Молекулярная систематика и филогения трибы Phalarideae семейства Poaceae флоры России

Райко, Михаил Петрович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Молекулярная систематика и филогения трибы Phalarideae семейства Poaceae флоры России
ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Молекулярная систематика и филогения трибы Phalarideae семейства Poaceae флоры России"

На правах рукописи

о /¿Л?"

(/¿Г

Райко Михаил Петрович

МОЛЕКУЛЯРНАЯ СИСТЕМАТИКА И ФИЛОГЕНИЯ ТРИБЫ РНАЬАЫБЕАЕ СЕМЕЙСТВА РОАСЕАЕ ФЛОРЫ РОССИИ

03.02.01. - «Ботаника»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 9 МАЙ 2011

Санкт-Петербург - 2011

4847100

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук

профессор

Родионов

Александр Викентьевич

доктор биологических наук член-корреспондент РАН Цвелёв

Николай Николаевич

доктор биологических наук,

профессор

Яковлев

Геннадий Павлович

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт растениеводства им. Н.И.Вавилова РАСХН

Защита диссертации состоится 8 июня 2011 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 002.211.01 при Учреждении Российской академии наук Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2. Тел.: (812) 346-47-06, факс: (812)346-36-43.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Автореферат разослан «_»_2011 года.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

/? О. Ю. СИЗОНЕНКО

Си/оии^о. -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования: Положение трибы Phalarideae Kunth на филогенетическом древе злаков и спектр родов, ее составляющих - предмет многолетних дискуссий. Автор трибы C.S. Kunth (1819) и многие его последователи понимали ее очень широко, включая в нее наряду с Phalaris такие рода как Lygeum, Zea, Coix, Alopecurus, Beckmania, Phleum, Holcus, Hierochloe, Anthoxanthum и некоторые другие (Kunth, 1819, 1835; Endlicher, 18361840; Ledebour, 1853 и др.). С начала 1840-х годов устанавливается более узкое понимание трибы, в нее включают Phalaris, Anthoxanthum, Hierochloe, Ataxia и иногда некоторые рода Южного полушария (van der Hoeven, de Vriese, 1841; Wimmer, 1841; Moritzi, 1844; Patze et al., 1850 и др.). Вскоре трибу разделяют на две подтрибы: Anthoxanthinae (Anthoxanteae) Miq. и Phalaridinae (Phalarideae) Griseb. (Miquel, 1855).

Представления о положении трибы в системе злаков также неоднократно менялись. G. Bentham (1881) считал очевидной связь Phalarideae с Oryzeae и, в еще большей степени, с Ehrharteae, рода которой он включал в Phalarideae. H.H. Цвелев (1974) первоначально относил Phalaris, Anthoxanthum и Hierochloe к трибе Phleeae, затем рассматривал их как представителей трибы Phalarideae с подтрибами Anthoxanthinae и Phalaridinae (Цвелев, 19766), затем стал рассматривать Phalaris как представителя трибы Phleeae, л Anthoxanthum и Hierochloe отнес к обширной трибе Роеае (включающей в этом случае Aveneae, Agrostideae, Cinneae и др.) (Цвелев, 1987; Tzvelev, 1989). Некоторые систематики предлагают не выделять трибу Phalarideae, включая ее в Aveneae (Clayton, Renvoize, 1986; Watson, Dalwitz, 1992; Цвелев, 2000), Роеае (Grass Phylogeny Working Group, 2001), Agrosteae (Рожевиц, 1946).

Таксономический статус отдельных представителей Phalarideae требует уточнения. Так после работы Schouten и Veldkamp (1985), показавших, что признаки, обычно используемые для разделения Hierochloe и Anthoxanthum (тип развития двух нижних цветков), у ряда видов Ю.-Восточной Азии имеют промежуточные состояния, распространилось мнение о необходимости объединения Hierochloe и Anthoxanthum в один род, принятое, в частности, Р. Соренгом (Soreng, 2003), составителями «Флоры Китая», «Флоры Северной Америки» и модераторами базы данных нуклеотидных последовательностей Genbank NCBI. Кариологические данные также свидетельствуют скорее в пользу такого объединения, так как обнаружены виды {Anthoxanthum davidsei (R.W.Pohl) G.C.Tucker, 2n=56, Pohl, 1972), морфологически относящиеся к Anthoxanthum, но имеющие основное хромосомное число 7, как Hierochloé.

Актуальность предпринятого исследования связана и с тем обстоятельством, что входящие в состав трибы Phalarideae sensu stricto виды имеют большое ресурсное значение. Они - непременные элементы северных травяных биомов, важный компонент фуражных трав на культивируемых и некультивируемых лугах. Anthoxanthum и Hierochloe - источники кумарина для фармакологической и парфюмерной промышленности (Petersen et al., 1988), объекты народной медицины (Лавренов, 2004), компоненты ряда ароматизированных вин и настоек в пищевой промышленности. Изучение таксономии и филогенетических взаимоотношений дикорастущих и культивируемых видов Phalarideae может иметь значение для разработки правильной стратегии работ по сохранения биоразнообразия флоры России. Цель работы: используя методы молекулярной систематики, исследовать высокоизменчивые последовательности транскрибируемых спейсеров ITS1 и ITS2 в рДНК, сравнительно медленно эволюционирующие гены 5.8S рРНК, гены лейциновой тРНК (frnL) и спейсеры trnh-trnV генома хлоропластов для выяснения филогенетических отношений и статуса видов трибы Phalarideae флоры России и уточнения положения трибы в семействе Роасеае относительно других представителей Aveneae и Роеае. Задачи работы:

1. Амплифицировать и секвенировать последовательности ITSl-5.8SpÄHK-ITS2, гена IrnL и спейсеров trriL-trnV видов трибы Phalarideae флоры России, определить степень родства исследуемых видов.

2. Исследовать частоты замен в последовательности ITS у растений из нескольких удаленных популяций Anthoxanthum alpinum A.Löve et D.Löve и A. odoratum L., сравнить наблюдаемую изменчивость с изменчивостью ITS на межвидовом и межродовом уровне.

3. Картировать нуклеотидные замены, инсерции и делеции относительно элементов вторичной структуры кодируемых ITS, генов 5.8S рРНК, интрона и экзона гена транспортной РНК trnL.

4. Проанализировать полученные данные различными молекулярно-филогенетическими методами, построить филогенетические деревья, определить, монофилетична ли триба Phalarideae, и установить положение входящих в неё родов относительно представителей крупных родственных триб Мятликовых и Овсовых. Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту: В ходе исследования впервые был секвенирован район ITSl-5.8SpPHK-ITS2 ядерных генов 45SpPHK у 39 представителей родов Anthoxanthum, Hierochloe, Phalaris, объединяемых ранее в трибу

Phalarideae Kunth. Также были впервые секвенированы участки хлоропластного генома -экзоны и интрон гена транспортной РНК лейцина trriL и спейсер írnL-trn¥ у 25 видов Phalarideae. Кроме того, впервые секвенированы и охарактеризованы районы ITS-последовательностей 23 видов и подвидов злаков, представителей внешних групп (Catabrosa capusii, Zingeria biebersteiniana subsp. trichopoda, Catabrosella araratica, Hyalopoa pontica, Cinna latifolia, Triticum aestivum var. albirubrinflatum и др.).

Впервые с использованием методов молекулярной филогении показано, что в подтрибе Anthoxanthinae виды Anthoxanthum, ранее относимые к выделенному Р. Брауном роду Ataxia, формируют отдельную кладу, что говорит в пользу восстановления Ataxia в ранге рода. Впервые обнаружены молекулярные маркеры (в том числе крупные вставки и делеции в хлоропластной ДНК), специфические для Anthoxanthum, Hierochloe и Ataxia. На основании обнаруженных синапоморфий в последовательностях хлоропластного генома предложена схема дивергенции родов и видов в подтрибе Anthoxanthinae. Впервые в последовательности 5.8S рРНК обнаружены 2 замены, специфичные для рода Anthoxanthum (включая Ataxia) и отличающие Anthoxanthum от Hierochloe. Впервые с помощью методов молекулярной филогении показано базальное положение первичного диплоида Hierochloe australis Roem. et Schult, в филогенетической ветви Anthoxanthum и Hierochloe. Практическая значимость работы: Результаты изучения таксономии и филогенетических взаимоотношений дикорастущих и культивируемых видов Phalarideae могут иметь значение для уточнения стратегии сохранения биоразнообразия флоры России. Выявленные видоспецифичные последовательности ITS Phalarideae могут быть использованы в качестве ДНК-шгрихкодов для определения видовой принадлежности неидентифицируемого морфологически материала растительного происхождения. Результаты работы могут быть использованы при чтении курсов лекций на кафедрах ботаники, цитологии и гистологии, генетики и селекции Санкт-Петербургского государственного университета. Объём и структура диссертации: Диссертация представлена на 108 страницах, содержит 8 таблиц и 31 рисунок.

Апробация работы: Материалы диссертации были представлены на 5-м Международном совещании по кариологии, кариосистематике и молекулярной филогении растений (Санкт-

Петербург, 2005), на Конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея (Москва, 2007), 12-м Съезде Русского Ботанического общества (Петрозаводск, 2008), Конференции «Молодежь и наука на Севере» (Сыктывкар, 2008), 6-м Международном совещании по кариологии, кариосистематике и молекулярной филогении растений (Санкт-Петербург, 2009). Публикации: По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Материал для исследования собран в ходе экспедиций нашей лаборатории на территории Ленинградской и Архангельской областей, Тебердинского государственного заповедника (Карачаево-Черкессия), Республики Алтай, а также получен из гербария БИН РАН и гербария Центрального Сибирского Ботанического Сада. Гербарные образцы видов Anthoxanthum из Испании были любезно предоставлены М.П.Перейра, Университет Каруньи, Испания. Образцы Anthoxanthum и Hierochloe из Новой Зеландии любезно предоставили Г. Коннор (Университет Кентербери) и Э. Кэмерон (Музей естественной истории, Окленд). Образцы из гербария парижского Музея естественной истории были предоставлены B.C. Шнеер, образцы из гербария Главного Ботанического Сада РАН - И.А. Шанцером.

