ДУБЫ ЗАПАДНОГО КАВКАЗА: ВИДОВАЯ СТРУКТУРА И ГИБРИДИЗАЦИЯ, ИССЛЕДОВАННЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИМИ МАРКЕРАМИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С помощью 18 ядерных микросателлитных локусов исследованы географическое распространение и характер гибридизации произрастающих на Западном Кавказе шести видов руборудных дубов, а также экологическая приуроченность видов и их гибридов. Подтверждено широкое распространение в исследованном регионе дуба известнякового Quercus calcarea – вида, отличающегося генетически и экологически от дуба скального Q. petraea и дуба пушистого Q. pubescens. Пять видов были встречены в генетически чистом виде (Q. robur, Q. hartwissiana, Q. petraea, Q. calcarea и Q. pubescens). На основе метода байесовской кластеризации их особи группируются в соответствии с видовой принадлежностью в отдельные кластеры. Эти виды произрастают симпатрически на Западном Кавказе, занимая разные экологические ниши. Морфологические признаки, отличающие негибридные чистые особи, устойчивы и согласуются с генетическими данными. Гибридизация наблюдается у всех видов, но количество гибридов между видами существенно различается. Больше всего гибридов образуется между сидячецветными дубами Q. pubescens, Q. calcarea и Q. petraea, для которых по степени гибридизации на Западном Кавказе отчетливо выделяются две зоны: область распространения Q. pubescens, где гибридов во всех выборках насчитывалось более половины состава (в среднем 64.3%), и область вне ареала Q. pubescens, где доля гибридных образцов была значительно ниже (10.6%). Во всех выборках с участием дуба пушистого на крайнем западе Кавказа наблюдается высокий уровень интрогрессии между Q. pubescens и Q. calcarea с преобладанием гибридных образцов над чистыми особями, с континуумом переходных морфологических форм. Характерна значительная гетерогенность в составе видов и гибридов в зависимости от местоположения точек сбора и условий местообитания. Доля кластера Q. pubescens, выявленная с помощью байесовской кластеризации STRUCTURE, максимальна в наиболее засушливых местообитаниях у берега моря и уменьшается при удалении от него и в более влажных экотопах, отражая разные экологические свойства Q. pubescens и Q. calcarea, а также гибридов в зависимости от вклада генов родительских видов. Высокогорный вид Q. macranthera, крайне редкий на Западном Кавказе, ни разу не встретился в изученных популяциях в чистом виде, но обнаружен в составе гибридов.

Об авторах

С. А. Семерикова

Институт экологии растений и животных УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.a.semerikova@ipae.uran.ru
Екатеринбург, Россия

Список литературы

  1. Kremer A., Hipp A. L. Oaks: an evolutionary success story // New Phytol. 2020. V. 226. № 4. P. 987–1011. https://doi.org/10.1111/nph.16274
  2. Lazic D., Hipp A. L., Carlson J. E., Gailing O. Use of genomic resources to assess adaptive divergence and introgression in oaks // Forests. 2021. V. 12 (6). Art. 690. https://doi.org/10.3390/f12060690
  3. Cannon C. H., Petit R. J. The oak syngameon: more than the sum of its parts // New Phytol. 2020. V. 226. P. 978–983. https://doi.org/10.1111/nph.160910
  4. Грудзинская И. А. Широколиственные леса предгорий Северо-Западного Кавказа // Широколиственные леса Северо-Западного Кавказа / Отв. ред. В. Н. Сукачев, С. В. Зонн. М.: Изд-во АН СССР, 1953. С. 5–185.
  5. Меницкий Ю. Л. Дубы Кавказа. Обзор кавказских представителей секции Quercus. Л.: Наука, 1971. 196 с.
  6. Зернов А. С. Иллюстрированная флора юга Российского Причерноморья. М.: Тов-во научн. изд. КМК, 2013. 588 с.
  7. Колесников А. И. Лесоводственно-дендрологическое исследование Черноморского побережья Кавказа. Очерк первый: Район Анапа–Новороссийск // Труды Абхазской научно-исследовательской лесной опытной станции АБЛОС / Ред. А. И. Колесников. М.: Лесная пром-сть, 1966. Вып. 2. С. 19–186.
