Генетическое разнообразие российских и европейских представителей Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jermy (Dryopteridaceae)

Малых С.Ю.; Malyh S.Yu.

doi:10.17072/1994-9952-2023-3-259-273

Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Биологические науки в целом \ Общая генетика. Общая цитогенетика. Иммуногенетика. Эволюционное учение. Видообразование. Филогенез

Генетическое разнообразие российских и европейских представителей Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jermy (Dryopteridaceae)

Автор: Малых С.Ю.

Журнал: Вестник Пермского университета. Серия: Биология @vestnik-psu-bio

Рубрика: Генетика

Статья в выпуске: 3, 2023 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты молекулярно-генетического анализа (ISSR-PCR) 112 особей Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jermy, собранных на территории России и Европы. При выделении ДНК использовался свежий материал и материал из гербария Южно-сибирского ботанического сада (ALTB): сбор свежего материала осуществлялся во время экспедиций (40 образцов из Пермского края, Московской, Смоленской и Тверской областей), отбор материала из гербария происходил путём изъятия визуально-пригодной для анализа части засушенной вайи (72 образца из различных регионов России и Европы). Компьютерный анализ полиморфизма ДНК и генетическая структура исследованных групп с вычислением доли (Р95) полиморфных локусов, абсолютного (na) числа аллелей, эффективного (ne) числа аллелей, ожидаемой (HE) гетерозиготности и информационно-энтропийной меры (I) Шеннона, проведен с помощью программы POPGENE 1.31. Для описания генетической структуры исследованных групп использованы следующие параметры: ожидаемая доля гетерозиготных генотипов (HT) во всей группе, как мера её общего разнообразия; ожидаемая доля гетерозиготных генотипов в подгруппе (HS), как мера ее внутреннего разнообразия; доля межгруппового генетического разнообразия в общем разнообразии или показатель подразделенности (GST). В дополнение к этому использовался пакет AMOVA с вычислением показателя подразделенности групп с использованием 1 000 раундов перестановок. На основании сравнения показателей информационно-энтропийной меры Шеннона (I), подразделённости групп Нея (FST), а также внутри- и межгрупповой изменчивости по результатам анализа молекулярных варианс (AMOVA), полученных для D. expansa, с аналогичными показателями, приводимыми для D. fra-grans (L.) Schott, сделано заключение о нецелесообразности деления D. expansa s.l. на два самостоятельных вида - D. expansa s. str. и D. assimilis S. Walker. Приводимые в публикации показатели всех индексов и рассчитанных величин могут быть использованы в качестве основы для сравнения в других работах, посвящённых генетической изменчивости видов рода Dryopteris на территории России.

Еще

Папоротники, систематика, dryopteris dilatata комплекс, issr-анализ, полиморфизм днк

Короткий адрес: https://sciup.org/147241925

IDR: 147241925 | УДК: 575.86:582:58.088 | DOI: 10.17072/1994-9952-2023-3-259-273

Genetic diversity of Russian and European individuals Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jeremy (Dryopteridaceae)

The results of molecular genetic analysis (ISSR-PCR) of 112 Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jermy specimens collected in Russia and Europe are presented. DNA was extracted using fresh material and material from the herbarium of the South Siberian Botanical Garden (ALTB): the collection of fresh material was carried out during expeditions (40 samples from Perm Krai, Moscow, Smolensk and Tver regions), the selection of material from the herbarium was carried out by removing a part of the dried frond (72 samples from various regions of Russia and Europe). An analysis of DNA polymorphism and the genetic structure of the studied groups with the calculation of the proportion (P95) of polymorphic loci, the absolute (na) number of alleles, the effective (ne) number of alleles, the expected (HE) heterozygosity and the information-entropy measure (I) of Shannon was carried out using the POPGENE 1.31 program. To describe the genetic structure of the studied groups, the following parameters were used: the expected proportion of heterozygous genotypes (HT) in the entire group as a measure of its overall diversity; the expected proportion of heterozygous genotypes in a sub-group (HS) as a measure of its internal diversity; the proportion of intergroup genetic diversity in the total diversity or the subdivision index (GST). In addition to this, the AMOVA package was used with the calculation of the subdivision index of groups using 1000 rounds of permutations. Based on a comparison of the indicators of the Shannon information measure (I), Nei fixation index (FST), as well as intra- and intergroup variability based on the results of the analysis of molecular variants (AMOVA) obtained for D. expansa with similar indicators given for D. fragrans (L.) Schott, a conclusion is made about the inexpediency of dividing D. expansa s.l. into two independent species - D. expansa s. str. and D. assimilis S. Walker. The indicators of all indices and calculated values given in the publication can be used as a basis for comparison in other works devoted to the genetic variability of species of the genus Dryopteris in Russia.