Выделение геномной ДНК проводилось согласно методике Дойла и Дойла (Doyle, Doyle, 1987), с модификациями. Для амплификации района ITS в качестве прямого праймера использовались ITS-IP 5'-aaccttatcatttagaggaagg-3' (Ridgway et al., 2003) и ITS-5 5'-ggaagtaaaagtcgtaacaagg-3' (White et al. 1990). Обратный праймер во всех случаях ITS-4 5'-tcctccgcttattgatatgc-3' - 20 н. (White et al. 1990). Протокол амплификации: 1 цикл: 10 мин 94°С; 35 циклов: 1 мин 94°С; 1 мин 30 сек 48°С; 2 мин 72°С; 1 цикл: 1 мин 72°С. Секвенирование ДНК выполнялось по методу Сэнджера на базе НПФ «Хеликс» и ЦКП БИН РАН. Секвенирование выполнялось в обоих направлениях. Первичная обработка и анализ последовательностей производились с помощью пакетов программ MEGA 4 (Kumar et al., 2003) и DAMBE (Xia, 2000; Xia, Xie, 2001), первичное выравнивание последовательностей с помощью алгоритмов ClustalW и Muscle. Затем данные переводились в формат FASTA, и выполнялось множественное выравнивание с помощью программы MAFFT (http://align. genome.jp/mafft/). Построение филогенетических деревьев выполнялось тремя типами методов - методом расстояний (NJ), методом максимальной парсимонии (MP) и байесовским методом. В качестве показателя устойчивости дерева использовался бутстрэп-индекс (500 репликаций), в качестве модели замен использовалась модель Кимура-2 с попарным

удалением гэпов. При расчетах методом МР и байесовском анализе использовали программу ModelTest 3.7 (Posada, Crondall, 1998), предварительно определяя модель, согласно которой эволюционируют последовательности. Использовалась модель с наименьшим значением Akaike Information Criterion, в нашем случае это была модель GTR+I+G (General Time Reversible, с гамма-распределением). Для построения дерева методом МР применялась программа PAUP 4.0Ы0. (Swofford, 2003), для построения деревьев байесовским методом -программа Mr.Bayes 3.1 (Ronquist, Huelsenbeck, 2003). Данные предварительно переводились в формат NEXUS, и выполнялся анализ с использованием модели GTR+I+G в течение 500 тысяч генераций. Модели вторичных структур РНК строили с помощью программы RNAstructure 4.6 (Zuker, 2003).

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Внутривидовая и межвидовая изменчивость последовательностей района ITS1-5.8S rDNA-ITS2 в трибе Phalarideae

Anthoxanthum. Как правило, для характеристики вида по последовательностям ITS1 и ITS2 исследуют всего один образец, предполагая, что внутривидовая изменчивость ITS не превышает 2-4%, а межвидовая обычно больше 4% (Шнеер, 2007). Для того, чтобы проверить соответствие этих представлений реальности, мы секвенировали A. odoratum из нескольких удалённых популяций. Были проанализированы два образца из республики Алтай, образец из Красноярского края, образец из Тверской области и образец из Канады. Аналогичное исследование было проведено с A. alpinum. Были исследованы растения из Горного Алтая, из Тебердинского заповедника, из Хакассии и с Полярного Урала. Также мы проанализировали образец с о-ва Итуруп, определённый как A. nipponicum Honda. Внутривидовая изменчивость ITS Anthoxanthum из удаленных популяций не превышала 2%. При этом генетические расстояния между популяциями А. odoratum и А. alpinum из географически удаленных регионов оказались больше межвидовых расстояний. Это согласуется с выводами работы M. Pimentel (2008), в которой для А. odoratum и А. alpinum методом RAPD было показано превышение изменчивости по географическому положению над межвидовой. Мы показали, что район ITS1-5.8S-ITS2 не содержит замен, позволяющих чётко разделить А. odoratum и А. alpinum. Образец с о-ва Итуруп - вид, описанный Honda как А. nipponicum, но позднее переведённый Löve и Löve в синоним А. alpinum, по ITS также принципиально не отличается от А. alpinum из других географических районов. Для него отмечен внутригеномный полиморфизм. Так, в позициях 61, 72 и 477 у этого образца стоят и С, и Т, у большинства

образцов A. odoratum и A. alpinum в этом положении С, у образцов из Тверской обл. и из Канады, а также у европейских видов Л. aristatum Boiss. и /1, amarum Brot. - Т.

Особый интерес вызывает сильное отличие по ITS видов A. hookeri Retidle и A. siamense Bor от всех остальных Anthoxanthum. Эти виды относятся к группе Ataxia sensu R.Brown, и имеют промежуточное между Anthoxanthum и Hierochloe строение колоска - нижний цветок мужской, второй стерильный без верхней цветковой чешуи и с остистой нижней. Большое число замен позволяет предполагать особый таксономический статус этой группы.

Hierochloe. Внутривидовая изменчивость района ITSl-5.8SpflHK-ITS2 у видов рода Hierochloe оказалась существенно ниже, чем у Anthoxanthum, эволюционные расстояния между видами составили от 0,0 до 6,3%. Секвенированные нами образцы Н. alpina Roem. et Schult., H, equiseto Zotov и H. fusca Zotov полностью совпали с размещенными в базе данных GenBank последовательностями каждого из этих видов. Также добуквенно совпали между собой секвенированные нами последовательности образцов Я. repens P.Beauv. из Жигулёвского заповедника и из Волгоградской обл. и последовательности 2-х образцов Я. australis из Ленинградской обл. и из Финляндии. Последовательности ITS видов Hierochloe, которые относятся к агрегату видов Н. aggr. odorata, оказались идентичными. Эти виды, представляющие собой полиплоидные ряды, могут рассматриваться в качестве эколого-географических рас одного вида Н. odorata (L.)P.Beauv. Точно такая же последовательность ITS была обнаружена у Н. repens, который в своё время рассматривался в качестве подвида Я. odorata (Chrtek, Jirasek, 1964; Цвелёв, 1973).

Phalaris. При анализе полученных нами последовательностей рода Phalaris для разных образцов одних и тех же видов (два образца P. canariensis L. и два образца Р. trúncala Guss.) не было отмечено внутривидовой изменчивости. Расстояния между разными видами были существеннно выше, чем у Anthoxanthum и Hierochloe, и варьировали от 3,2% до 9,1%, что косвенно указывает на более раннюю дивергенцию видов этого рода по сравнению с другими Phalarideae. Было показано, что фрагменты ITS1-5,8S-ITS2 Р. canariensis и P. brachystachys Link добуквенно совпадают, что может указывать на идентичность этих видов.

Реконструкция филогенетического древа по результатам анализа ITS1 и ITS2

В анализ взяты 100 последовательностей ITS1-5.8S rDNA-ITS2, включая секвенированные нами виды Phalarideae и взятые из базы GenBank последовательности родственных видов Aveneae и Роеае (рис. 1.). В качестве внешней группы были использованы

ojs

Рисунок 1. Филогенетическое древо, построенное на основании сравнительного анализа района ITS1-5.8S рДНК-ITS2 байесовским методом. Указаны значения posterior probability, модель GTR+I+Г, standard deviation 0,018237

виды Seeale cereale и Brachypodium distaehyon. На всех полученных деревьях триба Phalarideae разделяется на две удалённые группы, каждая из которых демонстрирует строгую монофилетичность. В одну из них входят представители рода Phalaris, в другую -все Hierochloe и Anthoxanthum. Обе эти группы входят в базовые Aveneae, при этом Phalaridinae оказывается сестринской к Agrostidinae, но более эволюционно удалённой. Группа Anthoxanthinae также выделяется со 100% достоверностью. В ней можно выделить две крупных клады, соответствующих родам ШегосМоё и Anthoxanthum. На всех построенных нами деревьях с высокой бутстреп-поддержкой анцестральное положение для обеих групп занимает диплоидный вид Hierochloe - Hierochloe australis.

Как было отмечено выше, последовательности ITS видов Hierochloe aggr. odorata оказались идентичными - на древе они образуют одну кладу. Сестринскими к ней оказываются подвиды вида Н. glabra, распространённого в восточноазиатском регионе и отличающегося от Н. odorata густым опушением влагалищ листьев - это Н. glabra Trin. ssp. bungeana (Trin) Peschkova, H. glabra Trin. ssp. sibirica (Tzvelev) Tzvelev и H. glabra Trin. ssp. sachalinensis (Prinz) Tzvelev. Виды H. fusca, H. alpina и H. paueiflora R.Br. эволюционно более удалены, но их положение на древе имеет слабую поддержку (BS 29%). В отдельную группу с BS 69% выделяются зубровки из Южного полушария - Н. equiseto, Н. rariflora Hook f. и Н. novae-zelandiae Gand. Также отдельно располагается калифорнийский вид Н. occidentalis Buckley.

В основании Anthoxanthinae находятся две группы - вид Н. australis и южно-азиатские виды A. hookeri и A. siamense. Взаимное расположение этих групп на деревьях, построенных байесовским методом и методом NJ, различается, но бутстреп-подцержка соответствующих узлов невелика (60% и 53%). Обсуждение достоверной филогении этих групп см. в разделе «Обсуждение».

Сравнительный анализ первичной и вторичной структуры гена trriL и спейсера írnL-frnF Phalarideae

Для проверки филогенетических гипотез, выдвинутых при анализе ядерных генов, мы

проанализировали участки хлоропластного генома - экзоны и интрон гена тРНК лейцина trnh и спейсер trnL-trnf. Мы секвенировали эти участки у 25 видов Phalarideae, и сравнивали их с последовательностями других видов Aveneae и Роеае из базы GenBank. Следует отметить, что характер замен в хлоропластном геноме у растений отличается от ядерного, для них характерны крупные вставки и дупликации участков генома, специфичные для различных

клад. Поэтому, наряду с обычными методами построения филогенетических деревьев, можно рассматривать крупные вставки и делеции в качестве синапоморфий.

Ген 1гпЪ - однокопийный ген, состоящий из одного интрона и двух экзонов. Экзоны /гиЬ короткие (около 80 н.п.) и консервативные, они не несут серьёзной филогенетической информации. Интрон, напротив, эволюционирует достаточно быстро и он активно используется в филогенетических исследованиях (ТаЬег1е1 е1 а1. 2006; Шнеер 2007). Интрон гена является единственным интроном I группы в геноме хлоропластов (Нащеп е1 а1. 2005). Для таких интронов характерная вторичная структура из девяти спаренных областей (Р1-Р9). При этом образуются три пространственных домена - один образуется спиралями Р1 и Р2, другой - Р4, Р5, Р6 и Рба, третий - РЗ, Р7, Р8 и Р9 (рис. 2).

uns

(а) м««-*

Рисунок 2. Общая вторичная структура интрона I группы (Borsch et al., 2003). (а) - экзон, (b) - вторичная структура интрона. Серым выделены консервативные участки, необходимые для правильного сплайсинга интрона.

Изменения первичной последовательности ДНК в гене /гаЬ и спенсера 1гпЬ-1гп¥ и вторичной структуры РНК-продукта в ходе дивергенции таксонов у злаков

В рассматриваемом участке у исследованных видов1 были обнаружены структурные изменения - относительно крупные вставки и делеции, влияющие на вторичную структуру молекулы. Для правильного сплайсинга этого интрона (путём автокатализа или за счёт взаимодействия с ср!ЮТ) существенно важна именно вторичная структура образующихся

1 Были рассмотрены представители всех подтриб Aveneae и Роеае.

пространственных доменов. Мы обнаружили, что в анализируемых нами последовательностях структурные изменения (крупные вставки и делеции) происходят только в петлях L1-L9, не затрагивая спаренные области Р1-Р9. Три таких мутации находятся в петле L6 интрона, при этом они не меняют принципиально её вторичную структуру (рис. 3). Сразу скажем, что этих трех мутаций у Anthoxanthum, Hierochloe и Phalaris нет, наши объекты сохранили анцестральную структуру шпильки (рис. 3 б).