  8. Семериков Л. Ф. Популяционная структура древесных растений (на примере видов дуба европейской части СССР и Кавказа). М.: Наука, 1986. 140 с.
  9. Полежай П. М. Методические указания по определению видов дуба и образованных ими насаждений в Краснодарском крае / Кавказский фил. Всесоюзного НИИ лесоводства и механизации лесного хозяйства. Сочи, 1979. 20 с.
  10. Остапенко И. Б. Гумидные дубравы // Лісівництво і агролісомеліорація. Харків: УкрНДІЛГА, 2008. Вип. 114. С. 106–110.
  11. Троицкий Н. Д. Предварительные итоги изучения дубов Крымского государственного заповедника и прилегающего района южного берега Крыма (систематика в связи с условиями произрастания) // Журнал РБО. 1931. Т. 16. № 4. С. 313–354.
  12. Троицкий Н. Д. Растительность известняков и неизвестковых пород в Крымском заповеднике // Бот. журн. СССР. 1936. Т. 21. № 5. С. 565–631.
  13. Красная книга Краснодарского края (растения и грибы) / Отв. ред. С. А. Литвинская. Краснодар: ООО Дизайн Бюро № 1, 2007. 640 с.
  14. Конспект флоры Кавказа: в 3 т. / Под ред. Г. Л. Кудряшовой, И. В. Татанова. СПб.; М.: Тов-во научн. изд. КМК, 2012. Т. 3. Ч. 2. 623 с.
  15. Тахтаджян А. Л. Флористические области Земли. Л.: Наука, 1978. 247 с.
  16. Семерикова С. А., Алиев Х. У., Семериков Н. В., Семериков В. Л. Филогеография видов дуба на Кавказе по результатам анализа хлоропластной ДНК // Генетика. 2023. Т. 59. № 7. С. 772–788. https://doi.org/10.31857/S001667582307010X [Semerikova S. A., Aliev K. U., Semerikov N. V., Semerikov V. L. Phylogeography of Oak Species in the Caucasus Based on Results of Chloroplast DNA Analysis // Russ. J. Genet. 2023. V. 59. P. 669–684.]
  17. Семерикова С. А., Подергина С. М., Ташев А. Н., Семериков В. Л. Филогеография видов дуба в Крыму выявляет плейстоценовые рефугиумы и пути миграций // Экология. 2023. Т. 54. № 3. С. 188–203. https://doi.org/10.31857/S0367059723030058 [Semerikova S. A., Podergina S. M., Tashev A. N., Semerikov V. L. Phylogeography of oaks in the Crimea reveals pleistocene refugia and migration routes // Russ. J. Ecol. 2023. V. 54. P. 197–212.] https://doi.org/10.1134/S1067413623030049
  18. Меницкий Ю. Л. Дубы Азии. Л.: Наука, 1984. 315 с.
  19. Красильников Д. И. Изменчивость листа у западно-кавказских дубов // Уч. зап. естеств.-геогр. фак. Краснодарского пед. ин-та. 1957. Т. 19. Вып. 19. С. 93–127.
  20. Новопокровский И. В., Матвеева М. М. Дубы района Новороссийск–Геленджик, их экология, систематика и история // Уч. зап. НИИ биол. Ростов. ун-та. 1938. Вып. 1. С. 5–110.
  21. Красильников Д. И. Об экологии дубов Краснодарского края // Ботан. журн. 1957. Т. 42. № 2. С. 272–274.
  22. Красильников Д. И. Дуб пушистый (Quercus pubescens Willd.) в лесах Западного Кавказа // Ботан. журн. 1963. Т. 48. № 5. С. 661–669.
  23. Красильников Д. И., Полежай П. М., Семериков Л. Ф. Микроэволюция в популяциях кавказских дубов // Бюлл. МОИП. Отд. биол. 1978. Т. 83. № 3. С. 129–135.
  24. Schmidt P. A. Oaks and oak forests in Caucasia // Proceedings Fourth International Oak Conference. 2004. № 15. P. 9–29.
