Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Популяционная структура комплекса Saxifraga cernua L.-S.sibirica L. на Урале и факторы, ее определяющие

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Популяционная структура комплекса Saxifraga cernua L.-S.sibirica L. на Урале и факторы, ее определяющие"

На правах рукописи

Капралов Максим Владимирович

Популяционная структура комплекса Saxífraga cernua L. - S. sibirica L. на Урале и факторы, ее определяющие

03 00 16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург 2004

Работа выполнена в Институте экологии растений и животных Уральского отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Глотов Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Позолотина Вера Николаевна

кандидат биологических наук Князев Михаил Сергеевич

Ведущая организация' Ботанический институт им. В Л Комарова

РАН

Защита состоится 16 ноября 2004 г в 16 часов на заседании Диссертационного совета Д 004 005.01 при Институте экологии растений и животных УрО РАН по адресу 620144, г Екатеринбург, ул 8 Марта, 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии растений и животных УрО РАН

Автореферат разослан «

(К» .еКА&Ь^А. 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор биологических наук /?. // .

Нифонтова М.Г

SP/3X

Актуальность темы. Многие организмы могут производить потомство, генетически идентичное родителю - клоны. Существуют противоречивые предположения относительно структуры популяций, где половой процесс отсутствует или редок: популяции состоят из нескольких локальных генотипов (Williams, 1975; Janzen, 1977); популяции агамных организмов могут быть также полиморфны, как и у организмов с регулярным половым процессом (Maynard Smith, 1971; Price, Waser, 1982; Lynch, 1984). В популяциях клональных животных найден высокий генетический полиморфизм, но они менее изменчивы, чем популяции родственных видов с половым размножением (Parker, 1979). Для клональных растений было показано генотипическое разнообразие, сопоставимое с таковым у видов с облигат-ным половым размножением (Ellstrand, Roose, 1987; Widen et al, 1994) и, возможно, формируемое спорадическим половым размножением (Eriksson, 1993), соматическими мутациями (Femando, Cass, 1996), миграцией клонов, гетерогенностью местообитаний (Abrahamson, 1980) Несмотря на многочисленные исследования, вопрос о факторах, поддерживающих генотипическое разнообразие в популяциях клональных растений, остается дискуссионным (Ellstrand, Roose, 1987).

Выбранный нами вид - камнеломка поникающая {Saxífraga cernua L.) - клоналыгое аркто-альпийское растение с варьирующим соотношением полового и бесполого размножения (Molau, 1992; Brochmann, Hápnes, 2001). Вид характеризуется контрастным внутрипопуляционным генотипическим разнообразием (Bauert et al., 1998, Gabrielsen, Brochmann, 1998; Kjolner et al, 2004). На Урале существуют относящиеся к циркумполярной арктической части ареала полярноуральские популяции S cernua и периферические популяции Северного, Среднего и Южного Урала. На Южном Урале обитает близкий вид с облигатно семенным воспроизводством 5 sibirica L На Среднем Урале доминируют популяции растений промежуточного облика между S cernua и 5 sibwica (Капралов, 2003).

Цель работы - исследование популяционной структуры комплекса 51 сегпиа — .9 ^¡Ыгка генетическими методами и факторов, предположительно определяющих популяционную структуру (соотношение полового и бесполого воспроизводства, кариологический полиморфизм, история популяций) Основные задачи: 1. Выявить меж- и внутрипопуляционную генетическую структуру комплекса 5 сегпиа - .¡¡Ыгка в уральской части ареала. 2. Проверить гипотезу гибридного происхождения (5 сегпиа х 5 .я"Ыгка) средне-уральских растений с промежуточными значениями морфологических признаков. 3. Изучить репродуктивную биологию растений комплекса в природных условиях и при культивировании в лаборатории. 4 Выявить хромосомный полиморфизм в популяциях 5. Проанализировать взаимосвязь внутрипопуляционной генетической изменчивости с репродуктивными стратегиями, гшоидностью растений, историей популяций.