1) 5-нуклеотидная делеция -ААААС- в петле L6 (сравни рис. 3 а и б). Мы обнаружили её в интроне гена trnL у родов Alopecurus и Phleum. Сравнение последовательностей из базы данных GenBank показало, что она также характерна для всех видов Puccinellia и Hordeum, и отсутствует у видов овсов с С-геномами (Avena macrostachya, A. eriantha, A. ventricosa и A. clauda), в то время как у представителей этого рода с A-геномами делеция в наличии.

2) 4-нуклеотидная вставка AAAG у видов рода Dáctilos (рис. 3 в).

3) 5-нуклеотидная вставка TCGAA, характерная для родов Calamagrostis, Briza, Ammophila, Polypogon. Поиск этого участка в GenBank показал, что она также характерна для всех видов Gymnachne и Agrostis (рис. 3 г).

Рисунок 3. Шпилька L6. a) Avena sativa б) Hierochloé alpina в) Dactylis glomerata г) Calamagrostis villosa. Отмечены вставки, характерные для некоторых видов.

Все остальные крупные индели в гене trnL исследованных видов расположены в шпильке L8, самой крупной, изменчивой и богатой повторами. У видов Hierochloe её длина

50-

составляет 297 нуклеотидов. У родов Agrostis, Avenulla, Ammophila, Briza, Calamagrostis, Polypogon в этой шпильке присутствует большая делеция, и длина шпильки составляет всего 174 нуклеотида. В том же участке для родов Avena, Arrhenatherum, Graphephorum, Koeleria и Trisetum характерна ещё более крупная делеция, и длина шпильки составляет всего 97 нуклеотидов. Анализ данных GenBank показал, что такая делеция также характерна для всех видов Rosíraria. Таким образом, эти делеции характерны для «типичных» Aveneae, у Anthoxanthum, Hierochloë и Phalaris, равно как у всех исследованных к настоящему времени Роеае этой делеции нет- наши объекты сохранили анцестрапьную структуру шпильки L8.

У видов трибы Phalarideae в гене trnL присутствуют следующие индели: вставка АСАТ у рода Phalaris, делеция GAAATTA у Hierochloë (кроме H.australis), перекрывающаяся с ней делеция TTGAAA у Phalaris aquatica L. и P.minor Retz., a также y самого основания стебля тРНК дупликация ССССА у всех видов Anthoxanthum и H.australis (рис. 4).

Все вилы Hierochioe, кроме H.auîtrain

GAAATTA Amhoxanfhum, Ataxia. Hierochioe amrrali s

I Anthoxonihitnt (кроме Alaxia) 1 GTATGCCATATACAAT^

\ /

\ 16 ,'

/5\

(niF |-

GACTA - Hierochioe

GACTAT - Anthoxanthum, Иamtro'ii

GACTATC -Ataiia

P.miitor, P.aqualica

Рисунок 4. Структурные изменения в интроне гена 1гпЪ и спейсере (г«Ь-/г«Р, характерные для видов трибы Рка1аг{с1еае. Пунктиром обозначены делеции. Цифры указывают длину вставок и делеций в районах А-Н. Отмечены синапоморфные индели.

В спейсере ¡гпЬ-^п? обнаружено гораздо меньше структурных замен, характерных для групп видов. Вероятно, это связано с меньшей важностью его вторичной структуры по сравнению с интроном /глЬ, так как у него нет необходимости поддерживать строгую пространственную организацию, обеспечивающую автокатализ. У части видов рода Ап1ИохапЛит (кроме видов А. !юокег1, А. ¡¡атеше и А. техкапит Мег) в этом спейсере наблюдается крупная 16-нуклеотидная дупликация ОТАТОССАТАТАСААТ. Интересно, что дупяицированный участок у всех видов АпЛохап^ит и ШегосМоё, в сравнении с

анцестрапьной последовательностью, содержит замену А—»Т. Подчеркнём, что эта замена отсутствует у всех остальных исследованных видов Aveneae и Роеае, включая род Phalaris.

В том же районе у Graphephorum wolfii наблюдается сходная дупликация, но на два нуклеотида длиннее и смещённая к 3'-концу. Это позволяет делать предположения об истории структурных изменений этого участка (рис. 5). Вероятно, замена А—<-Т произошла у общего предка всех Anthoxanthinae, а затем после обособления «продвинутых» видов Anthoxanthum сначала от Hierochloe, а затем от видов группы Ataxia у Anthoxanthum произошла наблюдаемая дупликация. Наличие замены А—>Т только у Anthoxanthinae и разный размер вставки у Anthoxanthum и Graphephorum показывают, что это две независимо возникшие дупликации в одной из «горячих точек» хлоропластного генома.

Ближе к 5'-концу спейсера находится ещё одна вставка, специфичная для Anthoxanthineae: GACTA у большинства Hierochloe (GACTATC у Н. occidentalis), GACTAT у Anthoxanthum и Н. australis и GACTATC у A. amarum, A. mexicanum и A. siamense.

Анцестральная последовательность ...АТТААЛТА ОСГАТАТАГАДТСССТАО...

Graphephorum wolfii Дупликация 18 нуклеотндов

Anthoxantinae 1 замена

...ATTAAGTA GCCATATACAATGCGTACi...

«Продвинутые» Anthoxontum Дупликация 16 нуклеотидов.

...TAAGTA GCCATATACAATGTA GCCATATACAATGCGTAG...

...АТТААСТА ОССАТАТАСААТААПТА ОССАТАТАСААТССО...

Рисунок 5. Дупликации, произошедшие в разных эволюционных ветвях Роо1с1еае в участке спейсера 1гпЬ-1гп?.

Реконструкция филогенетического древа по результатам анализа хлоропластного гена и спейсера ¡гп1Лгпр

Мы проанализировали участок ¡гпЬ-1гпР (длина исследуемого участка гена ¡гпЬ вместе с интроном составила 644 нуклеотида (после выравнивания), длина спейсера 1гпЪ-1гп¥- 494 нуклеотида) у 27 видов Р1га1апс1еае и родственных таксонов (всего 80 последовательностей) и построили филогенетические деревья методами МР, N1 и методом

Байеса. Полученные деревья не имели принципиальных различий в топологии. Дерево,

построенное методом NJ, представлено на рис. 6.

■ Hlirechlo* alpina I ffliracMo« alpina up. orthanta

- Hierochloe occidental^ [ yitrochlo« paurfflora • HtoncAlM laxa

• Hlcrochlo* rariflora (N.B. WaUt)

• Hiervchlo* ttblrica (КямлроФская обл.) ■ BlmehlM echnotiMt« | tflfrechlM hlrta up arcttca

• HitrechlM гвртм

• BterocMo* auitrali*

» Anthaxanthum itaflmw • Hierochloe maxicana • Anthaxanthum hookrri

- Anthaxanthum amarum • ^thaxanthum erlttatum - Anthuanthum odoratum (Алтай | Anthaxanthum odoratum (Канада) • Anthaxanthum ришШ

>Plastid group 1 (Aveneae-type)

>- Делеция 209 н.п.

VPlastid group 2 f(Poeae-type)

8«я1( nrtill

Рисунок 6. Филогенетическое древо, построенное на основании сравнительного анализа района trnh-trnV методом Neighboor-Joining. Указаны значения бутстреп-поддержки (500 репликаций).

На древе все исследуемые виды (кроме внешней группы Secale-Brachypodium) делятся на две крупные клады. Такое деление отмечается во многих работах при анализе хлоропластных генов Aveneae и Poeae (Soreng et al. 2007, Quintanar et al. 2007). Соренг обозначает их как Plastid group 1 (Aveneae-type), и Plastid group 2 (Poeae-type), они в целом соответствуют Aveneae и Poeae sensu Clayton et Renvoize (1986), но при этом некоторые виды, традиционно относимые к Роеае, попадают в первую группу (например, Briza), и, наоборот, традиционно относимые к Aveneae Aira, Avenula и Deshampsia попадают во вторую группу. Anthoxanthum, Hierochloe и Phalaris относятся к первой группе. Как и при анализе ITS, триба Phalarideae разделилась на две удалённые монофилетичные группы, соответствующие подтрибам Anthoxanthinae и Phalaridinae, причём последняя также оказалась близкой к Agrostidinae + Brizinae.

Оказалось, что крупные делеции в интроне гена trnL маркируют чётко выделяемые группы видов - группу Agrostidinae+Brizinae с делецией в 76 н.п. в шпильке L8 и вставкой TCGAA в шпильке L6, и группу Aveninae+Koeleriinae с делецией в 209 н.п. в шпильке L6. На деревьях, построенных по последовательностям ITS, эти группы также хорошо выделяются. При этом видно, что эти делеции происходили независимо в разных ветвях.

ОБСУЖДЕНИЕ

Положение исследуемых видов относительно других представителей Aveneae и Роеае. Классическое разделение триб Aveneae и Роеае (Clayton, Renvoize, 1986) не нашло полного подтверждения при анализе молекулярных маркеров (Soreng, Davis, 2000, Soreng, 2003, Quintanar et al., 2007). Во всех этих работах виды, относимые к Aveneae и Роеае, были в той или иной степени перемешаны. Но во всех случаях при анализе хлоропластных генов выделялись две крупные группы, в первую из которых входили преимущественно представители Aveneae, а во вторую - Роеае. На построенных нами деревьях наблюдается сходная картина (рис. 6). Во всех случаях виды Phalarideae относятся к первой группе, базовым Aveneae (core Aveneae sensu Quintanar), включающим наиболее типичных представителей классических Aveneae. Мы везде наблюдаем две отдельные клады с высокими поддержками - в одну из них входят Anthoxanthum и Hierochloe (подтриба Anthoxanthinae), в другую - Phalaris (подтриба Phalaridinae). Взаимное расположение подтриб внутри группы базовых Aveneae при анализе ядерных и хлоропластных маркеров было различным (ср. рис 1 и 6). Так, при сравнении хлоропластных ДНК подтрибы Brizinae

-2—Aruhoxanthinae

■ ■i Brizinae Driziiiae

Anthomntlúnae

2ZZ23 Koeleñinae

Agrostidinae

n¡

—Phakiridinae —72 un Луегшюе

Aveninae

Seslerieae

■ ■" Avenirme -aza Koeleriinae

Briziwe

Ptialaridinae

Рисунок 7. Положение Phalaridinae и Anthoxanthineae относительно других базовых Avenea а) по данным анализа ITS1-5.8S-ITS2 б) по данным анализа гена trnL и спейсера /raL-frnF. Приведены фрагменты деревьев, построенных методом NJ, указаны значения бутстреп-поддержки (500 репликаций).

