Изменчивость и межпопуляционная дифференциация редкого вида Gueldenstaedtia monophylla Fisch. (Fabaceae)

В работе изучена генетическая изменчивость редкого вида гюльденштедтии однолистной (Gueldenstaedtia monophylla) из семи природных популяций в центральной части ее ареала (Онгудайский район Республики Алтай). Для характеристики генетического разнообразия этого реликтового вида как на видовом, так и на популяционном уровне был использован SDS-электрофорез запасных белков семян. Полипептидные спектры семян содержали от 17 до 32 белковых компонентов, из которых 28 были полиморфными. В популяциях G. monophylla выявлен достаточно высокий уровень генетического полиморфизма, величина индекса генетического сходства внутри изученных популяций варьировала от 0.673 до 0.813. Наибольшая изменчивость запасных белков семян установлена в популяциях Инегень (0.673) и Малая Иня (0.734). Самый низкий уровень изменчивости полипептидных спектров выявлен в популяции Большой Яломан (0.813). Генетическая дистанция Nei между изученными популяциями составила 0.018–0.215, наибольшая дистанция по белковым спектрам (0.215) найдена между популяциями Инегень и Малая Иня. Популяция Инегень – наиболее удаленная от других изученных нами популяций, дистанция Nei между этой популяцией и всеми остальными варьирует от 0.113 до 0.215. С помощью анализа молекулярной дисперсии AMOVA установлено, что доля внутрипопуляционной изменчивости составляет 53 %, а межпопуляционной – 47 %. Возможно, достаточно высокое генетическое разнообразие в популяциях G. monophylla обеспечивается и поддерживается за счет таких биологических особенностей вида, как перекрестное опыление, большая продолжительность жизни и длительный репродуктивный период. Результаты исследования показывают, что некоторые редкие виды способны поддерживать значительное генетическое разнообразие даже при небольшом размере популяций. Судя по достаточно высокому уровню генетической изменчивости гюльденштедтии однолистной, можно предположить, что в настоящее время генетический дрейф и инбридинг не представляют угрозы для ее выживания. При разработке охранных мероприятий для данного вида основное внимание следует уделить сокращению антропогенной нагрузки в местах произрастания популяций и предотвращению разрушения местообитаний G. monophylla.

генетическое разнообразие, редкий вид, Gueldenstaedtia monophylla, SDS-электрофорез, полиморфизм запасных белков семян

1. Agafonov A.V., Agafonova O.V. SDS-electrophoresis of endosperm proteins from Elymus species differing in genomic structure. Sibirskii Biologicheskii Zhurnal = Siberian J. Biol. 1992;3:7-12. (in Russian)

2. Chen L., Chen F., He S., Ma L. High genetic diversity and small genetic variation among populations of Magnolia wufengensis (Magnoliaceae), revealed by ISSR and SRAP markers. Electronic J. Biotechnol. 2014;17:268-274. DOI 10.1016/j.ejbt.2014.08.003.

3. Ci X.Q., Chen J.Q., Li Q.M., Li J. AFLP and ISSR analysis reveals high genetic variation and inter-population differentiation in fragmented populations of the endangered Litsea szemaois (Lauraceae) from Southwest China. Plant Syst. Evol. 2008;273:237-246.

4. Dorogina O.V., Zhmud E.V., Zvyagina N.S. Electrophoretic spectrum variability and specificity of seed storage proteins from Astragalus species (Fabaceae). Turczaninowia. 2012;15(4):52-57. (in Russian)

5. Frankham R. Genetics and conservation biology. Comptes Rendus Biologies. 2003;326:22-29.

6. Frankham R. Stress and adaptation in conservation genetics. J. Evol. Biol. 2005;18:750-755.

7. Frankham R., Ballou J.D., Brosco D.A. Introduction to Conservation Genetics. Cambridge: Cambr. Univ. Press, 2002.

8. Gitzendanner M.A., Soltis P.S. Patterns of genetic variation in rare and widespread plant congeners. Am. J. Bot. 2000;87(6):783-792.

