ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ
УДК 575.17:582.736
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ТРЕХ ВИДОВ РОДА
Astragalus L. СЕКЦИИ Cenantrum Bunge (Fabaceae) © 2015 г. О. С. Дымшакова1, Д. А. Кривенко2 3, А. Ю. Беляев1, А. В. Верхозина2
Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург 620144 e-mail: dymshakova@rambler.ru 2Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск 664033 e-mail: krivenko.irk@gmail.com 3Иркутский национальный исследовательский технический университет,
Иркутск 664074 Поступила в редакцию 04.10.2014 г.
С помощью изоферментных маркеров выявлена генетическая дифференциация между тремя видами рода Astragalus L. секции Cenantrum Bunge (Fabaceae): A. frigidus (L.) A. Gray s.l., A. mongholicus Bunge s.l. и эндемиком северо-восточного побережья оз. Байкал A. sericeocanus Gontsch. Результаты аллозимного анализа подтверждают естественное деление секции на подсекции по морфологическим признакам. Наблюдаются отличия между A. frigidus (подсекция Elliptica Gontsch.) и A. mongholicus и A. sericeocanus (подсекция Semilunaria Gontsch.) по наличию видоспецифичных аллелей и частотам основных аллелей (генетическая дистанция DN = 1.24). Полученная для A. mongholicus и A. sericeocanus DN = 0.10 соответствует статусу близкородственных видов одной подсекции. Между популяциями A. frigidus и между популяциями A. mongholicus центральной части ареала DN = 0.02 и 0.03 соответственно. Такие дистанции характерны для межпопуляционного уровня и обусловлены только частотами аллелей. Обособлена периферическая популяция A. mongholicus (DN = 0.36), что, вероятно, связано с длительной ее изоляцией и явлением "эффекта основателя".
DOI: 10.7868/S0016675815080020
Род Astragalus L. (Fabaceae) является самым крупным среди покрытосеменных растений, по последним оценкам в нем насчитывается около 3000 видов и примерно 200 секций [1]. Систематике рода посвящено много работ, в том числе и с привлечением молекулярно-генетических данных [2—4 и др.]. Для астрагалов выявлена высокая скорость эволюционного развития и, как следствие, характерно наличие гомоплазии морфологических признаков [1, 5]. Представители рода характеризуются значительным морфологическим полиморфизмом, вследствие чего возникают трудности при определении таксономических границ для секций, подсекций и видов. При сопоставлении размера рода с количеством проведенных исследований отмечен их недостаток для полной систематической ревизии астрагалов [6].
Евразийская секция Cenantrum Bunge насчитывает 41 вид и является одной из сложных в роде Astragalus [7]. Представители секции характеризуются высоким морфологическим полиморфизмом, вследствие чего мнения об объеме и самостоятельности микровидов, входящих в комплексы
"супер-видов" A. frigidus (L.) A. Gray s.l. (=A. secun-dus DC.) и A. mongholicus Bunge s.l. (=A. membrana-ceus Bunge, =A. propinguus Schischk.), неоднозначны [7—9 и др.]. Для таксономических исследований также привлекался биохимический метод [10]. Несмотря на это многие таксономические вопросы до сих пор остаются спорными и противоречивыми. Широко применяемые в настоящее время молекулярные исследования проводили только для вида A. membranaceus Bunge (=A. mongholicus Bunge) из Китая [11, 12]. Сибирские виды астрагалов ранее не были исследованы с использованием молекулярных маркеров. Актуален вопрос о происхождении молодого эндемичного вида северо-восточного побережья оз. Байкал A. sericeocanus Gontsch. [13] и его филогенетических отношениях с другими представителями секции Cenantrum.
Цель данного исследования — охарактеризовать генетическое разнообразие популяций и определить степень генетического родства трех видов астрагалов секции Cenantrum Байкальской Сибири c помощью аллозимного анализа.
887
3*
Таблица 1. Значения основных показателей генетического полиморфизма для трех видов рода Astragalus секции Cenantrum
Популяция Координаты выборки ID IRK Ni Ni A Ne Р95, % Ho He
A. frigidus
Мойготы N 51°39', E 101°23' 29593 30 28.6 (0.8) 2.1 (0.2) 1.22 60.0 0.182 (0.068) 0.181 (0.054)
Игирма N 57°30', E 104°33' 24684 30 30.0 (0.0) 2.2 (0.2) 1.28 60.0 0.190 (0.065) 0.218 (0.065)
A. mongholicus
Горячинск N 52°59', Е 108°17' 32252 20 20.0 (0.0) 3.0 (0.4) 1.47 90.0 0.210 (0.036) 0.321 (0.071)
Николаевский N 51°39', E 107°48' 32253 17 16.9 (0.1) 2.5 (0.3) 1.42 80.0 0.247 (0.067) 0.296 (0.070)
Ялга N 53°06', E 107° 14' 28970 38 33.0 (0.7) 2.8 (0.3) 1.38 70.0 0.166 (0.069) 0.274 (0.071)
Голендухино N 57°27', E 061°25' 32724 18 18.0 (0.0) 1.0 (0.0) 1.00 0.0 0.000 (0.000) 0.000 (0.000)
A. sericeocanus
Турка N 52°54', E 108°09' 23490 37 31.1 (1.2) 2.7 (0.4) 1.38 70.0 0.213 (0.069) 0.274 (0.071)
Примечание. ID IRK — Индивидуальный номер ваучера в Гербарии Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН, Иркутск; N — число исследованных растений; N — средний размер выборки на локус; A — среднее число аллелей на локус; Ne — эффективное число аллелей; Р95, % — полиморфность с учетом 95%-ного критерия; Ho — средняя наблюдаемая гетерозиготность; He — средняя ожидаемая гетерозиготность; в скобках — стандартная ошибка среднего.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В настоящее исследование включены три вида астрагалов секции Cenantrum: А. frigidus, А. mon-gholicus, A. sericeocanus в понимании таксономических границ Д. Подлеха и Ш. Зарре [7]. A. frigi-dus — лесной полиморфный евразийский вид, произрастает в лесах и различных поясах гор, на северном пределе распространения доходит до гипоарктических тундр. Вид относится к подсекции EШptica Оо^сИ. — длиннокорневищным растениям с эллиптическими бобами и с 3—8 парами листочков [8, 14].