Еще

Текст научной статьи Генетическое разнообразие российских и европейских представителей Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jermy (Dryopteridaceae)

Гимназия № 31, Пермь, Россия, ,

Gymnasium № 31, Perm, Russia, ,

На территории России имеются виды рода Dryopteris Adans., чья идентификация осложнена рядом причин [Цвелев, 2003]: сходный морфологический облик представителей, полностью или практически полностью перекрывающиеся ареалы популяций, отсутствие уникальных черт скульптуры периспория и т.д. Особую сложность работа с такими природными образованиями принимает в том случае, если мы имеем дело не с парой, а с большим числом морфологически сходных видов. Примером совокупности таких видов является Dryopteris dilatata комплекс, включающий в настоящее время [Шмаков, 2009; Конспект флоры…, 2012], две ( Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jermy, D. dilatata (Hoffm.) A. Gray) или три ( Dryopteris expansa , D. dilatata и D. assimilis S. Walker) внешне практически неразличимые единицы.

История изменения представлений об объёме Dryopteris dilatata комплекса включает следующие ключевые даты:

В 1950 г. Ирен Мэнтон обнаружила, что таксономической единице, обозначаемой как D. dilatata , соответствует два разных цитотипа [Manton, 1950]. После обсуждения обозначенной проблемы [Walker, 1955, 1961], было предложено рассматривать данные цитотипы в ранге видов: D. dilatata s. str. и Dryop-teris assimilis S. Walker. Основанием для этого послужили хромосомные числа: у D. dilatata s. str. – 2 n = 128, у D. assimilis – 2 n = 64. В последующие годы изменчивость морфологического облика D. assimilis многократно обсуждалась [Walker, Jermy, 1964; Döpp, Gätzi, 1964; Nannfeldt, 1966; Simon, Vida, 1966; Widén et al., 1967], однако каких-либо новых таксономически значимых признаков предложено не было. Из-за морфологического сходства D. carthusiana (Vill.) H. P. Fuchs (в то время D. spinulosa (Müll.) Watt), D. dilatata , D. assimilis , а также D. cristata (L.) A. Gray стали обозначаться как Dryopteris spinulosa комплекс.

В 1970 г. вышла статья [Crabbe et al., 1970] посвящённая Dryopteris dilatata комплексу в Британии, который, по мнению авторов, включает два аллотетраплоида с 2 n = 128 – D. dilatata и D. carthusiana , а также диплоид c 2 n = 64 – D. assimilis . Как видно, Dryopteris dilatata комплекс – это тот же Dryopteris spinu-losa комплекс, из которого был исключён D. cristata .

В 1977 г. в номенклатурной записке «An Earlier Name for Dryopteris assimilis » [Fraser-Jenkins, Jermy, 1977] авторы доказывают, что типовой материал N. expansum , хранящийся в National Museum of Prague (PR), принадлежит к D. assimilis . Из этого следует, что для данного вида приоритетным эпитетом является expansa . Комбинация, предложенная авторами, следующая – Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins & Jermy.

В 2003 г. была опубликована статья с несколько иным взглядом на объём комплекса [Цвелев, 2003]. В ней D. expansa s.l. разделён на два самостоятельных вида: D. expansa s. str. и D. assimilis . Последний, по мнению автора, обладает габитуальным сходством с D. dilatata , но отличается по более узким чешуйкам на черешках и менее интенсивным железистым опушением. Следует отметить, что данная статья является первой и, до последнего времени, последней специализированной работой, посвящённой непосредственно роду Dryopteris на территории России.

Начиная с 2015 г. автором настоящей статьи ведётся работа по инвентаризации рода Dryopteris на территории России. Исследования, проведённые за последние 9 лет, позволили сделать рад заключений касательно видов, входящих в Dryopteris dilatata комплекс. Важнейшие из них [Малых, 2022]: имеется всего один критерий (неморфологического характера), позволяющий достоверно различать D. expansa и D. dilatata; не было обнаружено ни одного критерия, позволяющего достоверно отличить выделяемый некоторыми специалистами D. assimilis от D. expansa и D. dilatata; D. dilatata – европейский тетраплоид, не проникающий на территорию России.

С целью поиска дополнительных данных, подтверждающих или опровергающих предположение о том, что D. expansa – это природное образование, которое не нуждается в дроблении (на D. expansa s.str. и D. assimilis , в частности), был проведён анализ генетического разнообразия¹ российских и европейских представителей данного вида .

Материал и методы

При выделении ДНК для проведения молекулярно-генетического анализа использовался свежий материал и материал из гербария Южно-сибирского ботанического сада (ALTB): сбор свежего материала осуществлялся во время экспедиций (40 образцов из Пермского края, Московской, Смоленской и Тверской областей), отбор материала из гербария происходил путём изъятия визуально-пригодной для анализа части засушенной вайи (72 образца из различных регионов России и Европы). Каждый из этих образцов был определён в одну из следующих групп: Dr1 – Уральская, Dr2 – Восточноевропейская, Dr3 – Западноевропейская, Dr4 – Алтайская, Dr5 – Красноярский край и Республика Хакасия, Dr6 – Бурятия и Иркутская область (табл. 1). В дальнейшем первые три группы будут обозначаться как европейские, оставшиеся три – как азиатские.