и Aveninae оказались парафилетическими, при этом по ITS они формируют отдельные клады. В пользу топологии, построенной по хлоропластным маркерам, свидетельствуют две крупные делении в интроне trnL - одна из них является общей для Agrostidinae и Brizinae (76 н.п.), другая объединяет Aveninae и Koeleriinae (209 н.п.). Согласно этому варианту, подтрибу Anthoxanthinae следует относить к базовым Aveneae, a Phalaridinae в этом случае занимает сестринское положение ко всем остальным подтрибам этой группы.

Среди видов рода Phalaris наиболее удаленной от корня является группа P. canadensis и P. brachystachys (рис. 8). Недавно методом скрещивания было показано, что P. canariensis является одомашненной формой P. brachystachys (Oram, 2004). При сравнении полученных нами последовательностей этих видов оказалось, что фрагменты ITS1-5.8S-ITS2 добуквенно совпадают, а спейсеры trnL-trn? отличаются всего по двум нуклеотидам. Это также указывает если не на идентичность, то на большую близость этих видов. Виды P. canariensis, P. brachystachys вместе с P. truncata образуют отдельную группу с числом хромосом 2п=12, соответствующую секции Phalaris, выделяемой H.H. Цвелёвым (1976,).

Другую группу образуют виды Phalaris с ОХЧ 7. В ней обособляется P. arundinacea с п=14, но р-расстояние между ним и другими видами Phalaris не превышает 0,094, что даёт основания сомневаться в целесообразности выделения его в отдельный род Phalaroides. Другая ветвь этой группы - виды P. paradoxa L. и P. coerulescens Desf. На территории России встречается только первый из них (в Европейской части и на Кавказе), оба вида распространены в Средиземноморье. Они соответствуют sect. Anomophalaris Tzvel. У них

Филогенетический анализ рода Phalaris

число хромосом п=7, один развитый и 4-7 недоразвитых колоска в метёлках. Сравнение ITS и хлоропластных последовательностей как по заменам, так и по инделям не показывает какой-либо особой близости между P. aquatica и P. coerulescens (в отличие от P. paradoxa) и наоборот, P. paradoxa и P. coerulescens ближе друг другу, чем каждый из них с P. aquatica.

j Phataria canarienala fcultivar! 10Q' Phalarla canarlenala (Испания}

ill I Phalarla aquatica 1

I Phalarla arundinacea J *

Phataria brachystachla г" П~6

loo I— Phalarla truncata ¡Китай} I Phalarla truncata (Италия} iooi Phalarla paradoxa 1

Phataria coerulescena j П—7

Рисунок 8. Виды Phalaris по результатам анализа района ITS1-5.8S рДНК-1Т52 методом Neighboor-Joining, Указаны значения бутстреп-поддержки (500 репликаций).

При анализе ДНК хлоропластов (рис. 9) также выделяется группа P. truncata,

P. brachystachys и P. canariensis, для которой характерна редукция числа хромосом.

_97г- Phalaris aquatica -i

I— Phalaris minor L n=14

Phalaris arundinacea

С Phalaris coerulescense 1 Phalaris paradoxa Г n=7

IП ^ rt j

V n=6

Phalaris truncata

Phalaris brachystachys Э71 Phalaris canariensis

Рисунок 9. Виды Phalaris no данным анализа района trnL-trnF методом Neighboor-Joining, Указаны значения бутстреп-подцержки (500 репликаций).

Филогенетический анализ родов Anthoxanthum и Hierochloe

Группа Anthoxanthinae выделяется со 100% достоверностью. В ней можно чётко выделить две крупных клады, соответствующие родам Hierochloe и Anthoxanthum. На всех построенных нами деревьях с высокой бутстреп-подцержкой анцестральное положение для обеих групп занимает единственный диплоидный вид Hierochloe - Hierochloe australis. Он, внроятно, является наиболее древним. Род Anthoxanthum эволюционно более продвинут в сравнении с Hierochloe, как по строению цветка, так и по кариотипу (редуцированное основное число хромосом х=5) (Авдулов, 1931; Шохина, 1977).

Все виды Hierochloe aggr. odorata имеют идентичные ITS, на древе они образуют одну кладу (рис. 10). При этом Я. odorata, Я. hirta Hayek, Я. hirta ssp. árctico (Presl) G.Weim. представляют собой полиплоидный ряд (Шохина 1977; Пробатова 2007) и морфологически отличаются только количественными признаками. Возможно, имеет смысл не выделять

H. hirta и Н. repens в качестве отдельных видов и включить их в агрегат odorata в качестве

подвидов.

Межвидовая изменчивость последовательностей спейсера trriL-trnV у Hierochloe оказалась крайне низка, она сводится к нескольким единичным заменам, поэтому соответствующие узлы на филогенетическом дереве имеют крайне низкие бутстреп-индексы (рис. 11). Виды, относящиеся к агрегатам odorata и glabra (включая Н. hirta и H.repens), на этом дереве объединяются в одну группу.

22. Hierochloe hirta

18. Hierochloе odorata аар odorata I . 20. Hierochloe repent (Жигули) > "ggr. odorata 17. Hierochloe hirta asp arctica

19. Hierochloe герепя (Волгоград¡ J

23. Hierochloe glabra жар. Ьипдеапа

24. Hierochloe tibirica J 33. Hierochtoe taccalinentit

27. Hierochloe alpina

29. Hierochloe fusca

aggr- glabra

21. Hierochloe pauciflora

32. Hierochloe occidentals 28. Hierochloe ei¡ui«<ta 30. Hierochloe novae-zelandiae

Зубровки Южного полушария

31» Hierochloe ratifloraj 391 2. Anthoxanthum odoratum (Алтай) 7. Anthoxantum alpinum (Алтай) 8. Anthoxantum alpinum (Хакассия) 1. Anthoxanthum odoratum (Алтай) б9 — 9. Anthoxantum alpinum (Полярный Урал)

4. Anthoxantum odoratum (Красноярский край) 6. Anthoxantum alpinum (Теберда) 14. Anthoxanthum puelii

11. Anthoxanthum aristatum 5. Anthoxanthum odoratum (Канада) 13. Anthoxanthum amarum 10. Anthoxanthum nipponicum (o-e Итуруп) 3. Anthoxantum odoratum (Теерь) 12. Anthoxanthum oxfatum

loo f 26. Hierochloe australis (Финляндия) ~~1— 25. Hierochloe australi» (Ленобластъ)

16. Anthoxanthum siamense

IS. Anthoxanthum hookeri

Ataxia

Рисунок 10. Виды Anthoxanthum и Hierochloe по данным анализа района ITS1-5.8S pflHK-ITS2 методом Neighboor-Joining, Указаны значения бутстреп-поддержки (500 репликаций).

На филогенетическом древе, построенном по ITS, видно разделение Hierochloe на две группы, соответствующие двум ареалам рода - большего по площади в Северном полушарии и меньшего в Южном (Австралия и Новая Зеландия). Калифорнийский вид Н. occidentalis на древе удалён от других видов северной части ареала, но, тем не менее, относится к группе «северных» видов. На его эволюционную удалённость также указывает и вставка AAAG в спейсере trriL. Виды Н. equis eta, Н. rariflora и Н. novae-zelandiae образуют группу, соответствующую южной части ареала. Исключением является новозеландский вид

H. fusca, который оказался наиболее близок не к другим видам Южного полушария, а к виду fí. alpina, который встречается преимущественно на северной границе северной части ареала рода - на каменных россыпях побережий Арктики.

631 Hierochloe alpina

I Hierochloe alpina ssp. orthanta — Hierochloe oecidentalis Hierochloe paucifloru — Hierochloe laxa —- Hierochloe rariflora (N.S. Wales) p— Hierochloe sibirica (Кемеровская обл.) -I . Hierochloe ochnotensia L-l Hierochloe hirta ssp arctlca I— Hierochloe repens *

Hteroch loe australis

Anthoxanthum siamense Hierochloe mexicana Anthoxanthum hookeri

4«(— Ai >i|— H

aggr. odorata + aggr. glabra

Ataxia

' Anthoxanthum amarum

' Anthoxanthum arístatum

Anthoxanthum odoratum (Алтай, Anthoxanthum odoratum (Канада) Anthoxanthum puelií

|jf An< 4íl— A

Рисунок 11. Виды Anthoxanthum и Hierochloe по результатам анализа района trnL-trnF методом Neighboor-Joining, Указаны значения бутстреп-поддержки (500 репликаций).

В отдельную группу с высокой поддержкой выделяются южно-азиатские образцы A. hookeri, A. siamense, а также вид A. mexicanum. Все этих виды по морфологии отличаются как от Anthoxanthum, так и от Hierochloe, занимая промежуточное положение. Нижний цветок в колоске мужской, второй редуцирован (у Anthoxanthum оба нижних цветка редуцированы, у HierochloS оба мужские), с длинноостными цветковыми чешуями и без лодикул. Эти признаки соответствуют описанию рода Ataxia R.Br., впоследствии упразднённого.

Мы видим, что на деревьях, построенных по ядерным и хлоропластным маркерам, наблюдаются четыре основных таксономических группы в пределах Anthoxantinae - это вид Н. australis, основная группа видов HierochloS, виды секции Ataxia R.Br, и «продвинутые» Anthoxanthum. Но порядок их ветвления при этом различен, и все соответствующие узлы имеют невысокую бутстреп-поддержку (40-60). Топология, полученная на основании анализа последовательностей ITS, представляется нам ошибочной. Если, согласно ей, секция Ataxia отделилась до разделения Anthoxanthum и HierochloS, то в разных ветвях должна были независимо произойти два события - редукция второго цветка у видов секции Ataxia и

редукция обоих нижних цветков у видов Anthoxanthum. Это представляется маловероятным, гораздо более вероятен сценарий последовательной редукции цветков, что мы и наблюдаем в топологии, полученной на основе хлоропластных маркеров.

Единственный существующий диплоидный вид ШегосМоё Н. australis согласно топологии дерева, построенного по ядерным маркерам, обособился до разделения Anthoxanthum и ШегосЫоё. Согласно хлоропластным данным, сначала произошло отделение общего предка Н. australis и Anthoxanthum, обособление последнего и образование секции Ataxia. По первому сценарию можно было бы предложить выделить Я. australis в отдельный род, по второму - объединить его с Anthoxanthum. Но Н. australis по морфологии представляет собой типичную ШегосЫоё, с трёхцветковым колоском с двумя нижними тычиночными цветками, с небольшими остями и перепончатыми колосковыми чешуями. Поэтому остаётся предположить парафилетичность рода ШегосЫоё.

Рисунок 12. Изменения района trnh-trnV генома хлоропластов в ходе дивергенции таксонов Anthoxanthinae.

В пользу филогенетического сценария, представленного на древе, построенном по хлоропластным последовательностям, также свидетельствуют общие для Я. australis и Anthoxanthum вставки и делеции, которые можно рассматривать как синапоморфии. Проанализировав изменения в хлоропластных и ядерных последовательностях, мы можем предложить представленный на рис. 12 сценарий эволюционных событий, происходивших в ходе дивергенции таксонов Anthoxanthinae.