  25. Зернов А. С. Флора Северо-Западного Кавказа. М.: Тов-во научн. изд. КМК, 2006. 664 с.
  26. Литвинская С. А., Муртазалиев Р. А. Флора Северного Кавказа (Атлас-определитель). М.: Фитон XXI, 2013. 688 с.
  27. Ена А. В. Природная флора Крымского полуострова. Симферополь: Н. Оріанда, 2012. 232 с.
  28. Плугатарь Ю. В. Леса Крыма. Ялта: ГБУ РК “НБС-ННЦ”, 2015. 385 с.
  29. Инвентаризация основных таксономических групп и сообществ, созологические исследования Сочинского национального парка — первые итоги первого в России национального парка / Под ред. Б. С. Туниева. М.: Престиж, 2006. 83 с. (Научные труды Сочинского национального парка. Вып. 2.)
  30. Бондаренко С. В. Анализ лесной флоры Северо-Западного Кавказа // Изв. Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13. № 1. С. 42–49.
  31. Семерикова С. А., Алиев Х. У., Семериков В. Л. Дифференциация и таксономическая идентификация робуроидных дубов Крымско-Кавказского региона по ядерным микросателлитным маркерам // Генетика. 2024. Т. 60. № 8. С. 28–47. https://doi.org/10.31857/S0016675824080035 [Semerikova S. A., Aliev Kh. U., Semerikov V. L. Differentiation and taxonomic identification of roburoid oaks in the Caucasian and Crimean regions using nuclear microsatellite markers // Russ. J. Genet. 2024. V. 60 (8). P. 1022–1039.] https://doi.org/10.1134/S1022795424700492
  32. Petit R. J., Bodenes C., Ducousso A. et al. Hybridization as a mechanism of invasion in oaks // New Phytol. 2004. V. 161. № 1. P. 151–164. https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.2003.00944.x
  33. Lepais O., Petit R. J., Guichoux E. et al. Species relative abundance and direction of introgression in oaks // Mol. Ecol. 2009. V. 18. P. 2228–2242. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2009.04137.x
  34. Lepais O., Gerber S. Reproductive patterns shape introgression dynamics and species succession within the European white oak species complex // Evolution. 2011. V. 65. № 1. P. 156–170. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2010.01101.x
  35. Gerber S., Chadoeuf J., Gugerli F. et al. High rates of gene flow by pollen and seed in oak populations across Europe // PLoS ONE. 2014. V. 9. Art. e85130. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0085130
  36. Rellstab C., Buhler A., Graf R. et al. Using joint multivariate analyses of leaf morphology and molecular-genetic markers for taxon identification in three hybridizing European white oak species (Quercus spp.) // Annals of Forest Science. 2016. V. 73. № 3. P. 669–679. https://doi.org/10.1007/s13595-016-0552-7
  37. Leroy T., Roux C., Villate L. et al. Extensive recent secondary contacts between four European white oak species // New Phytol. 2017. V. 214. № 2. P. 865–878. https://doi.org/10.1111/nph.14413
  38. Dupouey J. L., Badeau V. Morphological variability of oaks (Quercus robur L., Quercus petraea (Matt.) Liebl., Quercus pubescens Willd.) in northeastern France: preliminary results // Annales des Sciences Forestières. 1993. V. 50. P. 35–40.
