vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RASvavilov-310Research ArticleСтатьиArticlesИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАРКЕРОВ ОРГАНЕЛЬНОЙ ДНК ДЛЯ АНАЛИЗА ФИЛОГЕОГРАФИИ ВОСТОЧНОЕВРОПЕЙСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ PICEA ABIES (L.) H. KARST.ANALYSIS OF POLYMORPHISM OF ORGANELLE DNA TO ELUCIDATE THE PHYLOGEOGRAPHY OF NORWAY SPRUCE IN THE EAST EUROPEAN PLAINПотокинаЕ. К.PotokinaE. K.e.potokina@vir.nw.ruКиселеваА. А.KiselevaA. A.e.potokina@vir.nw.ruНиколаеваМ. А.NikolaevaM. A.ИвановС. А.IvanovS. A.УльяничП. С.UlianichP. S.ПотокинА. Ф.PotokinA. F.Всероссийский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, Россия Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург, РоссияРоссияVavilov Institute of Plant Industry, St. Petersburg, Russia Saint Petersburg State Forest Technical University, St. Petersburg, RussiaRussian FederationВсероссийский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова, Санкт-Петербург, Россия Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, РоссияРоссияVavilov Institute of Plant Industry, St. Petersburg, Russia Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург, РоссияРоссияSaint Petersburg State Forest Technical University, St. Petersburg, RussiaRussian FederationСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург, Россия Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, РоссияРоссияSaint Petersburg State Forest Technical University, St. Petersburg, Russia Saint Petersburg State University, St. Petersburg, RussiaRussian Federation201421012015184/1818830Copyright © Потокина Е.К., Киселева А.А., Николаева М.А., Иванов С.А., Ульянич П.С., Потокин А.Ф., 20152015Потокина Е.К., Киселева А.А., Николаева М.А., Иванов С.А., Ульянич П.С., Потокин А.Ф.Potokina E.K., Kiseleva A.A., Nikolaeva M.A., Ivanov S.A., Ulianich P.S., Potokin A.F.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/310

История формирования ареала ели европейской на территории Восточно-Европейской равнины обсуждается по результатам анализа аллельного разнообразия митохондриального гена Nad1, имеющего материнскую природу наследования, и межгенного спейсера trnT-trnF хлоропластной ДНК, наследуемой у елей по отцовской линии. Полиморфизм генов органельной ДНК проанализирован на выборке из 221 ели из 28 регионов РФ, представленной в географических культурах. У елей всех регионов европейской части РФ выявлены аллели Nad1, типичные для «северной семьи» Picea abies, распространенные также в Скандинавии и Западной Европе. Аллель Nad1, характерный для «южной семьи» P. abies, обнаружен в популяциях ели из Закарпатья. Аллель Nad1, видоспецифичный для P. obovata,выявлен только у елей из Свердловской области и Красноярского края. У проанализированных деревьев обнаружены гаплотипы хлДНК, как характерные для P. obovata, так и специфичные для P. abies. Анализ полиморфизма органельной ДНК позволяет выявить гибридную природу елей, развившихся в результате переопыления между особями разных видов.

The history of Norway spruce distribution in the East European plain is discussed with regard to the results of allele diversity survey of the mitochondrial Nad1 gene, which is maternally inherited, and the chloroplast trnT-trnF region, which is paternally inherited in spruce. The polymorphism of organelle DNAs was examined in 221 genotypes from 28 regions of the former USSR in geographical provenances. Alleles common for the northern Picea abies lineage were detected in accessions originated from the most regions investigated. The Nad1 allele typical for the southern lineage of P. abies was discovered just in spruces originated from Carpathians. The Nad1 allele typical for P. obovata was found in spruces from the Sverdlovsk (Urals) and Krasnoyarsk (Siberia) oblasts. Among the trees analyzed, some had chloroplast DNA sequences (trnT-trnF) assigned to P. abies, others carried cpDNA haplotypes fixed for P. obovata. Analysis of organelle DNA allows revealing the hybrid nature of spruces resulting from cross-pollination of different species.