Таким образом, молекулярно-филогенетический анализ свидетельствует в пользу мнения Р. Брауна (Brown, 1838) о целесообразности выделении отдельного рода Ataxia, который, по Брауну, «...занимает промежуточное положение между ШегосМоё и Anthoxanthum, и вместе с ними образует естественную и хорошо характеризуемую секцию».

GTATGCCATATACAAT

Hierochloe australis

Hierochloe

GAAATTA

выводы

1. Секвенированы районы ITSl-5,8SpPHK-ITS2 генов 45S рРНК у 39 представителей родов Anthoxanthum, Hierochloe, Phalaris, объединяемых ранее в трибу Phalarideae Kunth. Проведён сравнительный анализ этих последовательностей, частоты и спектра мутаций в районах ITS1 и ITS2, а также в эволюционно консервативном гене 5,8 S рРНК.

2. Секвенированы экзоны и интрон гена транспортной РНК лейцина trnh и спейсер tmh-trnF у 25 видов Пахучеколосниковых. Обнаружены характерные крупные инсерции, дупликации и делеции, специфичные для различных клад Phalarideae и некоторых подтриб Aveneae, которые можно рассматривать в качестве синапоморфий при верификации филогенетических гипотез.

3. С помощью методов молекулярной филогении реконструированы возможные филогенетические деревья, показывающие наиболее вероятные пути дивергенции видов трибы Phalarideae и положение родов Anthoxanthum, Hierochloe, Phalaris в системе злаков. Показано, что триба Phalarideae не является монофилетической. На всех полученных филограммах Phalarideae чётко разделяется на две удалённые группы, каждая из которых демонстрирует строгую монофилетичность. В одну из них входят представители рода Phalaris, в другую - все Hierochloe и Anthoxanthum. Обе эти группы входят в базовые Aveneae, при этом Phalaridinae оказывается сестринской к Agrostidinae, но более эволюционно продвинутой. Полученные данные подтверждают справедливость разделения трибы Phalarideae Kunth на две подтрибы, Anthoxanthinae и Phalaridinae, рассматриваемые в рамках трибы Aveneae.

4. Генетические расстояния между разными видами рода Phalaris существеннно выше, чем между видами Anthoxanthum и Hierochloe, что может указывать на более раннюю дивергенцию видов рода Phalaris по сравнению с другими пахучеколосниковыми.

5. В подтрибе Anthoxanthinae виды Anthoxanthum, ранее относимые Р.Брауном к роду Ataxia, формируют отдельную кладу, что говорит в пользу восстановления Ataxia в ранге рода. Обнаружены молекулярные маркеры (в том числе и крупные вставки и делеции), специфические для Anthoxanthum, Hierochloe и Ataxia. На основании обнаруженных синапоморфий в последовательностях хлоропластного генома предложена схема дивергенции родов и видов в подтрибе Anthoxanthinae.

6. Межвидовая изменчивость ITS у видов A. odoratum (2п=20) и A. alpinum (2n=I0), A. nipponicum Honda (2п=10) не превышает внутривидовой, что свидетельствует о целесообразности присвоения Л. alpinum статуса подвида Л. odoratum.

7. Показано, что род Hierochloe является парафилетическим. Первичный диплоид

H. australis занимает сестринское положение к Aníhoxanthum и Ataxia.

8. Последовательности ITS и района trnL-trnV генома хлоропластов видов Hierochloe aggr. odorata абсолютно идентичны. Точно такие же последовательности были обнаружены у Я. repens, который ранее рассматривался в качестве подвида Н. odorata. Это подтверждает возможность рассматривать таксоны в пределах этого агрегата в качестве единственного вида Н. odorata.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Родионов A.B., Ким Е.С., Носов H.H., Райко М.П., Мачс Э.М., Лунина Е.О. Молекулярно-филогенетическое исследование видов рода Colpodium sensu lato (Poeae, Poaceae) // Экологическая генетика. 2008. Т. 6. №. 4. С. 34-46

2. Родионов A.B., Мачс Э.М., Лунина Е.О., Красильников Е.М., Михайлова Ю.В., Носов H.H., Гельтман Д.В., Ким Е.С., Коцеруба В.В., Крюков A.A., Райко М.П., Чупов B.C., Шнеер B.C. Уровни внутривидовой и межвидовой изменчивости ITS в природных популяциях цветковых растений: ДНК-штрихкодирование как инструмент исследования и рационального использования биоразнообразия флоры России // Динамика генофондов - Москва - 2008 - С. 63 - 66.

3. Ким Е.С., Райко М.Л., Доброрадова М.А., Лунина Е.О., Носов H.H., Родионов A.B. Полифилетичекое происхождение злаков с редуцированным основным числом из группы Zingeria-Colpodium // Материалы конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея. М., 2007. С. 66-67.

4. Райко М.П., Доброрадова М.А., Ким Е.С., Родионов A.B. Сравнительный анализ последовательностей ITS и генов 5.8S рРНК Aníhoxanthum, Hierochloe и Phalaris II Материалы конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея. М., 2007. С. 77-79.

5. Райко М.П., Глускер Г.М. О филогенетических отношениях Aníhoxanthum и Hierochloe // Молодежь и наука на Севере. Т. 3. Сыктывкар, 2008. С. 246-247

6. Райко М.Л., Глускер Г.М., Родионов A.B. О филогенетических отношениях в трибе Phalarideae // Фундаментальные и прикладные проблемы в ботанике XXI века. Ч. 3. Петрозаводск, 2008. С. 71-72.

Подписано в печать 28.04.2011г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ № 2028.

Отпечатано в ООО «Издательство "JIEMA"» 199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д. 24 тел.: 323-30-50, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@mail.ru http://www.lemaprint.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Райко, Михаил Петрович

1. Введение.

2. Обзор литературы

2.1.История развития представлений о систематике злаков.

2.2.Общая характеристика трибы Phalarideae Kunth, ее видовой состав и систематическое положение.

2.2.1. Подтриба Anthoxanthinae.

2.2.2. Подтриба Phalaridinae.

2.3. Филогенетические отношения Phalaris, Anthoxanthum и Hierochloe.

3. Материалы и методы.

4. Результаты

4.1. Анализ внутренних транскрибируемых спейсеров ITS и ITS2 и района 5.8S рРНК ядерных генов 45S рРНК.

4.1.1. Общая характеристика ITS1, ITS2 и 5,8S рРНК у представителей трибы Phalarideae.

4.1.2. Внутривидовая и межвидовая изменчивость последовательностей района ITS1-5,8S rDNA-ITS2 в трибе Phalarideae.

4.1.2.1. Anthoxanthum.

4.1.2.2. Hierochloe.

4.1.2.3. Phalaris.

4.1.3. Реконструкция филогенетического древа по данным

ITS 1-5,8S rDNA-ITS2.

4.1.4. Сравнительный анализ первичной последовательности и вторичной структуры 5.8 S рРНК.

4.1.5. Вторичные структуры транскриптов ITS1 и ITS2 Anthoxanthum и Hierochloe.

4.2.Сравнительный анализ первичной и вторичной структуры гена trriL и спейсера trnL-trnF Пахучеколосниковых

4.2.1. Ген trriL.

4.2.2. Изменения первичной последовательности ДНК в гене trriL и спейсере trnL-trnF и вторичной структуры РНК-продукта в ходе дивергенции таксонов у злаков.

4.2.3. Реконструкция филогенетического древа по данным хлоропластного гена trriL и спейсера trnL-trnF.

5. Обсуждение

5.1. Положение исследуемых видов относительно других представителей Aveneae и Роеае.

5.2.Филогенетический анализ рода Phalaris.

5.3.Филогенетический анализ родов Anthoxanthum и Hierochloe.

6. Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Молекулярная систематика и филогения трибы Phalarideae семейства Poaceae флоры России"

Актуальность исследования

Положение трибы Phalarideae Kunth на филогенетическом древе злаков и спектр родов, ее составляющих — предмет многолетних дискуссий. Автор трибы К.С. Кунт (Kunth, 1819) и многие его последователи понимали ее очень широко.,. включая в нее наряду с Phalaris такие рода как Lygeum, Zea, Coix, Alopecurus, Beckmania, Phleum; Holcus, Hierochloa, Anthoxanthum и некоторые другие (Kunth, 1819, 1835; Endlicher, 1836-1840; Ledebouiy 18531 и др.). G начала 1840-х годов устанавливается более узкое понимание, трибы, в нее уже включают Phalaris, Anthoxanthum, Hierochloe, Ataxia и иногда некоторые рода. Южного полушария (van der Hoeven, de: Vriese, 1841; Wimmer, 1841; Moritzi, 1844; Patze et al., 1850 и др.). Вскоре трибу разделяют, на две подтрибы: Änthoxanthinae (Anthoxanteae) Miq. и Phalaridinae (Phalarideae) Griseb. (Miquel, 1855).

Представления о положении трибы в системе злаков неоднократно менялись. Как уже сказано, Кунт полагал, что Phalaris, Anthoxanthum, Hierochloe родственны не только Phleinae, Beckmanniinae, Allopecurinae, но и Andropogoneae (Kunth, 1835). Г. Бентам (G. Bentham) считал очевидной связь Phalarideae с Oryzeae и в еще большей степени с Ehrharteae, рода которой он включал в Phalarideae (Bentham, 1881). H.H. Цвелев первоначально включал Phalaris, Anthoxanthum^и^ Hierochloe в трибу РМееае, затем рассматривала их как представителей трибы Phalarideae с подтрибами Änthoxanthinae и Phalaridinae (Цвелев,, 19766), затем стал» рассматривать Phalaris< как представителя трибы РМееае, а,Anthoxanthum и Hierochloe отнес к обширной трибе Роеае (включающей в этом случае Aveneae, Agrostideae, Cinneae и др.) (Цвелев, 1987; Tzvelev, 1989). Некоторые систематики предлагают не выделять трибу Phalarideae как таковую, а объединить ее с Aveneae (Clayton,

1 У Ледебура Phalarideae в ранге подтрибы.

Renvoize, 1986; Macfarlane, 1986; Watson, Dalwitz, 1992, Цвелев, 2000), Poeae (Grass Phylogeny Working Group, 2001), Agrosteae (Рожевиц, 1946).

Род Anthoxanthum представляет интерес с точки, зрения эволюции хромосомных наборов - на основании морфологического анализа и сравнения морфологии хромосом была высказана гипотеза, что A. odoratum возник в результате гибридизации A. alpinum и А. ovaturn (Borrill, 1963; Jones, 1964; Цвелев, 1976а). Вид А. alpinum (или подвид А. odoratum- ssp. alpinum) интересен тем, что у него разорванный ареал — он обнаружен в Японии, в высокогорьях Сибири, на Кавказе, в Альпах и в Арктике (Цвелев, 19766). При этом степень близости растений из разных ареалов не известна.