Таблица 1

Места сбора образцов D. expansa

[Collection locations of D. expansa samples]

Группа	Страна	Место сбора	Координаты
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Кишертский район, деревня Частые, УНБ «Предуралье», липовый лес	N 57° 22’35 E 57° 09’26
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, пушицево-сфагновое болото	N 58° 56’15 E 58° 26’05
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, пушицево-сфагновое болото	N 58° 56’15 E 58° 26’05
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, пушицево-сфагновое болото	N 58° 56’15 E 58° 26’05
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, пушицево-сфагновое болото	N 58° 56’15 E 58° 26’05
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, пушицево-сфагновое болото	N 58° 56’15 E 58° 26’05
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, еловый лес	N 58° 56’39 E 58° 31’48
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, еловый лес	N 58° 56’39 E 58° 31’48

Группа	Страна	Место сбора	Координаты
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, еловый лес	N 58° 56’39 E 58° 31’48
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, еловый лес	N 58° 56’39 E 58° 31’48
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи Северной вершины, еловый лес	N 58° 56’39 E 58° 31’48
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи первой Южной вершины, еловый лес	N 58° 46’11 E 58° 28’25
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи первой Южной вершины, еловый лес	N 58° 46’11 E 58° 28’25
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи первой Южной вершины, еловый лес	N 58° 46’11 E 58° 28’25
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи первой Южной вершины, еловый лес	N 58° 46’11 E 58° 28’25
Dr1	Россия	Пермский край, Горнозаводский район, заповедник Басеги, вблизи первой Южной вершины, еловый лес	N 58° 46’11 E 58° 28’25
Dr2	Россия	Московская область, Клинский район, город Клин, еловый крупнопапоротниковый лес	N 56° 19’48 E 36° 47’13
Dr2	Россия	Московская область, Клинский район, город Клин, вблизи города, ельник-кисличник	N 56° 20’07 E 36° 47’15
Dr2	Россия	Московская область, Клинский район, город Клин, еловый крупнопапоротниковый лес	N 56° 19’48 E 36° 47’13
Dr2	Россия	Московская область, Клинский район, город Клин, вблизи города, ельник-кисличник	N 56° 20’06 E 36° 47’13
Dr2	Россия	Московская область, Клинский район, город Клин, зарастающая вырубка вблизи городской дороги	N 56° 20’07 E 36° 47’09
Dr2	Россия	Смоленская область, Богородицкое поле, вблизи усадьбы «Бо-городицкое», елово-берёзово-сосновый лес	N 55° 17’40 E 34° 04’06
Dr2	Россия	Смоленская область, Богородицкое поле, вблизи усадьбы «Бо-городицкое», елово-берёзово-сосновый лес	N 55° 17’40 E 34° 04’12
Dr2	Россия	Смоленская область, Богородицкое поле, вблизи усадьбы «Бо-городицкое», заболоченное место в елово-берёзовом лесу	N 55° 17’35 E 34° 04’00
Dr2	Россия	Смоленская область, Хмелита, заросли рябины вблизи реки Хмелитка	N 55° 23’48 E 33° 52’05
Dr2	Россия	Смоленская область, Хмелита, заросли рябины вблизи реки Хмелитка	N 55° 22’25 E 33° 52’27
Dr2	Россия	Смоленская область, Хмелита, берёзово-еловый лес	N 55° 23’39 E 33° 56’04
Dr2	Россия	Тверская область, вблизи озера Селигер, сосново-еловый лес	N 57° 14’51 E 33° 07’19
Dr2	Россия	Тверская область, вблизи озера Селигер, сосново-еловый лес	N 57° 15’04 E 33° 06’09
Dr2	Россия	Тверская область, вблизи озера Селигер, сосново-еловый лес	N 57° 14’52 E 33° 07’20
Dr2	Россия	Тверская область, вблизи озера Селигер, сосново-еловый лес	N 57° 14’54 E 33° 07’21
Dr3	Швейцария	Кантон Ури, Бернские Альпы, нижнее течение реки Готхардройс, Хоспенталь	N 46° 37’06 E 08° 34’10
Dr3	Швейцария	Кантон Ури, Бернские Альпы, нижнее течение р. Готхардройс, Хоспенталь	N 46° 37’06 E 08° 34’10
Dr3	Франция	Регион Рона-Альпы, департамент Луара, Шальмазель, верховья р. Лигнон	N 45° 39’55 E 03° 48’14
Dr3	Франция	Регион Рона-Альпы, горы Форез, департамент Луара, верховья р. Пьер Бюрн	N 45° 38’75 E 03° 49’65
Dr3	Франция	Регион Овернь, горы Форез, департамент Пьи-де-Дом, Ле Шамбон.	N 45° 39’80 E 03° 43’00
Dr3	Италия	Южный Тироль, Теренто Больцано, верхнее теч. р. Вена	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Италия	Южный Тироль, Теренто Больцано, верхнее теч. р. Вена	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Италия	Южный Тироль, Теренто Больцано, верхнее теч. р. Вена	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Италия	Южный Тироль, Теренто Больцано, верхнее теч. р. Вена	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Италия	Южный Тироль, Торенто Больцано, верхнее теч. р. Вена	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Италия	Южный Тироль, Торенто Больцано, верхнее теч. р. Вена.	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Италия	Южный Тироль, Торенто Больцано, верхнее теч. р. Вена	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Италия	Южный Тироль, Торенто Больцано, верхнее теч. р. Вена	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Италия	Южный Тироль, Торенто Больцано, верхнее теч. р. Вена	N 46° 51’18 E 11° 47’53
Dr3	Австрия	Земля Штирия, Хохшваб, р. Зебах, Дюррзес	–