Филогеографияорганельная ДНКмолекулярные маркерыNad1trnT-trnFPiceaгеографические культурыphylogeographyorganelle DNAmolecular markersNad1trnT-trnFPiceageographical provenancesРФФИ, МинобрнаукиReferencesЕгоров А.А., Бурцев Д.С., Орлова Л.В. и др. Продуктивность видов и внутривидовых таксонов Picea abies, P. fennica, P. obovata в географических культурах на Северо-Западе России // Уч. записки Петрозаводского гос. ун-та. 2011. Т. 121. № 8. С. 59–64.Егоров А.А., Бурцев Д.С., Орлова Л.В. и др. Продуктивность видов и внутривидовых таксонов Picea abies, P. fennica, P. obovata в географических культурах на Северо-Западе России // Уч. записки Петрозаводского гос. ун-та. 2011. Т. 121. № 8. С. 59–64.Ильинов А.А., Раевский Б.В., Рудковская О.А. и др. Сравнительная оценка фенотипического и генетического разнообразия северотаежных малонарушенных популяций ели финской (Picea × fennica) // Тр. Карельского науч. центра РАН. 2011. Т. 1. С. 37–47.Ильинов А.А., Раевский Б.В., Рудковская О.А. и др. Сравнительная оценка фенотипического и генетического разнообразия северотаежных малонарушенных популяций ели финской (Picea × fennica) // Тр. Карельского науч. центра РАН. 2011. Т. 1. С. 37–47.Минченко А.Г., Дударева Н.А. Митохондриальный геном. Новосибирск: Наука, 1990. 194 с.Минченко А.Г., Дударева Н.А. Митохондриальный геном. Новосибирск: Наука, 1990. 194 с.Политов Д.В. Генетика популяций и эволюционные взаимоотношения видов сосновых (сем. Pinaceae) Северной Евразии: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 2007. 47 с.Политов Д.В. Генетика популяций и эволюционные взаимоотношения видов сосновых (сем. Pinaceae) Северной Евразии: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 2007. 47 с.Попов П.П. Формовая структура и географическая дифференциация популяций ели на северо-западе России // Экология. 2010. № 5. С. 336–343.Попов П.П. Формовая структура и географическая дифференциация популяций ели на северо-западе России // Экология. 2010. № 5. С. 336–343.Толлефсруд М.М., Спиренсен Х. Отцовская интрогрессия от ели сибирской (Picea obovata) к ели обыкновенной (P. abies): отслеживание потока пыльцы и семян с помощью хлоропластной и митохондриальной ДНК // Сохранение лесных генетических ресурсов Сибири: Матер. 3-го междунар. совещ. Красноярск, 2011. С. 166–167.Толлефсруд М.М., Спиренсен Х. Отцовская интрогрессия от ели сибирской (Picea obovata) к ели обыкновенной (P. abies): отслеживание потока пыльцы и семян с помощью хлоропластной и митохондриальной ДНК // Сохранение лесных генетических ресурсов Сибири: Матер. 3-го междунар. совещ. Красноярск, 2011. С. 166–167.Щербакова М.А. Генэкология ели обыкновенной Picea abies (L.) Karst. в разных лесорастительных районах: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Красноярск, 1973. 47 с.Щербакова М.А. Генэкология ели обыкновенной Picea abies (L.) Karst. в разных лесорастительных районах: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Красноярск, 1973. 47 с.Bobola M., Guenette D., Eckert R. et al. Using nuclear and organelle DNA markers to discriminate among Picea rubens, Picea mariana, and their hybrids // Can. J. Forest Res. 1996. V. 26. No. 3. P. 433–443.Bobola M., Guenette D., Eckert R. et al. Using nuclear and organelle DNA markers to discriminate among Picea rubens, Picea mariana, and their hybrids // Can. J. Forest Res. 1996. V. 26. No. 3. P. 433–443.Bousquet J., Simon L., Lalonde M. DNA amplifi cation from vegetative and sexual tissues of trees using polymerase chain reaction // Can. J. Forest Res. 1990. V. 20. P. 254–257.Bousquet J., Simon L., Lalonde M. DNA amplifi cation from vegetative and sexual tissues of trees using polymerase chain reaction // Can. J. Forest Res. 1990. V. 20. P. 254–257.Dering M., Lewandowski A. Finding the meeting zone: Where have the northern and southern ranges of Norway spruce overlapped? // Forest Ecol. Manag. 