В ряде работ (Schouten, Veldkamp, 1985, Soreng, 2003) высказывалось предположение о необходимости объединения ^Hierochloe и Anthoxanthum в один род, так как признаки, используемые для разделения этих родов (тип развития двух нижних цветков) в ряде работ имеют промежуточные состояния, и описано большое количество промежуточных форм. Попытки использовать в качестве абсолютного критерия основное хромосомное число не привели к успеху, так как были обнаружены виды, морфологически относящиеся к Anthoxanthum, но имеющие основное хромосомное число 7 (Hierochloe davidsei, 2n=56, Pohl, 1972). К тому же использование кариологических критериев в работе с зубровками затруднено тем, что семена-зубровки очень плохо прорастают в лабораторных условиях.

В нашем исследовании мы использовали методы молекулярной систематики для исследования, филогенетических отношений в трибе Phalarideae и уточнения систематического положения'и статуса входящих в нее видов, а также положения самой трибы в семействе Роасеае.

В качестве маркерных участков мы использовали высокоизменчивые последовательности транскрибируемых спейсеров ITS, сравнительно медленно эволюционирующие гены 5.8 рРНК, хлоропластные гены лейциновой тРНК (trnL) и спейсеры trriL-trn¥.

Цель работы

Выяснение филогенетических отношений родов и видов в трибе Phalarideae флоры России и уточнение её положения на филогенетическом древе относительно других представителей Pooideae.

Задачи работы

1. Амплифицировать и секвенировать последовательности ITS1-5.8Sp ДНK-ITS2, гена trnL и спейсеров trnL-trnF видов трибы Phalarideae флоры России, определить степень родства исследуемых видов.

2. Исследовать частоты замен в последовательности ITS у растений из нескольких удаленных популяций Anthoxanthum alpinum A.Love et D.Love и A. odoratum L., сравнить наблюдаемую изменчивость с изменчивостью ITS на межвидовом и межродовом уровне.

Научная новизна В ходе исследования впервые был секвенирован район ITS 1-ген 5,8SpPHK-ITS2 ядерных генов 45S рРНК у 39 представителей родов Anthoxanthum, ШегосЫоё, Phalaris, объединяемых ранее в трибу Phalarideae Kunth. Также были впервые секвенированы участки хлоропластного генома — экзоны и интрон гена транспортной РНК лейцина trnL и спейсер trnL-trnY у 25 видов Phalarideae. Кроме того, впервые амплифицированы, секвенированы и охарактеризованы районы ITS-последовательностей 23 видов и подвидов злаков, представителей внешних групп (Catabrosa capusii, Zingeria biebersteiniana subsp. trichopoda, Catabrosella araratica, Hyalopoa pontica (2 образца разного происхождения, заметно различающиеся по ITS), Cinna latifolia, Triticum aestivum var. albirubrinflatum и др.).

Впервые путем сравнительного анализа ядерных и хлоропластных генов с использованием методов молекулярной филогении реконструированы филогенетические деревья, показывающие наиболее вероятные пути дивергенции видов трибы Phalarideae и положение родов Anthoxanthum, Hierochloe, Phalaris в системе злаков. Были обнаружены характерные крупные инсерции, дупликации и делеции участков хлоропластного генома, специфичные для различных клад Phalarideae и некоторых подтриб Aveneae, которые можно рассматривать в качестве синапоморфий при верификации филогенетических гипотез. Показано, что триба Phalarideae не является * монофилетической. Подтверждено предположение о необходимости разделения трибы Phalarideae Kunth на две подтрибы, Anthoxanthinae и Phalaridinae, рассматриваемые в рамках трибы Aveneae. Показано, что Phalaridinae является сестринской к Agrostidinae, но более эволюционно продвинутой.

H. aggr. odorata, могут рассматриваться как эколого-географические расы одного вида Н. odorata, рекомендовано включить виды Hierochloe hirta и Н. repens в агрегат odorata в качестве подвидов/

Практическая значимость

Входящие в состав трибы Phalarideae sensu stricto виды имеют большое ресурсное значение. Виды, относящиеся к этой трибе — непременные компоненты северных травяных биомов, важный компонент фуражных трав на культивируемых и некультивируемых лугах (Galatowitsch et al., 1999; Дмитриева, 2005). Anthoxanthum и Hierochloe - источники кумарина для фармакологической и парфюмерной промышленности (Petersen et al., 1988), объекты народной медицины (Лавренов, 2004), компоненты определенного рода ароматизированных вин и настоек в пишевой промышленности. Изучение таксономии; и филогенетических взаимоотношений; дикорастущих и культивируемых видов Phalarideae может иметь значение для сохранения биоразнообразия флоры России. Выявленные видоспецифичные последовательности ITS Phalarideae могут быть использованы в качестве ДНК-штихкодов для определения видовой принадлежности неидентифицируемого морфологически материала растительного происхождения. Результаты работы могут быть использованы при чтении курсов лекций на кафедрах ботаники, цитологии и гистологии, генетики и селекции Санкт-Петербургского государственного университета.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на 5-м Международном совещании по кариологии, кариосистематике и молекулярной- филогении растений (Санкт-Петербург, 2005), на Конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея (Москва, 2007), 12-м Съезде Русского Ботанического общества (Петрозаводск, 2008), Молодежной конференции «Молодежь и наука на

Севере» (Сыктывкар, 2008), 6-м Международном совещании по кариологии, кариосистематике и молекулярной филогении растений (Санкт-Петербург, 2009).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

1. Родионов A.B., Ким Е. С., Носов H.H., Райко М.П., Мачс Э.М., Лунина Е. О. Молекулярно-филогенетическое исследование видов рода Colpodium sensu lato (Poeae, Poaceaé) II Экологическая генетика. 2008. Т. 6. №.4. С.34-46

2. • Родионов A.B., Мачс Э.М., Пунина Е.О., Красилъников Е.М., Михайлова Ю.В., Носов H.H., Гельтман Д.В., Ким Е.С., Коцеруба В.В., Крюков A.A., Райко М.П., Чупов B.C., Шнеер B.C., ЯковлевГ.П. Уровни внутривидовой и межвидовой изменчивости ITS, в природных популяциях цветковых растений: ДНК-штрихкодирование как инструмент исследования и рационального использования биоразнообразия флоры России // Динамика генофондов - Москва - 2008 - С. 63-66.

3. Ким Е. С., Райко М.П., Доброрадова М.А., Пунина Е. О., Носов H.H., Родионов A.B. Полифилетичекое происхождение злаков с редуцированным основным числом из группы Zingeria-Colpodium II Материалы конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея. М., 2007. С. 66-67.

4. Райко М.П., Доброрадова М.А., Ким Е. С., Родионов A.B. Сравнительный анализ последовательностей ITS и генов 5.8S рРНК Anthoxanthum, Hierochloe и Phalaris II Материалы конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея. М., 2007. С. 77-79.

5. Райко М.П., Глускер Г.М. О филогенетических отношениях Anthoxanthum и Hierochloe // Молодежь и наука на Севере. Т. 3. Сыктывкар, 2008. С. 246-247

6. Райко М.П., Глускер Г.М., Родионов A.B. О филогенетических отношениях в трибе Phalarideae II Фундаментальные и прикладные проблемы в ботанике XXI века. Ч. 3. Петрозаводск, 2008. С. 71-72.

2. Обзор литературы

Заключение Диссертация по теме "Ботаника", Райко, Михаил Петрович

6. Выводы.

1. Секвенированы районы ITSl-5,8SpPHK-ITS2 генов 45S рРНК у 39 представителей родов Anthoxanthum, ШегосЫоё, Phalaris, объединяемых ранее в трибу Phalarideae Kunth. Проведён сравнительный анализ этих последовательностей, частоты и спектра мутаций в районах ITS1 и ITS2, а также в эволюционно консервативном гене 5,8 S рРНК.

2. Секвенированы экзоны и интрошгена транспортной РНК лейцина trnL и спейсер trnL-trnV у 25 видов Пахучеколосниковых. Обнаружены характерные крупные инсерции, дупликации и делеции, специфичные для различных клад Phalarideae и некоторых подтриб Aveneae, которые можно рассматривать в качестве синапоморфий при верификации филогенетических гипотез.

3. С помощью методов молекулярной филогении реконструированы возможные филогенетические деревья, показывающие наиболее вероятные пути дивергенции видов трибы Phalarideae и положение родов Anthoxanthum, ШегосЫоё, Phalaris в системе злаков. Показано, что триба Phalarideae не является монофилетической. На всех полученных филограммах Phalarideae чётко разделяется на две удалённые группы, каждая из которых демонстрирует строгую монофилетичность. В одну из них входят представители рода Phalaris, в другую - все ШегосЫоё и Anthoxanthum. Обе эти группы входят в базовые Aveneae, при этом Phalaridinae оказывается сестринской к Agrostidinae, но более эволюционно продвинутой. Полученные данные подтверждают справедливость разделения трибы Phalarideae Kunth на две подтрибы, Anthoxanthinae и Phalaridinae, рассматриваемые в рамках трибы Aveneae.

4. Генетические расстояния между разными видами рода Phalaris существеннно выше, чем между видами Anthoxanthum и ШегосЫоё, что может указывать на более раннюю дивергенцию видов рода Phalaris по сравнению с другими пахучеколосниковыми.

5. В подтрибе Anthoxanthinae виды Anthoxanthum, ранее относимые Р.Брауном к роду Ataxia, формируют отдельную кладу, что говорит в пользу восстановления Ataxia в ранге рода. Обнаружены молекулярные маркеры (в том числе и крупные вставки и делеции), специфические для Anthoxanthum, ШегосМоё и Ataxia. На основании обнаруженных синапоморфий в последовательностях хлоропластного генома предложена схема дивергенции родов и видов в подтрибе Anthoxanthinae.

6. Межвидовая изменчивость ITS у видов A. odoratum (2п=20) и A. alpinum (2n=10), A. nipponicum Honda (2п=10) не превышает внутривидовой, что свидетельствует о целесообразности присвоения A. alpinum статуса подвида A. odoratum.

7. Показано, что род ШегосМоё является парафилетическим. Первичный диплоид Н. australis занимает сестринское положение к Anthoxanthum и Ataxia.

8. Последовательности ITS и района trnL-trnF генома хлоропластов видов ШегосМоё aggr. odorata абсолютно идентичны. Точно такие же последовательности были обнаружены у Н. repens, который ранее рассматривался в качестве подвида Н. odorata. Это подтверждает возможность рассматривать таксоны в пределах этого агрегата в качестве единственного вида Н. odorata.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Райко, Михаил Петрович, Санкт-Петербург

1. Авдулов Н.П. Карио-систематическое исследование семейства злаков // Труды по прикладной ботанике, генетики и селекции. 1931. Приложение 44. С. 1-352.

2. Алешин В.В. Синапоморфные признаки в РНК малой субъединицы рибосом беспозвоночных. Автореф. дисс. док. биол. наук. М., 2005. 48 с.

3. Антонов A.C. Основы геносистематики высших растений. М: МАИК Наука/Интерпериодика. 2000. 135 с.