Группа	Страна	Место сбора	Координаты
Dr3	Австрия	Земля Штирия, Глайнские Альпы, Танцмайстерграбен	N 47° 17’41 E 14° 59’45
Dr3	Австрия	Земля Штирия, Дойчландсберг, долина р. Лассниц	N 46° 48’37 E 15° 11’53
Dr3	Австрия	Земля Штирия, Хохшваб, Афленцер Штарицен, Зееберг	N 47° 37’54 E 15° 16’32
Dr3	Австрия	Земля Штирия, Хохшваб, Афленцер Штарицен, Зееберг	N 47° 37’54 E 15° 16’32
Dr3	Австрия	Земля Штирия, Глайнские Альпы, Танцмайстерграбен	N 47° 17’41 E 14° 59’45
Dr3	Германия	Северная Вестфалия, окр. г. Текленбург, буковый лес, в 20 км западнее г. Оснабрюк	N 52° 12’45 E 07° 46’44
Dr3	Германия	Земля Саксония-Анхальт, Вернигероде, горы Харц, окр. п. Ширке	N 51° 45’55 E 10° 39’58
Dr4	Россия	Республика Алтай, Чемальский район, долина реки Куюм	N 51° 30’00 E 85° 59’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, Чемальский район, басс. р. Куба, дол. р. Каяс близ устья, скл. сев. экс	N 51° 20’00 E 86° 24’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, окр. с. Иогач, западный склон	N 51° 46’00 E 87° 16’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, окр. с. Иогач, западный склон	N 51° 46’00 E 87° 16’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, окр. с. Иогач, западный склон	N 51° 46’00 E 87° 16’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, окр. с. Иогач, западный склон	N 51° 46’00 E 87° 16’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, Турочакский район, дол. р. Клык, окр. пос. Бийка	N 51° 54’00 E 87° 39’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, Турочакский район, долина р. Бия, правый берег выше с. Усть-Пыжа	N 51° 50’00 E 87° 07’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, Турочакский район, берег Телецкого озера, устье реки Бол. Эстюбе	N 51° 44’40 E 87° 26’40
Dr4	Россия	Республика Алтай, Турочакский район, дол. р. Бия, правый берег, выше села Усть-Пыжа	N 51° 50’00 E 87° 07’00
Dr4	Россия	Республика Алтай, Турочакский район, дол. р. Бия, правый берег, выше села Усть-Пыжа	N 51° 50’00 E 87° 07’00
Dr4	Россия	Алтайский край, Чарышский район, вер. теч. р. Сентелек, оз. Тёплое	N 51° 02’50 E 83° 39’00
Dr4	Россия	Алтайский край, Чарышский район, дол. р. Чарыш, левый берег, в 2 км ниже уст. р. Б. Татарка	N 51° 09’00 E 83° 54’00
Dr4	Россия	Алтайский край, Чарышский район, вер. теч. р. Сентелек, оз. Тёплое	N 51° 02’50 E 83° 39’00
Dr4	Россия	Алтайский край, Чарышский район, 5 км на юго-восток от с. Покровка. Смешанный лес в пойме р. Сентелек	–
Dr4	Россия	Алтайский край, Чарышский район, Бащелакский хр., сев-зап. макросклон г. Бахарева	N 51° 40’00 E 83° 43’00
Dr4	Россия	Алтайский край, Тигирецкий хребет, верх. р. Бол. Тигирек	N 51° 03’93 E 82° 59’24
Dr4	Россия	Алтайский край, Тигирецкий хребет, верх. р. Бол. Тигирек	N 51° 03’93 E 82° 59’24
Dr4	Россия	Алтайский край, Тигирецкий хребет, верх. р. Бол. Тигирек	N 51° 03’93 E 82° 59’24
Dr5	Россия	Красноярский край, хр. Борус, перевал из басс. р. Бол. Шушь в р. Бол. Берёзовая, южный макросклон	N 52° 56’00 E 92° 06’00
Dr5	Россия	Красноярский край, басс. р. Бол. Берёзовая, в 6 км выше уст. р. Безымянка, лев. берег, сев. макросклон	N 52° 54’00 E 92° 06’00
Dr5	Россия	Красноярский край, басс. р. Бол. Берёзовая, в 6 км выше уст. р. Безымянка, лев. Берег, сев. макросклон	N 52° 54’00 E 92° 06’00
Dr5	Россия	Красноярский край, басс. р. Бол. Берёзовая, в 6 км выше уст. р. Безымянка, лев. Берег, сев. макросклон	N 52° 54’00 E 92° 06’00
Dr5	Россия	Красноярский край, Шушенский район, хр. Борус, басс. р. Большая Шушь, дол. р. Корск	N 52° 48’00 E 92° 05’00
Dr5	Россия	Красноярский край, Шушенский район, хр. Борус, басс. р. Большая Шушь, дол. р. Корск	N 52° 48’00 E 92° 05’00
Dr5	Россия	Красноярский край, Шушенский район, хр. Борус, басс. р. Большая Шушь, дол. р. Корск	N 52° 48’00 E 92° 05’00
Dr5	Россия	Красноярский край, Шушенский район, хр. Борус, басс. р. Большая Шушь, дол. р. Корск	N 52° 48’00 E 92° 05’00
Dr5	Россия	Красноярский край, Шушенский район, хр. Борус, басс. р. Большая Шушь, дол. р. Корск	N 52° 48’00 E 92° 05’00
Dr5	Россия	Республика Хакассия, хр. Алан, северо-восточный отрог г. Бабик, склон юго-восточной экспозиции	N 52° 56’00 E 91° 23’00
Dr5	Россия	Республика Хакассия, хр. Алан, северо-восточный отрог г. Бабик, склон юго-восточной экспозиции	N 52° 56’00 E 91° 23’00