2009. V. 259. P. 229–235.Dering M., Lewandowski A. Finding the meeting zone: Where have the northern and southern ranges of Norway spruce overlapped? // Forest Ecol. Manag. 2009. V. 259. P. 229–235.Giesecke T., Bennett K.D. The Holocene spread of Picea abies (L.) Karst. in Fennoscandia and adjacent areas // J. Biogeogr. 2004. V. 31. P. 1523–1548.Giesecke T., Bennett K.D. The Holocene spread of Picea abies (L.) Karst. in Fennoscandia and adjacent areas // J. Biogeogr. 2004. V. 31. P. 1523–1548.Grivet D., Jeandroz S., Favre J. Nad1 b/c intron polymorphism reveals maternal inheritance of the mitochondrial genome in Picea abies // Theor. Appl. Genet. 1999. V. 99. No. 1/2. P. 346–349.Grivet D., Jeandroz S., Favre J. Nad1 b/c intron polymorphism reveals maternal inheritance of the mitochondrial genome in Picea abies // Theor. Appl. Genet. 1999. V. 99. No. 1/2. P. 346–349.Gugerli F., Sperisen C., Büchler U. et al. Haplotype variation in a mitochondrial tandem repeat of Norway spruce (Picea abies) populations suggests a serious founder effect during postglacial re-colonization of the western Alps // Mol. Ecol. 2001. V. 10. P. 1255–1263.Gugerli F., Sperisen C., Büchler U. et al. Haplotype variation in a mitochondrial tandem repeat of Norway spruce (Picea abies) populations suggests a serious founder effect during postglacial re-colonization of the western Alps // Mol. Ecol. 2001. V. 10. P. 1255–1263.Huntley B., Birks H. An atlas of past and present pollen maps for Europe: 0–13,000 BP. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 1983.Huntley B., Birks H. An atlas of past and present pollen maps for Europe: 0–13,000 BP. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 1983.Lockwood J.D., Aleksić J.M., Zou J. et al. A new phylogeny for the genus Picea from plastid, mitochondrial, and nuclear sequences // Mol. Phylogenet. Evol. 2013. V. 69. No. 3. P. 717–727.Lockwood J.D., Aleksić J.M., Zou J. et al. A new phylogeny for the genus Picea from plastid, mitochondrial, and nuclear sequences // Mol. Phylogenet. Evol. 2013. V. 69. No. 3. P. 717–727.Neale D., Sederoff R. Paternal inheritance of chloroplast DNA and maternal inheritance of mitochondrial DNA in loblolly pine // Theor. Appl. Genet. 1989. V. 77. No. 2. P. 212–216.Neale D., Sederoff R. Paternal inheritance of chloroplast DNA and maternal inheritance of mitochondrial DNA in loblolly pine // Theor. Appl. Genet. 1989. V. 77. No. 2. P. 212–216.Neale D., Marshall K., Harry D. Inheritance of chloroplast and mitochondrial DNA in incense-cedar (Calocedrus decurrens) // Can. J. Forest Res. 1991. V. 21. No. 5. P. 717–720.Neale D., Marshall K., Harry D. Inheritance of chloroplast and mitochondrial DNA in incense-cedar (Calocedrus decurrens) // Can. J. Forest Res. 1991. V. 21. No. 5. P. 717–720.Newton A.C., Allnutt T.R., Gillies A.C.M. et al. Molecular phylogeography, intraspecific variation and the conservation of tree species // Trends Ecol. Evol. 1999. V. 14. P. 140–145.Newton A.C., Allnutt T.R., Gillies A.C.M. et al. Molecular phylogeography, intraspecific variation and the conservation of tree species // Trends Ecol. Evol. 1999. V. 14. P. 140–145.Ran J., Wei X., Wang X. Molecular phylogeny and biogeography of Picea (Pinaceae): Implications for phylogeographical studies using cytoplasmic haplotypes // Mol. Phylogenet. Evol. 2006. V. 41. P. 405–419.Ran J., Wei X., Wang X. Molecular phylogeny and biogeography of Picea (Pinaceae): Implications for phylogeographical studies using cytoplasmic haplotypes // Mol. Phylogenet. Evol. 2006. V. 41. P. 405–419.Schmidt-Vogt H. Die Fichte, Band I // Taxonomie. Verbreitung. Morphologie. Ökologie. Waldgesellschaft. Hamburg und Berlin. Verlag Paul Parey, 1977. Т. 647.Schmidt-Vogt H. Die Fichte, Band I // Taxonomie. Verbreitung. Morphologie. Ökologie. Waldgesellschaft. Hamburg und Berlin. Verlag Paul Parey, 1977. Т. 647.Sears B. Elimination of plastids during spermatogenesis and fertilization in the plant kingdom // Plasmid. 