CC BY
24ВНУТРЕННЯЯ АЗИЯ
УДК 582.542
doi: 10.18101/2542-0623-2017-4-7-12
ТАКСОНОМИЧЕСКИЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ДВУХ ВИДОВ РОДА LEYMUS HÖCHST., НА ОСНОВЕ ISSR (INTER SIMPLE SEQUENCE REPEATS) АНАЛИЗА
Н. К. Бадмаева, Н. С. Мезина, А. С. Агафонов
© Бадмаева Наталья Карловна
кандидат биологических наук,
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН 670047, Россия, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 E-mail: [email protected]
© Мезина Наталья Сергеевна
аспирант,
Биологический институт Томского государственного университета 634050, Россия, г. Томск, ул. Ленина, 36 E-mail: [email protected]
© Агафонов Александр Викторович
доктор биологических наук,
Центральный Сибирский ботанический сад СО РАН 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Золотодолинская, 101 E-mail: [email protected]
Изучались филогенетические взаимосвязи двух видов рода Leymus: L. secalinus (Georgi) Tzvel и L. littoralis (Griseb.) Peschkova методом молекулярно-генетического анализа при помощи ISSR-праймеров. Результаты исследований выявили обособленность L. secalinus и ограниченность распространения вида северным побережьем озера Байкал. Также подтверждено мнение Г. А. Пешковой, что вид является эндемиком побережий оз. Байкал. Ареал вида L. littoralis более обширен, не ограничивается территорией Восточной Сибири России и охватывает территории Внутренней Монголии Китая, Монголию.
Ключевые слова: вид, L. secalinus, L. littoralis, ISSR, ISSR-праймеры, полиморфизм, дендрограмма, ареал.
Введение
В молекулярно-генетическом исследовании использован метод ISSR (Inter Simple Sequence Repeats) для первичного скрининга генома. Метод ISSR, сравнивающий межмикросателлитные повторы последовательностей нуклеотидов, позволяет выявить генетическое разнообразие на видовом и популяционном уровне и широко используется для этих целей. Результаты анализа используются для
выявления родственных отношений внутри и между таксонами, решения фило-географических вопросов.
Виды L. secalinus и L. littoralis относят в полиморфный род Leymus (Hochst.), содержащим много гибридогенных видов.
Оба вида являются многолетними, длиннокорневищными и ветроопыляе-мыми злакам. Систематика двух таксонов весьма запутанна и до сих пор существует неясность в современной таксономии видов, их объеме и распространении.
Объект и методы исследований
Материал для исследований был собран авторами в семи популяциях этих двух видов: 1) Китай, Внутренняя Монголия — L.sec.Ch; 2) Монголия — L.sec.Mn; 3) Россия, Бурятия, дол. р. Селенга — L.lit.BD; 4) Россия, Бурятия, окр. г. Улан-Удэ, Тулунжа — L.lit.BT; 5) Россия, Бурятия, г. Улан-Удэ — L.lit.BU; 6) Россия, Бурятия, Давша (берег оз. Байкал) — L.sec.BB; 7) Россия, Бурятия, перешеек п-ва Святой Нос (берег оз. Байкал) — L.sec.BP.
Для популяционного ISSR (Inter Simple Sequence Repeats) анализа были выделены ДНК из 48 высушенных в силикагеле образцов двух видов из 7 популяций с использованием кита «Diamond» (Россия, Барнаул) в соответствии с инструкцией производителя. Ваучерные гербарные образцы хранятся в гербарии UUH. Реакционная смесь для полимеразной цепной реакции объемом 25 мкл при ISSR-анализе содержала: 1 ед. Tag-полимеразы («Синтол»), 2.5 мкл стандартного 10х буфера для ПЦР («Синтол»), 20 пМ праймера, 2.5 мМ Mg2+, 0.25 мМ dNTP, 2 мкл геномной ДНК. Амплификацию проводили в термоциклере BioRad T100 (США) для ISSR-анализа по следующей программе: предварительная денатурация 94°С, 2 мин.; первые пять циклов 94°С, 20 сек; t° отжига, 10 сек; 72°С, 10 сек; в последующих тридцати пяти циклах 94°С, 5 сек; t° отжига, 5 сек; 72°С, 5 с. Последний цикл элонгации — 2 мин при 72°С. Температура отжига в зависимости от G/C состава праймеров варьировала от 42 до 56°С.