Группа	Страна	Место сбора	Координаты
Dr5	Россия	Республика Хакассия, хр. Алан, северо-восточный отрог г. Бабик, склон юго-восточной экспозиции	N 52° 56’00 E 91° 23’00
Dr5	Россия	Республика Хакассия, хр. Алан, северо-восточный отрог г. Бабик, склон юго-восточной экспозиции	N 52° 56’00 E 91° 23’00
Dr5	Россия	Республика Хакассия, хр. Алан, северо-восточный отрог г. Бабик, склон юго-восточной экспозиции	N 52° 56’00 E 91° 23’00
Dr5	Россия	Республика Хакасия, хр. Алан, северо-восточный отрог г. Ба-бик, склон юго-восточной экспозиции	N 52° 56’00 E 91° 23’00
Dr5	Россия	Республика Хакасия, хр. Алан, северо-восточный отрог г. Ба-бик, склон северо-восточной экспозиции	N 52° 56’00 E 91° 23’00
Dr5	Россия	Республика Хакасия, Джойский хр., перевал из р. Клай в р. Уй, северный макросклон	N 52° 54’00 E 91° 12’00
Dr5	Россия	Республика Хакасия, Джойский хр., перевал из р. Клай в р. Уй, северный макросклон	N 52° 54’00 E 91° 12’00
Dr6	Россия	Иркутская область, Слюдянский район, дол. р. Слюдянка, в 9 км выше гор. Слюдянка, лев. берег, тайга	N 51° 34’77 E 103°37’38
Dr6	Россия	Иркутская область, Слюдянский район, дол. р. Слюдянка, в 9 км выше гор. Слюдянка, лев. берег, тайга	N 51° 34’77 E 103°37’38
Dr6	Россия	Иркутская область, Слюдянский район, дол. р. Слюдянка, в 9 км выше гор. Слюдянка, лев. берег, тайга	N 51° 34’77 E 103°37’38
Dr6	Россия	Иркутская область, Слюдянский район, дол. р. Слюдянка, в 8 км выше гор. Слюдянка, лев. берег, тайга	N 51° 35’09 E 103°37’70
Dr6	Россия	Иркутская область, Слюдянский район, дол. р. Слюдянка, в 8 км выше гор. Слюдянка, лев. берег, тайга	N 51° 35’09 E 103°37’70
Dr6	Россия	Республика Бурятия, оз. Байкал, Прибайкальский район, окр. пос. Турка	N 52° 57’48 E 108°14’09
Dr6	Россия	Республика Бурятия, оз. Байкал, Прибайкальский район, окр. пос. Турка	N 52° 57’48 E 108°14’09
Dr6	Россия	Бурятия, Кабанский район, хр. Хамар-Дабан, дол. р. Бол. Мамай в верхнем течении	N 51° 23’70 E 104°50’29
Dr6	Россия	Бурятия, Кабанский район, хр. Хамар-Дабан, дол. р. Бол. Мамай в верхнем течении	N 51° 23’70 E 104°50’29
Dr6	Россия	Бурятия, Кабанский район, хр. Хамар-Дабан, дол. Бол. Мамай в верхнем течении	N 51° 23’70 E 104°50’29
Dr6	Россия	Бурятия, Кабанский район, хр. Хамар-Дабан, дол. Бол. Мамай в верхнем течении	N 51° 24’37 E 104°49’58
Dr6	Россия	Бурятия, Кабанский район, хр. Хамар-Дабан, дол. Бол. Мамай в верхнем течении	N 51° 24’37 E 104°49’58
Dr6	Россия	Бурятия, Кабанский район, хр. Хамар-Дабан, дол. Бол. Мамай в верхнем течении	N 51° 24’37 E 104°49’58

