAGC CTTGGTT GGAAACT TACTTAAGTGATAACTT TCAAATT CAGAGAAACCCT GGAATTAATAAAAAGGGGCAA GAGCCTTGGTTGGAAACTTACTTAAGTGATAACTTTCAAATTCAGAGAAACCCTGGAATTAATAAAAAGGGGCAA GAGCCTTGGTTGGAAACTTACTflAAGTGATAACTTTCAAATTCAGAGAAACCCTGGAATTAATAAAAAGGGGCAA GAGCCTTGGTTGGAAACTTACTTAAGTGATAACTTTCAAATTCAGAGAAACCCTGGAATTAATAAAAAGGGGCAA GAGCСTTGGTTGGAAACTTACTTAAGTGATAACTTTСAAATTCAGAGAAAСССTGGAATТAATAAAAATGGGCAA
Рис. 5. Фрагменты выравнивания нуклеотидных последовательностей региона
пластидной ДНК trnT-trnF 7 видов Chondrilla в программе Bio Edit: AC - C. acantholepis, AM - C. ambigua, BR - C. brevirostris, CA - C. canescens, GR - C. graminea, JU - C. juncea, LA - C. latifolia (номера популяций см. табл. 2)
Заключение
Таким образом, в соответствии с вышеизложенным несомненна видовая самостоятельность C. ambigua и с меньшей вероятностью - C. brevirostris. В то же время полученные результаты позволяют предположить, что C. acantholepis, C. canescens, C. graminea, C. juncea, C. latifolia не являются самостоятельными видами и, скорее всего, представляют собой экотипы или экологические расы, в местах совместного произрастания связанные между собой многочисленными актами гибридизации с последующим воспроизводством путём амфи- или апо-миксиса. Наши данные поддерживают мнение ряда авторов (Талиев, 1928; Ильин, 1930; Флора., 1936; Черепанов, 1995; Еленевский, 2008а, б) о видовой несамостоятельности этих таксонов. C. juncea, С. graminea, C. acantholepis, C. latifolia и C. canescens, скорее всего, следует считать синонимами с приоритетным названием C. juncea. Окончательный статус этих таксонов требует дополнительного уточ-
нения с использованием, прежде всего, молекулярно-генетических методов анализа, в частности секвенирования пластидной и ядерной ДНК большого количества видообразцов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 15-04-04087).
Список литературы
Благовещенский В. В., Пчелкин Ю. А., Раков Н. С. и др. Определитель растений Среднего Поволжья. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1984. 392с.
Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999. 459 с.
Грант В. Видообразование у растений. М.: Мир, 1984. 528 с.
Губанов И. А., Кисилёва К. В., Новиков В. С. и др. Определитель сосудистых растений. М.: Изд-во МГУ, 1992. 400 с.
Еленевский А. Г., Буланый Ю. И., Радыгина В. И. Конспект флоры Саратовской области. Саратов: ИЦ «Наука», 2008а. 232 с.
Еленевский А. Г., Буланый Ю. И., Радыгина В. И. Определитель сосудистых растений Саратовской области. Саратов: ИЦ «Наука», 2008б. 248 с.
Ильин М. М. СНопЛпПа Ь. // Бюл. отдела каучуконосных. 1930. № 3. С. 1-61.
Кашин А. С. Половое размножение, агамоспермия и видообразование у цветковых // Журн. общ. биологии. 1998. Т. 59, № 2. С. 171 - 191.
Кашин А. С. Геномная изменчивость, гибридогенез и возможности хромосомного видообразования при гаметофитном апомиксис // Успехи современной биологии. 2000. Т. 120, № 1. С. 502 - 512.
Кашин А. С., Залесная С.В., Титовец В.В., Киреев Е.А. Потенциал формообразования агамного комплекса РИозвПа (Л81егасеае). 2. Естественная межвидовая гибридизация // Бот. журн. 2000. Т. 85, № 3. С. 1 - 13.
Кашин А. С., Попова А. О., Угольникова Е. В. и др. Некоторые параметры системы семенного размножения в популяциях видов Chondrilla Ь. Нижнего Поволжья // Бот. журн. 2015. Т.100, № 8. С. 828 - 840.
Леонова Т. Г. Род. Хондрилла - Chondrilla Ь. // Флора СССР. М;Л.: Наука, 1964. С. 560 - 586.
Леонова Т.Г. Хондрилла - Chondrilla Ь. // Флора Европейской части СССР. Т. 8. Л.: Наука. Ленигр. отд-ние, 1989. С. 57 - 61.
Маевский П. Ф. Флора средней полосы европейской части России. 11-е изд. М.: Т-во науч. изд. КМК, 2014. 635 с.
Маевский П. Ф. Флора средней полосы Европейской части СССР. М;Л.: Сельхозгиз, 1940. 824 с.
Талиев В. И. Определитель высших растений Европейской части СССР. М; Л.: Госиздат, 1928. 630 с.
Флора Азербайджана. Т. 8. Баку: Изд-во АН Азербайджанской ССР, 1961. 676 с.
Флора Юго-Востока Европейской части СССР. Вып. VI. Pirolaceae -Compositae / под общ. Ред. Б. К. Шишкина. М;Л.: Изд-во АН СССР, 1936. 484 с.
Черепанов С. К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). Русское издание. СПб.: Мир и семья-95, 1995. 992 с.
Dogan B., Duran A., Hakki E. E. Phylogenetic analysis of Jurinea (As-teraceae) species from Turkey based on ISSR amplification // Ann. Bot. Fennici. 2007. Vol. 44. P. 353 - 358.
Escaravage N., Cambecedes J., Largier G. et al. Conservation genetics of the rare Pyreneo-Cantabrian endemic Aster pyrenaeus (Asteraceae) // AoB PLANTS. 2011. doi:10.1093/aobpla/plr029
Gaskin J. F., Schwarzldnder M., Kinter C. L. et al. Propagule pressure, genetic structure, and geographic origins of Chondrilla juncea (Asteraceae): an apomictic invader on three continents // Amer. J. Bot. 2013. Vol. 100 (9). P. 1871 - 1882.
Hammer O., Harper D. A. T., Ryan P. D. PAST: Palaeontological Statistics software package for education and data analysis // Palaeontologia Electronica. 2001. Vol. 4, № 1. 9 p.
Huson D.H., Bryant D. Application of Phylogenetic Networks in Evolutionary Studies // Mol. Biol. Evol. 2006. V. 23, № 2. P. 254 - 267.
Kloepper T.H., Huson D.H. Drawing explicit phylogenetic networks and their integration into SplitsTree // BMC Evol. Biol. 2008. Vol. 8. P. 22.
Nei M., Li W. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1979. Vol. 76. P. 5269 - 5273.
Rohlf F. J. An empirical comparison of three ordination techniques in numerical taxonomy // Syst. Zool. 1972. Vol. 21. P. 271 - 280.
Ryu J., Bae C.-H. Genetic diversity and relationship analysis of genus Taraxacum accessions collected in Korea // Korean J. Plant Res. 2012. Vol. 25, № 3. P. 329 - 338.