9. Gordon S.P., Sloop C.M., Davis H.G., Cushman J.H. Population genetic diversity and structure of two rare vernal pool grasses in central California. Conserv. Genet. 2012;13:117-130.

10. Hamrick J.L., Godt M.J.W. Allozyme diversity in plant species. Plant Population Genetics, Breeding and Germplasm Resources. Eds. A.H.D. Brown, M.T. Clegg, A.L. Kahler, B.S. Weir. Sunderland: Sinauer Press, 1990.

11. Hamrick J.L., Godt M.J.W. Effects of life history traits on genetic diversity in plant species. Philos. Trans. Roy. Soc. Lond. B. 1996;351: 1291-1298. http://dx.doi.org/10.1098/rstb.1996.0112.

12. Kaljund K., Jaaska V. No loss of genetic diversity in small and isolated populations of Medicago sativa subsp. falcate. Biochem. System. Ecol. 2010;38:510-520.

13. Karron J.D., Linhart Y.B., Chaulk C.A., Robertson C.A. Genetic structure of populations of geographically restricted and widespread species of Astragalus (Fabaceae). Am. J. Bot. 1988;75(8):1114-1119.

14. Krasnaya kniga Respubliki Altay [The Red Book of the Altai Republic]. Novosibirsk, 1996. (in Russian)

15. Krasnaya kniga Respubliki Tyva [The Red Book of the Republic of Tyva]. Rasteniya [Plants]. Novosibirsk, 2002. (in Russian)

16. Krasnaya kniga Rossiyskoy Federatsii. [The Red Book of the Russian Federation]. Rasteniya i griby [Plants and Fungi]. Mosсоw, 2008. (in Russian)

17. Lande R. Risks of population extinction from demographic and environmental stochasticity and random catastrophes. Amer. Naturalist. 1993;142:911-927.

18. Leammli U.K. Cleavage of structural proteins during assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970;227(5259):680-685.

19. Li Y.Y., Guan S.M., Yang S.Z., Luo Y., Chen X.Y. Genetic decline and inbreeding depression in an extremely rare tree. Conserv. Genet. 2012;13:343-347.

20. Lopes M.S., Mendonc D., Bettencourt S.X., Borba A.R., Melo C., Baptista C., da Camara Machado A. Genetic diversity of an Azorean endemic and endangered plant species inferred from inter-simple sequence repeat markers. AoB Plants. 2014;6:1-15. DOI 10.1093/aobpla/plu034.

21. Lumaret R., Mir C., Michaud H., Raynal V. Phylogeograpical variation of chloroplast DNA in holm oak (Quercus ilex L.). Mol. Ecol. 2002;11:2327-2336.

22. Masayuki M. Population genetics of threatened wild plants in Japan. J. Pl. Res. 2003;116:169-174.

23. Mongolian Red Book. Ed. Ts. Shirevdamba. Ulaanbaatar: Admon Print Press, 2013.

24. Namzalov B.B. Gyul’denshtedtiya odnolistnaya – Gueldenstaedtia monophylla Fisch. [Gueldenstaedtia monophylla Fisch]. Biologicheskie osobennosti rasteniy Sibiri, nuzhdayushchikhsya v okhrane [Biological features of Siberian plants in need of protection]. Novosibirsk, 1986. (in Russian)

25. Nei M. Genetic distance between populations. Amer. Naturalist. 1972; 106(949):283-292. http://dx.doi.org/10.1086/282771.

26. Nei M., Li W.H. Mathematical models for studying genetic variation in terms of endonucleases. Proc. Natl. Acad. Sci. 1979;76:5269-5273.

27. Nybom H. Comparison of different nuclear DNA markers for estimating intraspecific genetic diversity in plants. Mol. Ecol. 2004;13:1143-1155. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-294X.2004.02141.x.

28. Peakall R., Smouse P.E. GenALEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update. Bioinformatics. 2012;28:2537-2539.