Выделение ДНК осуществлялось с помощью CTAB по методике С.О. Роджерса и А.Дж. Бендича [Rogers, Bendich, 1985] с добавлением PVPP для связывания полифенолов. Навеска растительного материала не превышала 20 мг. Для оценки качества и концентрации выделенной ДНК использовался прибор SpectrofotometrTM NanoDrop 2000 («ThermoFisher Scientific», США), а также электрофорез в агарозном геле (2%). Все пробы, которые были отобраны для дальнейшего анализа, имели концентрацию ДНК 180 нг/мкл и выше (по оптическому поглощению препарата при длине волны 260 нм). Чистота препарата Å260/280 (соотношение между оптическим поглощением нуклеиновых кислот при Å260 и оптическим поглощением белков при длине волны 280 нм) была в пределах от 1.9 до 2.0.

Во время осуществления поиска наиболее эффективных праймеров, были протестированы 22 нуклеотидные последовательности (табл. 2). Первые 16 взяты из работ [Schneller, Krattinger, 2010; Bouchard et al., 2017], посвящённых ISSR-PCR анализу папоротниковидных. Последние 6 найдены в публикации, посвящённой цветковому растению [Светлакова и др., 2012]. Все отобранные для дальнейшей работы праймеры (табл. 2) показали свою эффективность, т.е. инициировали синтез наибольшего числа фрагментов ДНК и обеспечивали воспроизводимость результатов PCR.

Амплификация ДНК проводилась в термоциклере GeneAmp PCR System 9700 («Applied Biosystems», США) по следующей программе: денатурация – 2 мин. при 94°C; первые пять циклов – 20 сек. при 94°С, затем 10 сек. при t° отжига праймера и 10 сек. при 72°С; последующие тридцать пять циклов – 5 сек. при 94°С, затем 5 сек. при t° отжига праймера и 5 сек. при 72°С; элонгация – 2 мин. при 72°С. Температура отжига праймеров варьировала от 59°С до 62°С. Продукты амплификации окрашивались бромистым этидием, разделялись электрофорезом в 2% агарозном геле с 1х ТВЕ буфером (Tris-Borate-EDTA) и фо- тографировались в ультрафиолетовом свете с применением системы GelDoc XR («Bio-Rad», США). Для определения длины фрагментов ДНК использовался маркер молекулярного веса ДНК Step 100 Long (14 фрагментов от 100 до 3 000 п.н., «Биолабмикс», Россия) и программа Quantity One («Bio-Rad», США).

Таблица 2

Протестированные ISSR-PCR праймеры [Tested ISSR-PCR primers]

Праймер		t отжига, ºC	Праймер		t отжига, ºC
PRM_1	(AC) 8 G	62	PRM_12	(CA) 8 AG	59
PRM_2	(AG) 8 YT	62	PRM_13	(GT) 8 CC	56
PRM_3	(CA) 8 RC	62	PRM_14	(AC) 9 TG	59
PRM_4	(AC) 8 YT	62	PRM_15	(CA) 8 CC	59
PRM_5	(AC) 8 YG	62	PRM_16	(CA) 8 CG	59
PRM_6	(AC) 7 AAСС	62	M_1	(AC) 8 CG	56
PRM_7	(CT) 8 GG	56	M_2	(AC) 8 CC	56
PRM_8	(CA) 8 GG	59	M_3	(AC) 8 CT	54
PRM_9	(GA) 8 TC	58	X_9	(ACC) 6 G	62
PRM_10	(CT) 8 GC	59	X_10	(AGC) 6 C	64
PRM_11	(CA) 9 AC	58	X_11	(AGC) 6 G	64

Примечание. Полужирным шрифтом выделены эффективные ISSR-PCR праймеры.

Всего проанализирован полиморфизм 112 растений с пятью праймерами (560 проб). Для проверки достоверности полученных результатов постановка PCR повторялась не менее двух раз.

Для количественной оценки полиморфизма и определения генетической структуры изученных групп особей, полученные данные были представлены в виде матрицы бинарных признаков, в которой наличие или отсутствие в PCR спектрах одинаковых по размеру фрагментов рассматривалось как состояние 1 или 0. При этом анализировались только воспроизводимые фрагменты, полиморфизм по интенсивности не учитывался.

Компьютерный анализ полиморфизма ДНК и генетическая структура исследованных групп с вычислением доли ( Р 95 ) полиморфных локусов [Williams, 1990], абсолютного ( n a ) числа аллелей, эффективного ( n e ) числа аллелей [Kimura, Crow, 1964], ожидаемой ( H E ) гетерозиготности [Nei, 1987] и информационноэнтропийной меры ( I ) Шеннона [Lewontin, 1972], проведены с помощью программы POPGENE 1.31 [Yeh et al., 1999]. Для описания генетической структуры исследованных групп² были использованы следующие параметры [Nei, 1975]: ожидаемая доля гетерозиготных генотипов ( H T ) во всей группе, как мера её общего разнообразия; ожидаемая доля гетерозиготных генотипов в подгруппе ( H S ), как мера ее внутреннего разнообразия; доля межгруппового генетического разнообразия в общем разнообразии или показатель подразделенности ( G ST ). В дополнение к этому использовался пакет AMOVA (Analysis of Molecular Variance) с вычислением Φ PT -индекса (показателя подразделенности групп) с использованием 1 000 раундов перестановок [Excoffier et al., 1992]. Данный показатель был рассчитан с применением специализированного макроса GenAlEx6 для MS-Excel [Peakall, 2005]. При этом в качестве групп выступали совокупности особей, обозначенные как Dr1–Dr6 , а в качестве регионов (для обсуждения межрегиональной подразделённости) европейская и азиатская части Евразии.