4. Ванюшин Б.Ф. Энзиматическое метилирование ДНК эпигенетический контроль за генетическими функциями клетки // Биохимия. 2005. Т. 70. № 5. С. 598-611.

5. Ворошилов В.Н. Hierochloe R.Br. Зубровка. - кн.: Флора советского Дальнего Востока. М., «Наука», 1966, с. 47.

6. Голубцова Е.В. Второй во флоре СССР вид Пахучеколосника (Anthoxanthum) и его систематическое положение // Ученые записки ЛГУ. Серия «Биол. науки». 1950. вып. 23. С. 92 96.

7. Дмитриева Е.Ш. Агроэкологическая оценка' интродукции канареечника тростникового Phalaris arundinacea L. (Rausch.) на суходолах Приангарья Автореф. дисс. канд. биол. наук. Иркутск. 2005. 20 с.

8. Ким Е.С. Молекулярно-филогенетическое исследование происхождения двухромосомных злаков. Автореф. дисс. канд. биол. наук. СПб, 2008.

9. Колокольников Л.Б. К систематике Anthoxanhtum odoratum L.II Журнал РБО, 1931 т. 16 с. 191-196

10. Крогулевич P.E. Роль полиплоидии в генезисе высокогорной флоры Станового нагорья // Экология флоры Забайкалья. Иркутск, 1971. с. 115 214.

11. Лавренов В.К. Энциклопедия лекарственных растений народной медицины. СПб: Нева, 2004.272 с.

12. Пименов М.Г., Борисова Л.Ф. Хемосистематика // Итоги науки и техники. 121 ВИНИТИ. Сер. Ботаника. М„ 1987.

13. Пробатова Н.С. Хромосомные числа в семействе Роасеае и их значение для систематики, филогении и фитогеографии (на примере злаков Дальнего Востока России)// Комаровские Чтения. 2007. Вып. 55. С. 9-103.

14. Рожевиц Р.Ю. Зубровка, лядник Hierochloe R.Br. II Флора СССР. Т.2. Л., 1946, с. 2540.

15. Рожевиц Р. Ю., Злаки. Введение в изучение кормовых и хлебных злаков. М. — Л., 19371 6. Рожевиц Р.Ю. Система злаков в связи с их эволюцией // Сб. науч. работ, выполненных затри года Великой Отечественной Войны 1941 1943. Л., 1946. С. 25 -40.

16. Сергиевская Л.П. Флора Забайкалья. Томск, 1969. Вып. 2. Gramineae — Злаковые.

17. Соколовская А.П., Пробатова Н.С. Числа хромосом некоторых видов Alopecurus L. флоры СССР // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. биол. 1974. Т. 21. № 4. с. 62 67.

18. Стрелкова О.С К экологии и систематике Anthoxanthum odoratum L. // Труды Петергофского естественно-научного института. 1932. №8. С. 203-223.

19. Цвелев Н.Н. Poaies — Мятликоцветковые// Федоров А.А. (ред.) Флора Европейской части СССР. Т. 1. Л.: Наука. 1974. С. 117-368.N

20. Цвелёв Н.Н. О происхождении арктических злаков (Роасеае) // Бот. журн. 1976а. Т. 61. №10. С. 1354-1363.

21. Цвелёв Н.Н. Злаки СССР. Л 19766. 788 с.

22. Цвелев Н.Н. Определитель сосудистых растений Северо-Западной России. СПб, 2000. 782 с

23. Цвелев Н.Н. Проблемы теоретической эволюции и морфологии высших растений. М.: КМК, 2005. 407 с.

24. Цвелёв Н.Н. Заметки о злаках флоры СССР, 7. В кн.: Новости систематики высших растений. Т. 10 Л., «Наука», 1973, с. 79-98.

25. Шнеер B.C. О видоспецифичности ДНК: 50 лет спустя// Биохимия. 2007. Т.72. № 12. С. 1690- 1699.

26. Шохина Н.К. Эколого-географический и систематический обзор рода Hierochloe R.Br. Растительные ресурсы Южной Сибири и пути их освоения. Новосибирск, 1977 с. 116134

27. Adanson, М. Families des Plantes. Paris, 1763. «Vincent».

28. Altschul S.F., Madden T.L., Schaffer A.A., Zhang J., Zhang Z„ Miller W., Lipman D.J. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs // Nucleic Acids Res. 1997. 25: 3389-3402.

29. Ambastha H. N. S. Cytological investigations in Phalaris // Genetica. Vol. 28. 1956. P. 6498.

30. Bentham G. Notes on Gramineae // Journal of the Linnean Society of London, Botany Volume 19, Issue 115-116, pages 14-134, December 1881

31. Borsch Т., Hilu K.W., Quandt D., Wilde V., Neinhuis C. and Barthlott W. Noncoding plastid trnT-trnF sequences reveal a well resolved phylogeny of basal angiosperms // J. Evol. Biol. 2003. Vol. 16. P. 558-576.

32. Borrill M. Experimental studies of evolution in Anthoxanthum (Gramineaé) II Genetica. 1963. Vol. 34. P. 183-210.

33. Böcher T.W. and Larsen K. Chromosome numbers of some arctic or boreal plants // Meddelerser om Grönland. 1950. Vol. 147. P. 1 32.

34. Böcher T.W. Experimental and cytological studies on plant species. VI. Dactylis glomerata and Anthoxanthum odoratum //Bot. Tidsskr. 1961 . Vol. 56. P. 314 335.

35. Caro, J.A. Sinopsis taxonómica de las gramíneas argentinas // Dominguezia. 1982. Vol. 4: P. 1-51.

36. Chrtek J, Jirasek V. Beitrag zur Kenntnis der Veränderlichkeit von Hierochloe odor ata (L. ) Pal. -Beauv. in der Tschechoslowakei II Preslia. 1964. Vol.36, № 3, S. 245-50.

37. Clark, L. G., Zhang, W. & Wendel, J. F. A phylogeny of the grass family (Poaceae) based on ndhF sequences // Syst. Bot. 1995. Vol. 20. P. 436 460.

38. Clayton, W. D. and S. Renvoize. Genera Graminum: Grasses of the world // Kew Bulletin, Additional series 1986. Vol. 13. P. 1-389.

39. Clifford, H. T. The classification of the Poaceae: a statistical study // Pap. Dept Bot. Univ. Qld. 1965. Vol. 4. P. 243 253.

40. Clifford, H. T. and Goodall, D. W. A numerical contribution to the classification of the Poaceae // Aust. J. Bot. 1967. Vol. 15. P. 499 519.

41. Coleman A.W. ITS2 is a double-edged tool for eukaryote evolutionary comparisons // TRENDS in Genetics 2003. Vol.19. P. 370-375.

42. Coleman A.W. Pan-eukaryote ITS2 homologies revealed by RNA secondary structure.// Nucleic Acids Res. 2007. Vol. 35. № 10. Pp.3322-3329.

43. Crick F. Codon-anticodon pairing: the wobble hypothesis // J Mol Biol. 1966. Vol. 19 (2). P. 548-55.

44. Cummings M.P., King L.M., Kellogg E.A. Slipped-strand mispairing in a plastid gene: rpoC2 in grasses (Poaceae) // Mol Biol Evol. 1994. Vol. 11 (1). P. 1-8.

45. Davis J.I., Soreng R.J. Phylogenetic structure in the grass family (Poaceae) as inferred from chloroplast DNA restriction site variation // Am. J. Bot. 1993. Vol. 80. P. 1444 1454.

46. Doyle J.J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation prosedure for small quantities of fresh leaf tissue// Phytochem. Bull. 1987. Vol. 19. P. 11 15.

47. Endlicher S. Genera plantarum secundum ordines naturales disposita. T.l. Vindobonae, 1830-1840. P. 79-82.

48. Finnegan E.J., Kovac K.A. Plant DNA methyltransferases // Plant Mol. Biol. 2000. Vol. 43. Pp. 189-201.

49. Galatowitsch S., Budelsky R. Yetka L. Revegetation strategies for Northern temperature glacial marshes and meadows// Streaver W. (ed.) An International Perspectivs on Wetland Rehabilitation. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1999. P. 225-242.

50. Gottschling M., Plotner J. Secondary structure models of the nuclear internal transcribed spacer regions and 5.8S rRNA in Calciodinelloideae (Peridiniaceae) and other dinoflagellates //Nucleic Acids Res. 2004. Vol. 32. P. 307-315.

51. Grass Phylogeny Working Group. Phylogeny and Subfamilial classification of the Grasses {Poaceae) II Annals of the Missouri Botanical Garden. 2001. Vol, 88. P. 373-430.

52. Haugen P., Simona D., Bhattacharya D. The natural history of group I introns // Trends in Genetics. 2005. Vol. 21,1. 2. P. 111-119.

53. Hedberg I. The genesis of tetraploid Anthoxanthum odoratum // Acta Univ. Ups., Symb. Bot. Ups. 1986. Vol. 26. P. 147 154.

54. Hilu K., Wright K. Systematics of Poaceae: A Cluster Analysis Study // Taxon. 1982. Vol. 31. P. 9-36.

55. Hilu K., Esen A. Prolamin size diversity in the Poaceae // Biochem. Syst. & Ecol. 1988. Vol. 16. P. 457-465.

56. Hilu K, Alice L.A., Liang H. Phylogeny of Poaceae inferred from matK sequences*// Ann. Missouri Bot Gard. 1999. Vol. 86. P. 835 851.

57. Hilu K, Alice L.A. Evolutionary implications of matK indels in Poaceae // Am. J. Bot. 1999. Vol. 86. P.1735- 1741.

58. Hilu K, Alice L.A. A phylogeny of Chloridoideae (Poaceae) based on matK Sequences. // Syst. Bot. 2001. Vol. 26. P. 386 405.

59. Hilu K. A century of progress in grass systematics // Kew Bulletin. 2007. Vol. 62. P. 355373.

60. Hitchcock A., Chase A. Manual of the Grasses of the United States. 2nd. Ed. U.S.D.A. Misc. Publ. 200. USA. 1950.

61. Hitchcock A. Manual of the grasses of U.S.U.S.D.A. // Misc. Publ. 1951 V. 200. P. 1 1040.

62. Honda M. Revisio Graminum Japonia X// Bot. Magazine (Tokyo). 1926. Vol.40 , No.474. P. 317-329

63. Horsfield T., Bennet J.J. and Brown R. Plantae Javanicae rariores, descriptae iconibusque illustratae, London: W. H. Allen, 1838-52.

64. Inda L.A., Segarra-Moragues J.G., Müller J., Peterson P., Catalán P. Dated historical biogeography of the temperate Loliinae (Poaceae, Pooideae) grasses in the northern and southern hemispheres // Mol. Phylogenet. Evol. 2008. Vol. 46. P. 932-957.