A. mongholicus — лесостепной полиморфный вид, основная часть его ареала приурочена к степным межгорным котловинам Южной Сибири и прилегающих территорий Казахстана, Монголии и отчасти Китая, отмечен также на Дальнем Востоке и в Якутии [7]. Недавно обнаружено его единственное местонахождение на Среднем Урале на р. Реж [15]. A. sericeocanus — эндемик северовосточной части побережья оз. Байкал, псаммофит [13]. Эти виды относятся к подсекции Semilu-naria Оо^сИ. — каудексным стержнекорневым растениям, с сильно неравнобокими, почти округлыми бобами, листочками в числе 10—18 пар [8, 14].
Материалом для анализа изоферментов служили проростки исследуемых видов, полученные в лабораторных условиях из семян, по одному от каждой особи. Семена собраны в природных местообитаниях в Байкальской Сибири. Для сравнительного анализа использован материал из среднеуральской популяции "Голендухино" (табл. 1).
Предварительно был произведен подсчет числа хромосом на образцах растений из исследован-
ных популяций, все виды являются диплоидными — 2n = 16 [16, 17]. Экстракция белков и электрофорез в полиакриламидном геле проведены по стандартным методикам, использованным ранее при изучении аллозимной изменчивости Trifolium pratense L. [18]. Гистохимическое окрашивание зон ферментной активности выполнено согласно протоколам Р. Мерфи с соавт. [19].
Исследованы следующие ферментные системы: фосфоглюкоизомераза (PGI, EC 5.3.1.9), ал-когольдегидрогеназа (ADH, EC 1.1.1.1), 6-фосфо-глюконатдегидрогеназа (6-PGD, EC 1.1.1.44), лейцинаминопептидаза (LAP, EC 3.4.11.1), глута-матоксалоацетаттрансаминаза (GOT, EC 2.6.1.1), НАДНдегидрогеназа (NADHDH, EC 1.6.99.5), флуоресцентная эстераза (F-EST, EC 3.1.1.1; в данной системе не удалось объяснить результаты в терминах "локус-аллель", но обнаружены качественные отличия между разными видами в расположении бэндов (данные не приведены)). На электрофореграммах были выявлены зоны активности ферментов, синтез которых контролируется соответствующими генными локусами. Их обозначали буквами в соответствии с подвижностью фракции ферментов, начиная с более подвижной, в пределах локусов аллели обозначали цифрами.
Показатели генетической изменчивости по ал-лозимным локусам рассчитаны с помощью пакета программ BIOSYS-2 [20] и GENEPOP 4.2 [21]. Генетические дистанции (DN) между популяциями определены методом невзвешенных парно-групповых средних, UPGMA-дендрограмма построена на основе несмещенных генетических дистанций [22] в программе NTSYSpc 2.02 [23],
A. frigidus Игирма
99
87
1.24 0.94 0.63 0.33
DN, Nei (1978)
58
A. frigidus Мойготы A. mongholicus Голендухино A. mongholicus Горячинск A. mongholicus Николаевский A. mongholicus Ялга A. sericeocanus Турка
0.03
Дендрограмма сходства популяций трех видов рода Astragalus секции Cenantrum, построенная на основе генетических дистанций Dn. Значения бутстрепа приведены при соответствующих узлах ветвления.
значения бутстреп-поддержки, подтвержденные 100 пермутациями, получены в программе PHYLIP 3.695 [24].
РЕЗУЛЬТАТЫ
В шести ферментных системах проанализировано 10 генных локусов с 47 аллельными вариантами (табл. 2). Всего исследовано 190 особей.
По всем 10 локусам исследуемые популяции оказались полиморфными, за исключением мо-номорфной А. mongholicus-Голендухино, в дальнейшем анализе эта выборка рассматривается отдельно. Один аллель — !^,1-В-2 — является общим для всех исследованных популяций, остальные встречаются лишь в нескольких или в какой-либо одной популяции. В популяциях А. frigidus, А. тощкоНеш и А. sericeocanus только три основных аллеля (Pgi-B-2, Adh-4, NadHdh-B-1) являются общими. В двух популяциях А. frigidus выявлено 27 аллелей, 59.3% из них являются общими. Специфичными для этого вида являются пять аллелей: Adh-5, 6-Pgd-B-4, Оог-В-3, Оо1-С-4 и NadHdh-A-3. Для трех популяций А. тощ^Исш выявлено 38 аллелей, 44.7% из них общие. Обнаружено два специфичных аллеля Оо1-С-5 (Горячинск) и 6-Pgd-B-5 (Николаевский). У А. sericeo-саптвыявлено 26 аллелей, из них три — Adh-7, 6-Pgd-A-4, 6-Pgd-A-5 — характерны только для этого вида. В мономорфной популяции А. тощ^Исш-Голендухино в большинстве локусов фиксированы наиболее часто встречающиеся аллели. В то же время все исследованные особи данной популяции гомозиготны по аллелю Adh-1, частота которого в других популяциях не превышает 25%, по редко
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.