Результаты исследования

В общей выборке D. expansa было выявлено 72 фрагмента ДНК, 69 из которых были полиморфными ( P 95 =0.958). Их размеры варьировали в зависимости от праймера (рис. 1): от 500 п.н. (праймеры PRM_1 и

PRM_5) до 2 000 п.н. (праймеры PRM_3 и PRM_5). При этом доля полиморфных локусов в группах, установленная с помощью разных праймеров, варьировала от 0.167 (праймер PRM_15, в группе Dr1 ) до 1 (праймер PRM_8 и PRM_1, в группах Dr2, Dr3 ). Праймер PRM_15 выявил самые низкие значения полиморфизма для общей выборки ( P 95 =0.917), а праймеры PRM_1 и PRM_8 – самые высокие ( P 95 =1.000).

* V

• -V
- О

Список литературы Генетическое разнообразие российских и европейских представителей Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins et Jermy (Dryopteridaceae)

Грушецкая З.Е. и др. Использование ISSR-анализа для изучения внутри- и межвидового генетического полиморфизма различных таксонов высших растений // Вестник БГУ. Сер 2. 2013. № 3. С. 50–56.
Гуреева И.И., Феоктистов Д.С., Кузнецов А.А. Опыт применения молекулярного анализа в демографических исследованиях папоротников // Систематические и флористические исследования Северной Евразии. М., 2018. Т. 1. С. 172–175.
Конспект флоры Восточной Европы. / под ред. Н.Н. Цвелева. М.; СПб.: Т-во науч. изд. КМК, 2012. Т. 1. 630 с.
Кузнецов В.М. Методы Нея для анализа генетических различий между популяциями // Проблемы биологии продуктивных животных. 2020. № 1. С. 91–110.
Кузнецов В.М. Информационно-энтропийный подход к анализу генетического разнообразия популяций (аналитический обзор) // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2022. Т. 23, № 2. С. 159–173.
Малых С.Ю. Род Dryopteris Adans. в Европейской части России // Вестник Пермского университета. Сер. Биология. 2022. Вып. 3. С. 189‒200.
Светлакова Т.Н. и др. Генетическая дифференциация популяций Populus tremula L. в Пермском крае на основании полиморфизма ISSR-маркеров // Аграрный вестник Урала. 2012. Вып. 3. С. 11–13.
Цвелев Н.Н. О роде Dryopteris Adans. (Dryopteridaceae) в Восточной Европе // Новости систематики высших растений. 2003. Т. 35. С. 7–20.
Шмаков А.И. Определитель папоротников России. 2-е изд., перераб. и допол. Барнаул: ARTИКА, 2009. 126 с.
Юрцев Б.А. Популяции растений как объект геоботаники, флористики, ботанической географии // Ботанический журнал. 1987. Т. 72, № 5. С. 581–588.
Animasaun D.A. et al. Polymorphism and genetic diversity assessment of some ornamental ferns by mi-crosatellite (ISSR) markers // J. Appl. Hortic. 2018. Vol. 20, № 3. P. 237–241.
Bouchard J.R. et al. Contrasting patterns of genetic variation in central and peripheral populations of Dryopteris fragrans (Fragrant wood fern) and implications for colonization dynamics and conservation // Inter-national Journal of Plant Sciences. 2017. Vol. 178, № 8. P. 607–617.
Bujnoch W. A contribution to the plylogeny of Dryopteris remota by genotyping of a fragment of the nu-clear PgiC gene // Fern. Gaz. 2015. Vol. 20, Part 2. P. 79–89.
Camacho F.J., Liston A. Population structure and genetic diversity of Botrychium pumicola (Ophioglos-saceae) based on inter-simple sequence repeats (ISSR) // Am. J. Bot. 2001. Vol. 88. P. 1065–1070.
Crabbe J.A., Jermy A.C., Walker S. Distribution of Dryopteris assimilis S. Walker in Britain // Watsonia. 1970. Vol. 8. P. 3–15.
Döpp W., Gätzi W. Der Bastard zwischen tetraploider und diploider Dryopteris dilatata // Ber. Schweiz. Bot. Ges. 1964. Vol. 74. P. 45–53.
de Groot G.A. et al. Diverse spore rains and limited local exchange shape fern genetic diversity in a re-cently created habitat colonized by long-distance dispersal // Ann. Bot. 2012. Vol. 109. P. 965–978.
Dong Y.-H. et al. Genetic variation in the endangered aquatic fern Ceratopteris thalictroides (Parkeria-ceae) in China: implications from RAPD and ISSR data // Bot. J. Linn. Soc. 2008. Vol. 157. P. 657–671.