65. Jones K. Chromosomes and the nature and origin of Anthoxanthum odoratum L. // Chromosoma. 1964 Vol. 15. P. 248-274.

66. Jones B.M.G., Melderis A. Anthoxanthum odoratum L. and Anthoxanthum alpinum A. and D. Löve // Proc. Bot. Soc. Brit. Isles. 1964. Vol. 5. P. 375 377.

67. Jörgensen C.A., Sörensen Th., Westergaard M. The flowering plants of Greenland. Taxonomical and Cytological Survey // Biol. Skr. Dan. Vid. Selsk. 1958. Vol. 9. P. 1 172.

68. Joseph N., Krauskopf E., Vera M.I., Michot B. Ribosomal■ internal transcribed spacer 2 (ITS2) exhibits a common core of secondary structure in vertebrates and yeast // NAR. 1999. Vol. 27. № 23. Pp. 4533-4540.

69. Katterman G. Uber die Bildung polyvalenter Chromosomenverbände bei einigen Gramineen //Planta. 1931 Vol. 12. P. 732-774.

70. Kunth C.S. Révision des Graminées publiées dans les Nova genera et Species Plantarum de Humboldt et Bonpland. Paris. 1829 - 1834. P. 1 - 168; ;

71. Kunth C.S. Enumeratio Plantarum Omnium Hucusque Cognitarum, Secundum Familias Naturales Disposita, Adjectis Characteribus, Differentus et Synonymis. Supplementum Tomi Primi. Stutgardiae et Tubingae, 1835. P. 14.

72. Ledebour C.F. A. Flora Rossica; siye Enumeratio Plantarum inTotius Imperii Rossici Provinciis Europaeis, Asiaticis et Americanis Hucusque Observatum. T. 4. Stuttgartiae, 1853. P. 451-465.

73. Löve A. and Löve D. Chromosome numbers of flower plant species // Univ. Inst. appl. Sei. Reykjavik, Ser. 13.1948

74. Löve A. and Löve D. The diploid perennial Anthoxanthum // Scientia Islandica. Sc. in Island. Anniversary volume. 1968. p. 26 30.

75. Mai J.C., Coleman A.W. The'Internal Transcribed Spacer 2 exhibits a common secondary structure in green algae and flowering plants // J. Mol. Evol. 1997. Vol. 44. P. 258-271.

76. Miquel F.A.W. Flora van Nederlandsch Indië. Amsterdam, 1855. P. 362.

77. Moerman D. Native American ethnobotany. Timber Press Inc., 1998, p.266

78. Moritzi A. Flora der Schweiz, mit Besonderer Berücksichtigung ihrer Vertheilung nach Allgemein Physischen und Geologischen Zürich, 1844. P. 583-584.

79. Mullis, K., Faloona, F., Scharf, S., Saiki, R., Horn, G., Erlich, H. 1986. Specific enzymatic amplification of DNA in vitro: The polymerase chain reaction // Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. Vol. 51. P. 263-273.

80. Musters W., Boon K., van der Sande C.A.F.M., van Heerikhuizen H., Planta RJ. Functional analysis of transcribed spacers of yeast ribosomal DNA // EMBO. 1990. Vol. 9. P. 3989 -3996.

81. Nadot S., Bajon R. and Lejeune B. The chloroplast gene rps 4 as a tool for the study of Poaceae phylogeny // Plant Systematics and Evolution. 1994. Vol. 191. P. 27-38.

82. Nakamura T., Ohta M., Sugiura M., Sugita M. Chloroplast ribonucleoproteins are associated with both mRNAs and intron-containing precursor tRNAs // FEBS Lett. 1999. Vol. 460. P. 437-441.

83. Nazar N. R. Ribosomal RNA processing and ribosome biogenesis in Eukaryotes // IUBMB Life. 2004. Vol. 56. P. 457-465.

84. Oram R.N. Phalaris canadensis is a domesticated form of P. brachystachys // Genetic Resources and Crop Evolution. 2004. Vol. 51. P. 259-267.87. Östergren G. Chromosome numbers in Anthoxanthum // Hereditas. 1942. Vol. 33. P. 242243.

85. Patze C. A. Meyer E.H.F., Elkan L. Flora der Provinz Preussen. Königsberg, 1850. P. 38-39.

86. Peculis B.A., Greer C.L. The structure of the ITS2-proximal stem is required for pre-rRNA processing in yeast // RNA. 1998. Vol. 4. P. 1610-1622.

87. Petersen A., Petersen W., Wacker G. Die Gräser als Kulturpflanzen und Unkräuter auf Wiese, Weide und Acker. Stuttgard: Akademie-Verlag, 1988 - 275 p.

88. Pimentel M and Sahuquillo E. Relationships between the close congencrs Anthoxanthum odoratum and A. alpinum (Poaceae,Pooideae) assessed by morphological and'molecular methods // Botanical Journal of the Linnean Society. 2008. Vol. 156. P. 237-252.

89. Pohl R.W. New taxa of Hierochloe, Pariana, and Triplasis from Costa Rica // Iowa State Journal of Research. 1972. Vol. 47(1). P. 71-78.

90. Posada D, Crondall K.A. Modeltest: testing the model of DNA substitution // Bioinformatics. 1998. Vol. 49. P. 817-818

91. Quintanar A., Castroviejo S., Catalan P. Phylogeny of the tribe Avenea (Pooideae, Poaceae) inferred from plastid trnT-F and nuclear ITS sequences.// American journal of Botany. 2007. Vol. 94. № 9. Pp. 1554-1569.

92. Ridgway K.P., Duck J.M., Young J.P.W. Identification of roots from grass swards using PCR-RFLP and FFLP of the plastid trnL (UAA) intron // BMC Ecology 2003, 3:8

93. Ronquist F., Huelsenbeck J.P. MRBAYES 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models//Bioinformatics. 2003. Vol. 19. P. 1572-1574.

94. Rozmus M. The taxonomical rank of Anthoxanthum alpinum L. et L. in the light of anatomical studies //Acta Biol. Crac. 1960. Vol. 3. P. 81-90.

95. Ruiz E.P. Revisión de las especies españolas del género Phalaris II Anales del Jardín Botánico de Madrid. 1948. P. 475-522

96. Schouten Y., Veldkamp J. A' revision of Anthoxanthum including Hierochloe (Gramineaé) in Malaisia and Thailand // Blumea. 1985. Vol. 30. P. 319-351.

97. Schultz J., Maisel S., Gerlach D., Müller T., Wolf M. A common core of secondary structure of the internal transcribed spacer 2 (ITS2) throughout the Eukaryota // RNA. 2005. Vol. 11. P. 361-364.

98. Soreng R.J. Anthoxanthum II In Catalogue of New World Grasses (Poaceae): IV. Subfamily Pooideae. Contr. U.S. Natl. Herb. 2003. Vol. 48. P. 111-1115.

99. Soreng R.J., Davis J.I. Phylogenetics and character evolution in the grass family {Poaceae): simultaneous analysis of morphological and chloroplast DNA restriction site character sets // The Botanical Review. 1998. Vol. 64. P. 1-89.

100. Stebbins G. Taxonomy and the Evolution of Genera, with Special Reference to the Family Gramineae II Evolution. 1956. Vol. 10. P. 235-245.

101. Stebbins G. The Inviability, Weakness, and Sterility of Interspecific Hybrids // Advances in Genetics. 1958. Vol. 9. P. 147-215.

102. Stebbins G. and Crampton B. A suggested revision of the grass genera of temperate North America // Recent Advances in Botany. 1961. Vol. 1. P. 133 145.

103. Swofford D.L. PAUP*. Phylogenetic Analysis Using Parsimony (*and Other Methods). Version 4. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts, 2003.

104. Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S. MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0 II Molecular Biology and Evolution. 2007. Vol. 24. P. 1596-1599.

105. Tateoka T. Miscellaneous papers on the phylogeny of Poaceae, X: Proposition of a new phylogenetic system of Poaceae // J. Jap. Bot. 1957. Vol. 32. P. 275-287.

106. Tateoka T. Geographical distribution of the genus Hierochloe H J. Japan bot. 1965. Vol. 40. P. 220-224.

107. Tateoka T. Notes on Anthoxanthum nipponicum Honda // Journ. Japan. Bot. 1966. Vol.41(3). P. 85-88.f

108. Torres R.A., Ganal M., Hemleben V. GC balance in the internal transcribed spacers ITS 1 and ITS 2 of nuclear ribosomal RNA genes // J Mol Evol. 1990. Vol. 30. P. 170-181.

109. Tutin T.G. A note on species pairs in the Gramineae II Watsonia. 1950. Vol. 1. P. 224 227.

110. Tutin T.G., Heywood V.H., Burges N.A., Moore D.M., Valentine D.H., Walters S.M. and Webb D.A. Flora Europaea, vol. 5, Poaceae // Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1980. 452 pp.

111. Tzvelev N.N. The system of grasses (Poaceae) and their evolution // The Botanical Review. Vol. 55. P. 141-203.118. van der Hoeven J., de Vriese W.H. Tijdschrifit voor Natuurlijke Geschiedenis en Physiologic. Leiden, 1841. P. 49

112. Varani G., McClain W. The GdotU wobble base pair. A fundamental building block of RNA structure crucial to RNA function in diverse biological systems // EMBO reports. 2000.Vol 1. P. 18-23.

113. Watson L., Clifford, H. T., & Dallwitz, M. J. (1985). The classification of the Poaceae: subfamilies and supertribes. Aust. J. Bot. 33: 433 484.

114. Watson L., Dallwitz M.J. The Grass genera of the wold // CAB International. Wallingford. UK. 1992.

115. Weimarck G. Variation and taxonomy of Hierochloe (Gramineae) in the Northern Hemisphere//Bot. Notiser. 1971. Vol. 124. P. 129-175.

116. Willis J.C. A dictionary of flowering plants and ferns, 7th edit. Kew: Royal Botanic Gardens, 1966.

117. Wimmer F. Flora von Schlesien preussischen u. oesterreichischen Antheils vom oberen Oder- und Weichesel-Quellen-Gebiet. Breslau, 1841. P. 440-441.

118. Bentham G. Notes on Gramineae// J. of the Linnean Soc. Botany. 1881. Vol. 19. № 115-116. P. 14-134.

119. Winkworth R.C., Wagstaff S.J., Glenny D., Lockhart P.J. Evolution of the New Zealand mountain flora: origins, diversification and dispersal // Organisms, Diversity and Evolution. 2005. Vol. 5. P. 237-247.

120. Xia X. Data analysis in molecular biology and evolution // Kluwer Academic publishers, Boston, 2000. P. 276.

121. Xia X., Xie Z. DAMBE: Data analysis in molecular biology and evolution // J. Heredity. 2001. Vol. 92. P. 371-373.

122. Zuker M. Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction. // Nucleic Acids Res. 2003 Vol. 31 (13), P. 3406 3615.8. Благодарности

Информация о работе

Райко, Михаил Петрович
кандидата биологических наук
Санкт-Петербург, 2011
ВАК 03.02.01

Диссертация

Молекулярная систематика и филогения трибы Phalarideae семейства Poaceae флоры России - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы