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

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 | DOI: 10.17072/1994-9952-2023-3-259-273

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

Статья научная