  39. Salvini D., Bruschi P., Fineschi S. et al. Natural hybridisation between Quercus petraea (Matt.) Liebl. and Quercus pubescens Willd. within an Italian stand as revealed by microsatellite fingerprinting // Plant Biology. 2009. V. 11. P. 758–765. https://doi.org/10.1111/j.1438-8677.2008.00158.x
  40. Viscosi V., Lepais O., Gerber S., Fortini P. Leaf morphological analyses in four European oak species (Quercus) and their hybrids: a comparison of traditional and geometric morphometric methods // Plant Biosystems. 2009. V. 143. № 3. P. 564–574. https://doi.org/10.1080/11263500902723129
  41. Curtu A. L., Gailing O., Finkeldey R. Evidence for hybridization and introgression within a species-rich oak (Quercus spp.) community // BMC Evolutionary Biology. 2007. V. 7. Art. 218. https://doi.org/10.1186/1471-2148-7-218
  42. Reutimann O., Gugerli F., Rellstab C. A species-discriminatory single-nucleotide polymorphism set reveals maintenance of species integrity in hybridizing European white oaks (Quercus spp.) despite high levels of admixture // Ann. Bot. 2020. V. 125. P. 663–676. https://doi.org/10.1093/aob/mcaa001
  43. Падутов В. Е. Процессы гибридизации дуба черешчатого и дуба скального по результатам молекулярно-генетического анализа // Труды БГТУ. 2021. Сер. 1. № 2. С. 93–102.
  44. Шутилов В. А. Интрогрессивная гибридизация и изменчивость кавказских видов дуба // Бот. журн. 1968. Т. 53. № 2. С. 243–253.
  45. Valbuena-Carabaña M., González-Martínez S. C., Hardy O. J., Gil L. Fine-scale spatial genetic structure in mixed oak stands with different levels of hybridization // Molecular Ecology. 2007. V. 16. № 6. P. 1207–1219. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2007.03231.x
  46. Gugerli F., Walser J.-C., Dounvai K. et al. Coincidence of small-scale spatial discontinuities in leaf morphology and nuclear microsatellite variation of Quercus petraea and Q. robur in a mixed forest // Ann. Bot. 2007. V. 99. № 4. P. 713–722. https://doi.org/10.1093/aob/mcm006
  47. Fortini P., Viscosi V., Maiuro L. et al. Comparative leaf surface morphology and molecular data of five oaks of subgenus Quercus Oerst. (Fagaceae) // Pl. Biosyst. 2009. V. 143. № 3. P. 543–554. https://doi.org/10.1080/11263500902722980
  48. Curtu A. L., Moldovan I. C., Enescu C. M. et al. Genetic differentiation between Quercus frainetto Ten. and Q. pubescens Willd. in Romania // Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca. 2011. V. 39. № 1. P. 275–282. https://doi.org/10.15835/nbha3915633
  49. Antonecchia G., Fortini P., Lepais O. et al. Genetic structure of a natural oak community in central Italy: evidence of gene flow between three sympatric white oak species (Quercus, Fagaceae) // Ann. For. Res. 2015. V. 58. № 2. P. 205–216. https://doi.org/10.15287/afr.2015.415
  50. Beatty G. E., Montgomery W. I., Spaans F. et al. Pure species in a continuum of genetic and morphological variation: sympatric oaks at the edge of their range // Annals of Botany. 2016. V. 117. P. 541–549. https://doi.org/10.1093/aob/mcw002
  51. Mačejovský V., Schmidtová J., Hrivnák M. et al. Interspecific differentiation and gene exchange among the Slovak Quercus sect. Quercus populations // Dendrobiology. 2020. V. 83. P. 20–29. https://doi.org/10.12657/denbio.083.002
  52. Fortini P., Marzio P. D., Conte A. L. et al. Morphological and molecular results from a geographical transect focusing on Quercus pubescens/Q. virgiliana ecological-altitudinal vicariance in peninsular Italy // Pl. Biosyst. 2022. Т. 156. № 6. P. 1498–1511. https://doi.org/10.1080/11263504.2022.2131923
  53. Höltken A. M., Buschbom J., Kätzel R. Species integrity of Quercus robur L., Q. petraea (Matt.) Liebl. and Q. pubescens Willd. from the genetic point of view // Allgemeine Forst- und Jagdzeitung. 2012. V. 183. P. 100–110.
  54. Curtu A. L., Craciunesc I., Enescu C. M. et al. Fine-scale spatial genetic structure in a multi-oak-species (Quercus spp.) forest // iForest. 2015. V. 8. № 3. P. 324–332. https://doi.org/10.3832/ifor1150-008
  55. Degen B., Yanbaev Y., Mader M. et al. Impact of gene flow and introgression on the range wide genetic structure of Quercus robur (L.) in Europe // Forests. 2021. V. 12. № 10. Art. 1425. https://doi.org/10.3390/f12101425
  56. Curtu A. L., Gailing O., Finkeldey R. Patterns of contemporary hybridization inferred from paternity analysis in a four-oak species forest // BMC Evol. Biol. 2009. V. 9. P. 284.