1980. V. 4. No. 3. P. 233–255.Sears B. Elimination of plastids during spermatogenesis and fertilization in the plant kingdom // Plasmid. 1980. V. 4. No. 3. P. 233–255.Sperisen C., Buchler U., Gugerli F. et al. Tandem repeats in plant mitochondrial genomes: application to the analysis of population differentiation in the conifer Norway spruce // Mol. Ecol. 2001. V. 10. P. 257–263.Sperisen C., Buchler U., Gugerli F. et al. Tandem repeats in plant mitochondrial genomes: application to the analysis of population differentiation in the conifer Norway spruce // Mol. Ecol. 2001. V. 10. P. 257–263.Stine M., Sears B., Keathley D. Inheritance of plastids in interspecific hybrids of blue spruce and white spruce // Theor. Appl. Genet. 1989. V. 78. No. 6. P. 768–774.Stine M., Sears B., Keathley D. Inheritance of plastids in interspecific hybrids of blue spruce and white spruce // Theor. Appl. Genet. 1989. V. 78. No. 6. P. 768–774.Sutton B., Flanagan D., Gawley J. et al. Inheritance of chloroplast and mitochondrial DNA in Picea and composition of hybrids from introgression zones // Theor. Appl. Genet. 1991. V. 82. No. 2. P. 242–248.Sutton B., Flanagan D., Gawley J. et al. Inheritance of chloroplast and mitochondrial DNA in Picea and composition of hybrids from introgression zones // Theor. Appl. Genet. 1991. V. 82. No. 2. P. 242–248.Taberlet P., Gielly L., Pautou G., Bouvet J. Universal primers for amplifi cation of three non-coding regions of chloroplast DNA // Plant Mol. Biol. 1991. 17. Р. 1105–1109.Taberlet P., Gielly L., Pautou G., Bouvet J. Universal primers for amplifi cation of three non-coding regions of chloroplast DNA // Plant Mol. Biol. 1991. 17. Р. 1105–1109.Tollefsrud M.M., Brochmann C., Sperisen C. Paternal introgression from Siberian spruce (Picea obovata) to Norway spruce (P. abies): tracing pollen and seed flow with chloroplast and mitochondrial DNA // Phylogeography, diversity and hybridization in Norway spruce / M.M. Tollefsrud. PhD thesis. University of Oslo, Norway. 2008b.Tollefsrud M.M., Brochmann C., Sperisen C. Paternal introgression from Siberian spruce (Picea obovata) to Norway spruce (P. abies): tracing pollen and seed flow with chloroplast and mitochondrial DNA // Phylogeography, diversity and hybridization in Norway spruce / M.M. Tollefsrud. PhD thesis. University of Oslo, Norway. 2008b.Tollefsrud M., Kissling R., Gugerli F. et al. Genetic consequences of glacial survival and postglacial colonization in Norway spruce: combined analysis of mitochondrial DNA and fossil pollen // Mol. Ecol. 2008а. V. 17. No. 18. P. 4134–4150.Tollefsrud M., Kissling R., Gugerli F. et al. Genetic consequences of glacial survival and postglacial colonization in Norway spruce: combined analysis of mitochondrial DNA and fossil pollen // Mol. Ecol. 2008а. V. 17. No. 18. P. 4134–4150.Volkova P., Shipunov A., Borisova P. et al. In search of hybridity: the case of Karelian spruces // Silva Fennica. 2014. V. 48. Nо. 2. Art. id 1072. 14 p. http://dx.doi.org/10.14214/sf.1072Volkova P., Shipunov A., Borisova P. et al. In search of hybridity: the case of Karelian spruces // Silva Fennica. 2014. V. 48. Nо. 2. Art. id 1072. 14 p. http://dx.doi.org/10.14214/sf.1072

The authors declare that there are no conflicts of interest present.