29. Petit R.J., Aguinagalde I., de Beaulieu J.L., Bittkau C., Brewer S., Cheddadi R., Ennos R., Fineschi S., Grivet D., Lascoux M., Mohanty A., Muller-Starck G.M., Demesure-Musch B., Palme A., Martin J.P., Rendell S., Vendramin G.G. Glacial refugia: hotspots but not melting pots of genetic diversity. Science. 2003;300:1563-1565.

30. Primak R.B. Osnovy sokhraneniya bioraznoobraziya [Basics of Biodiversity Protection]. Moscow, 2002. (in Russian)

31. Pyak A.I. Petrofity Russkogo Altaya [Petrophytes in Russian Altai]. Tomsk, 2003. (in Russian)

32. Redkie i ischezayushchie rasteniya Sibiri [Rare and Endangered Plants of Siberia]. Novosibirsk, 1980. (in Russian)

33. Rogenski C., Smith M., Esselman E. ISSR marker diversity of the threatened Astragalus crassicarpus var. trichocalyx in Illinois populations. Trans. Illinois St. Acad. Sci. 2009;102(3/4):149.

34. Rossetto M., Weaver P.K., Dixon K.W. Use of RAPD analysis in devising conservation strategies for the rare and endangered Grevillea scapigera (Proteaceae). Mol. Ecol. 1995;4:357-364.

35. Schonswetter P., Stehlik I., Holderegger R., Tribsch A. Molecular evidence for glacial refugia of mountain plants in the Europe Alps. Mol. Ecol. 2005;14:3547-3555.

36. Selyutina I.Yu., Cherkasova E.S., Karnaukhova N.A. The structure of coenopopulations of a rare species Gueldenstaedtia monophylla (Fabaceae) in the Central Altai. Botanical Journal. 2008;9(93):1414-1423. (in Russian)

37. Vicente M.J., Segura F., Aguado M., Migliaro D., Franco J.J., MartinezSanchez J.J. Genetic diversity of Astragalus nitidiflorus, a critically endangered endemic of SE Spain, and implications for its conservation. Biochem. Syst. Ecol. 2011;39:175-182.

38. Willi Y., Van Buskirk J., Hoffmann A.A. Limits to the adaptive potential of small populations. Ann. Rev. Ecol. Evol. System. 2006;37:433-458.

39. Wu F.Q., Shen S.K., Zhang X.J., Wang Y.H., Sun W.B. Genetic diversity and population structure of an extremely endangered species: the world’s largest Rhododendron. AoB Plants. 2014. DOI 10.1093/aobpla/plu082.

40. Yeh F.C., Yang R., Boyle T. POPGENE: Microsoft Windows-based freeware for population genetic analysis. Release 1.31. 1999. available at http://www. ualberta.ca/~fyeh/index.htm.

41. Zhao X.F., Ma Y.P., Sun W.B., Wen X., Milne R. High genetic diversity and low differentiation of Michelia coriacea (Magnoliaceae), a critically endangered endemic in southeast Yunnan, China. Int. J. Mol. Sci. 2012;13:4396-4411.

42. Zhu H. A tropical seasonal rain forest at its altitudinal and latitudinal limits in southern Yunnan, SW China. Gard. Bull. Singap. 2004;56: 55-72.

43. Zhuravlev Y.N., Koren’ O.G., Muzarok T.I., Reunova G.D., Kozyrenko M.M., ArtyukovaE.V., Ilyushko M.V. Molecular markers for the preservation of rare plant species of the Far East. Fiziologiya rasteniy = Vegetable Рhysiol. 1999;46(6):953-964. (in Russian)

44. Zvyagina N.S., Dorogina O.V. Genetic differentiation of the Altai–Sayan endemic Hedysarum theinum Krasnob. (Fabaceae) evaluated by inter-simple sequence repeat analysis genetics. Russ. J. Genetics (Moscow). 2013;49(10):1030-1035.