Dong Y.-H., Gituru R.W., Wang Q.-F. Genetic variations and gene flow in the endangered aquatic fern Ceratopteris pteridoides in China, and conservation implications // Ann. Bot. Fennici. 2010. Vol. 47. P. 34–44.
Ellstrand N.C., Elam D.R. Population genetic consequences of small population size: implications for plant conservation // Annu. Rev. Ecol. Syst. 1993. Vol. 24. P. 217–242.
Excoffier L., Smouse P.E., Quattro J.M. Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: application to human mitochondrial DNA restriction data // Genetics. 1992. Vol. 131, № 2. P. 479–491.
Fraser-Jenkins C.R., Jermy A.C. Nomenclatural notes on Dryopteris: 2 // Fern Gaz. 1977. Vol. 11, № 5. P. 338–340.
Holsinger K.E., Weir B.S. Genetics in geographically structured populations: defining, estimating and in-terpreting FST // Nat. Rev. Genet. 2009. Vol. 10. P. 639–650.
Kimura M., Crow J.F. The number of alleles that can be maintained in a finite population // Genetics. 1964. Vol. 49, № 2. P. 725–738.
Leimu R. et al. How general are positive relationships between plant population size, fitness and genetic variation? // J. Ecol. 2006. Vol. 94. P. 942–952.
Lewontin R.C. The apportionment of human diversity // Ev. Biol. 1972. Vol. 6. P. 381–398.
Manton I. Problems of Cytology and Evolution in the Pteridophyta. Cambridge: Cambridge University Press, 1950. 316 p.
Nannfeldt J.A. Dryopteris dilatata och Dr. assimilis i Sverige // Bot. Not. 1966. Vol. 119. P. 136–152.
Nei M. Genetic distance between populations // Amer. Naturalist. 1972. Vol. 106. P. 283–292.
Nei M. Molecular population genetics and evolution. Amsterdam, Oxford: North-Holland Publishing Company, 1975. 288 p.
Nei M. Molecular Evolutionary Genetics. New York: Columbia University Press, 1987. 615 p.
Nei M., Li W-H. Mathematical model for studying genetic variation in terms restriction endonucleases // PNAS, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979. Vol. 76. P. 5269–5273.
Peakall R. GenAlEx6: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research // Mol. Ecol. Not. 2005. Vol. 6, № 1. P. 288–295.
Perrie L.R. et al. Tasmanian and Victorian populations of the fern Asplenium hookerianum result from independent dispersal from New Zealand // Aust. Syst. Bot. 2010. Vol. 23, № 6. P. 387–392.
Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummi-fied plant tissues // Plant Mol. Biol. 1985. Vol. 5, № 2. P. 69–76.
Sessa E.B., Zimmer E.A., Givnish T.J. Unraveling reticulate evolution in North American Dryopteris (Dryopteridaceae) // BMC Evol. Biol. 2012. Vol. 12. P. 104–127.
Schneller J.J., Krattinger K. Genetic composition of Swiss and Austrian members of the apogamous Dry-opteris affinis complex (Dryopteridaceae, Polypodiopsida) based on ISSR markers // Plant Syst. Evol. 2010. Vol. 286. P. 1–6.
Simon T., Vida G. Neue Angaben zur Verbreitung der Dryopteris assimilis S. Walker in Europa // Annls Univ. Scient. bpest. Rolando Eötvös, Sect. Biol. 1966. Vol. 8. P. 275–284.
Walker S. Cytogenetic studies in the Dryopteris spinulosa complex I // Watsonia. 1955. Vol. 3. P. 193–209.
Walker S. Cytogenetic studies in the Dryopteris spinulosa complex II // Amer. Journ. Bot. 1961. Vol. 48. P. 607–614.
Walker S., Jermy A.C. Dryopteris assimilis S. Walker in Britain // Brit. Fern. Gaz. 1964. Vol. 9. P. 137–140.
Widén C.J. Kemotaxonomiska undersökningar av floroglucinolderivaten i Dryopteris assimilis S. Walker och D. dilatata (Hoffm.) A. Gray i Finland. (Summary: Chemotaxonomic investigations of the phloroglucinol derivatives in Dryopteris assimilis S. Walker and D. dilatata (Hoffm.) A. Gray in Finland.) // Farm. Notisblad. 1967. Vol. 76. P. 185–216.
Williams J.G.K. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers // Nu-cleic Acids Res. 1990. Vol. 18, № 22. P. 6531–6535.
Yeh F.C. et al. POPGENE, the Microsoft Windows-based user-friendly software for population genetic analysis of co-dominant and dominant markers and quantitative traits. Canada: Dept. Renewable Resources, University of Alberta, Edmonton, 1999. 238 p.

Еще