Продукты амплификации разделяли путем электрофореза в 1,5%-ном ага-розном геле в ТВЕ буфере, окрашивали бромистым этидием и фотографировали в проходящем ультрафиолетовом свете. Для определения длин фрагментов ДНК использовали маркеры молекулярной массы 1 kb DNA Ladder («Fermentas»).
На основе трех электрофореграмм (гелей) составили бинарную матрицу по присутствию и отсутствию компонента (ампликонов) для каждого из изученных образцов. Дендрограммы выполняли с использованием коэффициента «Манхэт-тен расстояний» (Manhattan distance) полной связи в программе STATISTICA.
Результаты и обсуждение исследований
История изучения L. secalinus и L. littoralis
Впервые L. secalinus (Georgi) Tzvel. описан И. И. Георги в 1775 г. как Triti-cum secalinum Georgi на основании долиннеевского описания и изображения вида по сборам Стеллера с песчаных берегов Байкала и с о. Ольхон, которые были опубликованы И. Г. Гмелиным в 1 т. «Flora Sibirica» [Gmelin, 1747, табл. 25]. Годом позже, в 1776 г., Паллас назвал это же растение, по тому же описанию и изображению Гмелина — Triticum littorale Pall. Типом же T. littorale Pall. является тот же рисунок И. Г. Гмелина. Е. Г. Бобров [1960] отмечает, что название, данное
Н. К. Бадмаева, Н. С. Мезина, А. С. Агафонов. Таксономические взаимоотношения двух видов рода Leymus Höchst., на основе ISSR (inter simple sequence repeats) анализа
И. И. Георги, является приоритетным. Здесь же Е. Г. Бобров указывает, что Ле-дебур в 1853 г. во «Flora Rossica» упоминает оба названных биноминала, и именно того растения, о котором шла речь у Стеллера, Гмелина, Георги и Палласа, которое квалифицировалось в качестве особой разновидности колосняка пуши-стоколосого — Elymus dasystachys ß littoralis Griseb.ex Ledeb. Названный вид был установлен К. Триниусом в 1829 г. во «Flora Altaica» [Ledebour, 1829] с солонцов Чуи. Последующие исследователи — П. Н. Крылов, С. А. Невский, М. Г. Попов пренебрегли разновидностью Гризебаха и отнесли прибайкальское растение к виду, описанному Триниусом — Elymus dasystachys Trin. При этом Е. Г. Бобров указывает, что данный вид, по-видимому, состоит из разных рас, одной из которых является раса, населяющая пески Прибайкалья, и высказывает предположение, что изменчивость этого колосняка связана с изменениями характера его местообитания, т.е. является экологической. Кроме того, он разграничил эти виды, восстановив приоритетное название, предложенное в 1775 г. И. И. Георги — «secalinus», и предложил свою трактовку вида — Elymus secalinus (Georgi) Bobr., типом которого являлся все тот же рисунок И. Г. Гмелина в «Сибирской флоре» и классическое местонахождение вида — о. Ольхон и пески юго-западного побережья Байкала. Типом Elymus dasystachys Trin. являются растения из Чуйской долины Алтая. По Е. Г. Боброву, ареал Elymus secalinus (Georgi) Bobr., если понимать его узко — пески Прибайкалья; ареал вида в широком понимании охватывает горные области Южной Сибири и Прибайкалья, Восточного Казахстана, Киргизии и Восточного Таджикистана, Джунгарии и Монголии.