  57. Semerikova S. A., Tashev A. N., Semerikov V. L. Genetic diversity and history of pedunculate oak Quercus robur L. in the east of the range // Russ. J. Ecology. 2023. V. 54. № 5. P. 423–438. https://doi.org/10.1134/S1067413623050089
  58. Красильников Д. И. Грузинский дуб в таксономических отношениях со скальным (сидячецветным) дубом // Научн. тр. Краснодар. пед. ин-та. 1966. Вып. 64. С. 134–144.
  59. Devey M. E., Bell J. C., Smith D. N. et al. A genetic linkage map for Pinus radiata based on RFLP, RAPD and microsatellite markers // Theor. Appl. Genet. 1996. V. 92. № 6. P. 673–679. https://doi.org/10.1007/BF00226088
  60. Guichoux E., Lagache L., Wagner S. et al. Two highly validated multiplexes (12-plex and 8-plex) for species delimitation and parentage analysis in oaks (Quercus spp.) // Mol. Ecol. Resour. 2011. V. 11. P. 578–585. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2011.02983.x
  61. Pritchard J. K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data // Genetics. 2000. V. 155. P. 945–959.
  62. Evanno G., Regnaut S., Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study // Mol. Ecol. 2005. V. 14. № 8. P. 2611–2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x
  63. Li Y. L., Liu J. X. StructureSelector: A web-based software to select and visualize the optimal number of clusters using multiple methods // Mol. Ecol. Resour. 2018. V. 18. № 1. P. 176–177. https://doi.org/10.1111/1755-0998.12719
  64. Kopelman N. M., Mayzel J., Jakobsson M. et al. CLUMPAK: a program for identifying clustering modes and packaging population structure inferences across K // Mol. Ecol. Resour. 2015. V. 15. P. 1179–1191. https://doi.org/10.1111/1755-0998.12387
  65. Neophytou C. Bayesian clustering analyses for genetic assignment and study of hybridization in oaks: effects of asymmetric phylogenies and asymmetric sampling schemes // Tree Genetics & Genomes. 2014. V. 10. P. 273–285. https://doi.org/10.1007/s11295-013-0680-2
  66. Peakall R., Smouse P. E. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research—an update // Bioinformatics. 2012. V. 28. P. 2537–2539. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts460
  67. Zimmermann F., Reutimann O., Baltensweiler A. et al. Fine-scale variation in soil properties promotes local taxonomic diversity of hybridizing oak species (Quercus spp.) // Evol. Appl. 2025. V. 18. № 2. Art. e70076. https://doi.org/10.1111/eva.70076
  68. Franjic J., Liber Z., Skvorc Z. et al. Morphological and molecular differentiation of the Croatian populations of Quercus pubescens Willd. // Acta Soc. Bot. Pol. 2011. V. 75. № 2. P. 123–130. https://doi.org/10.5586/asbp.2006.015
  69. Chybicki I. J., Oleksa A., Kowalkowska K., Burczyk J. Genetic evidence of reproductive isolation in a remote enclave of Quercus pubescens in the presence of cross-fertile species // Plant Syst. Evol. 2012. V. 298. № 6. P. 1045–1056. https://doi.org/10.1007/s00606-012-0614-8
  70. Pütz J., Jansen S., Reutimann O. et al. The influence of post-glacial migration and hybridization on the gene pool of marginal Quercus pubescens populations in Central Europe // Annals of Botany. 2025. V. 135. № 5. P. 867–884. https://doi.org/10.1093/aob/mcae216
  71. Leroy T., Louvet J. M., Lalanne C. et al. Adaptive introgression as a driver of local adaptation to climate in European white oaks // New Phytol. 2020. V. 226. № 4. P. 1171–1182. https://doi.org/10.1111/nph.16095

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).