Н. Н. Цвелев указывает, что L. secalinus является очень полиморфным видом, распадающимся на несколько разновидностей, заслуживающих ранга подвидов. В своих обработках рода [Цвелев, 1968, 1976] он выделяет: L. secalinus subsp. secalinus (Georgi) Tzvel., L. secalinus subsp. mongolicus (Meld.) Tzvel., L. secalinus subsp. pubescens (O. Fedtsch.) Tzvel., L. secalinus subsp. ovatus (Trin.) Tzvel. Здесь же он указывает, что типы Elymus dasystachys («Altai, in argilloso-salsis ad Tschuja, 1826, leg. Bunge» — LE) и E. littoralis («In arenosis ad Baikalem prope Possolskoi, 1829, Turczaninow» — LE) являются вполне типичными экземплярами L. secalinus subsp. secalinus и что тип E. littoralis (имеющий 3 изотипа) может быть избран в качестве неотипа Triticum secalinum. К числу синонимов L. secalinus Н. Н. Цвелев относит T. littorale Pall. и Elymus dasystachys Trin. [Цвелев, 1968, 1976].
Г. А. Пешкова [1987], исследовав образцы L. secalinus s.str. с классического местонахождения (E. littoralis) в окр. с. Посольск на юго-восточном побережье Байкала, выделила из L. secalinus (Georgi) Tzvel. L. littoralis (Griseb.) Peschkova. По мнению Г. А. Пешковой, распространение L. secalinus s.str. ограничено северным побережьем Байкала и о. Ольхон; южнее — на побережьях Байкала и в островных степях Предбайкалья, Забайкалья, Якутии, Северной Монголии — произрастает другой вид L. littoralis (Griseb.) Peschkova [Пешкова, 1990].
В новейших работах, в синопсисе рода Leymus, Йен с соавторами [Yen at al., 2009], рассматривают L. littoralis (Griseb.) Peschkova в качестве синонима L. secalinus (Georgi) Tzvel., с широким ареалом, охватывающим юго-восточные провинции Китая, Восточный Казахстан, Японию, Монголию, Восточную Сибирь России. Н. Н. Цвелев и Н. С. Пробатова [2010] при таксономической ревизии этого же рода принимают самостоятельность вида L. littoralis (Griseb.) Peschkova, ареал кото-
рого охватывает Восточную Сибирь, а вне России — Монголию. Ранее Н. Н. Цвелев [1968, 1976] включал Elymus dasystachys уаг. littoralis ОЙ8еЬ.; E. littoralis (ОЙ8еЬ.) Тигс2. ех 81еи<!) в Ь. secalinus 8иЬ8р. secalinus ^ео^) Tzvel. и считал его широко распространенным видом в пустынной и степной частях Азиатского материка.
Результаты аналитических исследований
Для исследования было подобрано семь праймеров: Рг НВ-14; Рг НВ-12; Рг 17898В; Рг 17899А; Рг 17899В; 814; 844А с температурами отжига от 42 до 56°С. Проведены ПЦР реакции (амплификация) образцов с праймерами и получено семь гелей, из которых только три были наиболее информативными. На рисунке 1 представлен гель-электрофорез с праймера 17898В. Проведен анализ полиморфизма 42 К8Я-локусов у двух видов Ьеутш с трех электрофореграмм.
Рис. 1. Гель-электрофорез: ШБК вариабельность с праймера 17898В у 48 образцов видов Ь. ьесаИпш', Ь. ИПотаИв. Треки № 1, 33, 51 — молекулярный маркер (1500-100 п.н.). Треки № 2-11 — Ь. ьесаИпш' (Китай); № 12-21 — Ь. А'есаНпш' (Монголия, Ь.'ес.Мп); № 22-32 — ¿ЛМогаНь' (дол. р. Селенга - Ь.Ш.ВБ); № 34-38 — ЬЛйогаН' (окр. г. Улан-Удэ, Тулунжа — ЬЛ1ВТ); № 39-42 — ЬЛйогаНь' (окр. г. Улан-Удэ, Ь.Ш.ВШ);
№ 43-47, 50 — Ь. ь'есаНпш' (Давша, берег оз. Байкал, Ь.'ес.ВВ); № 48-49 — Ь. ьесаИпш' (перешеек п-ва Святой Нос, берег оз. Байкал, Ь.'ес.ВР)
На дендрограмме дерево разделилось на две крупные клады (рис. 2). Ь. ,'еса-Нпш с берегов оз. Байкал образовал отдельную кладу, что указывает на его обособленность.
Ь. 1ШогаН' из Бурятии и Ь. 'есаИпш с Монголии и Китая образовали одну большую кладу, но которая распадается на несколько субклад по географическому распространению. То что Ь. 1ШогаН' из Бурятии и Ь. 'есаИпш из Монголии и Китая образовали единую кладу, указывает на их близкое родство и что это, возможно, один вид. Из этого следует, что название таксона — Ь. 'есаИпш (Оео^1) Tzvel. относится только к байкальским популяциям, а китайские и монгольские следует отнести к Ь. 1ШогаШ (ОЙ8еЬ.) Ре8сЬкоуа
Наши исследования подтверждают мнение Г. А. Пешковой (1987), что распространение Ь. 'есаИпш ограничено северным побережьем оз. Байкал и вид является эндемиком его побережий, южнее — на побережьях Байкала и в островных степях Предбайкалья Бурятии и Якутии произрастает Ь. 1ШотН'. Результаты изучения подтвердили ранее проведенные исследования, основанные на сравнении отсеквенированных последовательностей внутренних транскрибируемых спейсеров ГТ81-5.88-ГТ82 ядерной ДНК, и показали, что ареал вида Ь. 1ШотН' более обширен и охватывает Восточную Сибирь России, Внутреннюю Монголию Китая и Монголию.
Н. К. Бадмаева, Н. С. Мезина, А. С. Агафонов. Таксономические взаимоотношения двух видов рода Leymus Hochst., на основе ISSR (inter simple sequence repeats) анализа
Complete Linkage City-block (Manhattan) distances
Я
О О 3 3 3 3 3 *
-ооооооо^о.
ioooooooooo
12
10
8
о 6
4
2
0
Рис. 2. Дендрограмма, построенная на основе матрицы генетических расстояний между популяциями двух видов L. secalinus и L. littoralis
Заключение
В результате молекулярно-генетического анализа методом ISSR получены данные о филогенетических взаимосвязях двух видов рода Leymus: L. secalinus и L. littoralis, выявлена обособленность L. secalinus и ограниченность распространения вида северным побережьем оз. Байкал. Подтверждены данные Г. А. Пешковой, что вид является эндемиком побережий оз. Байкал. Ареал вида L. littoralis более обширен и охватывает Восточную Сибирь России, Внутреннюю Монголию Китая и Монголию.
Работа выполнена в рамках бюджетных проектов СО РАН № VI.52.1.7 (№ гос. регистрации 0337-2016-0001), РФФИ: № 11-04-00861, № 16-04-01605
Литература
Бобров Е. Г. Забытые виды И. И. Георги из «Байкальской флоры» // Бот. мат. герб. бот. ин-та АН СССР. 1960. Т. XX. С. 1-22.
Пешкова Г. А. О Leymus secalinus s. l. (Georgi) Tzvel. (Poaceae) // Новости систематики высших растений: сборник научных трудов. Т. 24. Л.: Наука, 1987. С. 21-26.
Пешкова Г. А. Род Колосняк — Leymus // Флора Сибири. Т. 2: Poaceae. Новосибирск: Наука, 1990. С. 41-52.
Цвелев Н. Н. Злаки // Растения Центральной Азии. Вып. 4. Л.: Наука, 1968. 246 с.
Цвелев Н. Н. Злаки СССР. Л.: Наука, 1976. 788 с
Цвелев Н. Н., Пробатова Н. С. Роды Elymus L., Elytrigia Desv., Agropyron Gaerth., Psathyros-tachys Nevski Leymus Hochst. (Poaceae: Triticeae) во флоре России / Комаровские чтения. Вып. 57. Дальнаука, 2010. С. 5-102.
Gmelin I. G. Flora sibirica. T. 1. Petropoli, 1747. 247 p.
Ledebour C. F. Flora Altaica. Т. 1. Berolini, 1829. 440 p.
Yen C., J.-L. Yang, B. R. Baum Synopsis of Leymus Hochst. (Triticeae: Poaceae) // Journal of Sys-tematics and Evolution. 2009. Vol. 47(1). P. 67-86.
TAXONOMIC RELATIONSHIPS OF TWO SPECIES OF THE GENUS LEYMUS HOCHST. ON THE BASIS OF ISSR (INTER SIMPLE SEQUENCE REPEATS) ANALYSIS
N. K. Badmaeva, N. S. Mezina, A. V. Agafonov
© Badmaeva Natalia Karlovna
Cand. Sci.(Biol.), Institute of General and Experimental Biology of SB RAS 6, Sakhyanovoy Str., Ulan-Ude, Russia, 670047 E-mail: [email protected]
© Mezina Natalia Sergeevna
Post-graduate student of Institute of Biology, Tomsk State University 36, Lenin Avenue, Tomsk, Russia, 634050 E-mail: [email protected]
© Agafonov Alexader Victorovich
Dr.Sci. (Biol.), Central Siberian Botanical Garden of SB RAS 101, Zolotodolinskaya Str., Novosibirsk, Russia, 630090 E-mail: [email protected]
Phylogenetic relationships between two species of the genus Leymus: L. secalinus (Geor-gi) Tzvel and L. littoralis (Griseb.) Peschkova were studied by molecular genetic analysis using ISSR primers. The results of the studies revealed the isolation of the L. secalinus species, and that the distribution of the species is limited to the northern coast of Lake Baikal. Also confirmed the view of G. A. Peshkova, that the species of L. secalinus is endemic to the shores of Lake Baikal. The range of L. littoralis is more extensive and not limited to the territory of Eastern Siberia of Russia, and covers the territory of Inner Mongolia of China, Mongolia.
Keywords: species, L. secalinus, L. littoralis, ISSR, ISSR-primers, polymorphism, dendrogram, areal.
References
Bobrov E. G. Zabytye vidy I. I. Georgi iz «Bajkal'skoj flory» [Forgotten species Georgi from the «Baikal Flora»] // Bot. Mat. Gerb. Bot. In-ta AN SSSR. 1960. T. XX. pp.1-22.
Peshkova G. A. About of the Leymus secalinus s.l. (Georgi) Tzvel. (Poaceae) // Novosti sist. vyssh. rast.: sb. nauch. tr. T. 24. L.: Nauka, 1987. pp. 21-26.
Peshkova G. A. Genus Kolosnjak - Leymus // Flora Sibiri [Flora Sibirica]. T. 2: Poaceae. Novosibirsk: Nauka, 1990. pp. 41-53.
Tzvelev N. N. Zlaki // Rastenija Central'noj Azii [Plants of Central Asia] Vyp. 4. L.: Nauka, 1968. 246 p.
Tzvelev N. N. Zlaki SSSR [Poacea of the USSR]. L.: Nauka, 1976. 788 p.
Tzvelev N. N., Probatova N. S. Genus of Elymus L., Elytrigia Desv., Agropyron Gaerth., Psathyros-tachys Nevski, Leymus Hochst. (Poaceae: Triticeae) vo flore Rossii [Genus of Elymus L., Elytrigia Desv., Agropyron Gaerth., Psathyrostachys Nevski, Leymus Hochst. (Poaceae: Triticeae) in the Flora of Russia] / Komarovskie chtenija. Vyp. 57. Dal'nauka, 2010. pp. 5-102. Gmelin I. G. Flora sibirica. T. 1. Petropoli, 1747. 247 p. Ledebour C. F. Flora Altaica. T. 1. Berolini, 1829. 440 p.
Yen C., J.-L. Yang, B. R. Baum Synopsis of Leymus Hochst. (Triticeae: Poaceae) // Journal of Sys-tematics and Evolution. 2009. Vol. 47(1). pp. 67-86.