Научная новизна. Впервые получены сведения о популяционной структуре, репродуктивном и кариологическом полиморфизме комплекса 5 сегпиа -5 згЫгка с использованием одних и тех же популяций. Выявление генетической изменчивости с помощью анализа ДНК (АРЬР) является первым для травянистых растений Урала. Доказано гибридное происхождение ряда среднеуральских популяций. Установлены генетически обусловленные морфологические различия между 5 сегпиа, 5 .иЬи-ка и гибридами. Показано, что половое размножение является ведущим фактором, определяющим генотипическое разнообразие в популяциях комплекса.

Теоретическое и практическое значение. Полученные данные расширяют знания о популяционной структуре клонообразующих растений и адаптивном значении пола. Внесен определенный вклад в решение вопросов формирования аркто-альпийской флоры Урала Показана эффективность анализа ДНК (АРЬР) для выявления структуры популяций полиплоидных организмов Полученные результаты важны для разработки стратегии охраны реликтовых видов флоры Урала.

^ I ...,»<

! а ^ * г »г.

ТА* ^

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Уральские популяции комплекса S. сегпиа - S. sibirica обладают высоким генетическим, морфологическим, кариологическим и репродуктивным полиморфизмом.

2 Среднеуральские популяции растений с промежуточной морфологией возникли вследствие гибридизации S. сегпиа х S. sibirica.

3 Для популяций среднеуральских гибридов и 5. sibirica характерен максимальный уровень генотипического разнообразия, для полярно-уральских популяций S. сегпиа - относительно высокий, для периферических популяций S. сегпиа Северного и Среднего Урала - крайняя генетическая обедненность.

4. Ведущая роль в формировании внутрипопуляционного генотипического полиморфизма принадлежит половому размножению, которое является регулярным в популяциях S sibirica и гибридов, спорадическим в популяциях S. сетиа из центра ареала и не обнаружено в южных периферических популяциях S. сетиа.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены: 1) в виде стендовых докладов на конференции молодых ученых «Проблемы глобальной и региональной экологии» (Екатеринбург, 2003), на II международной конференции «Анатомия и морфология растений» (Санкт-Петербург, 2002); 2) в виде устных докладов на конференции молодых ученых «Биота горных территорий: история и современное состояние» (Екатеринбург, 2002), на VI всероссийском популяционном семинаре «Фундаментальные и прикладные проблемы популяционной биологии» (Нижний Тагил, 2002), на XI международном совещании по филогении растений (Москва, 2003), на международной конференции «VII Clonal Plant Workshop: Reproductive strategies, biotic interactions and metapopulation dynamics» (Куусамо, Финляндия, 2003), на международном конгрессе «IX Congress of European Society for Evolutionary Biology» (Лидс, Великобрита-

ния, 2003), на конференции молодых ученых «Экологические механизмы динамики и устойчивости биоты» (Екатеринбург, 2004), на VIII молодежной конференции ботаников (Санкт-Петербург, 2004), на заседании Норвежского ботанического общества (Осло, Норвегия, 2004)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, выводов и приложения Диссертация изложена на 161 странице, включает 12 таблиц и 14 рисунков Список литературы содержит 194 источника, в том числе 151 иностранный

Глава 1. Объект исследования

Проведен обзор литературы, посвященной экологии и эволюции рода Saxífraga, морфологическому, кариологическому и репродуктивному полиморфизму, распространению и популяционной структуре S. сетиа и S. sibirica.

Глава 2. Характеристика районов исследования и методика

Приведен литературный обзор природных условий Полярного, Северного, Среднего и Южного Урала и палеоклимата Урала в позднем плейстоцене-голоцене (микулинское межледниковье, валдайская эпоха).

Методика исследования. Нами было исследовано 17 популяций, шесть - S сетиа из основной циркумполярной части ареала, четыре - S. сетиа с южной периферии ареала, четыре - S. sibirica, три - предполагаемые гибриды (табл 1). Выполнены три вида анализа: генетический (полиморфизм ДНК и аллозимов), кариологический и репродуктивной биологии По возможности все виды анализа проводили с использованием одних и тех же растений Материал собирали во время полевых маршрутов 2000-2002 гг Расстояние между собираемыми растениями в популяциях превышало пять метров, площадь, с которой собирали растения в пределах одной популяции, не превышала 0,01 км2 (кроме популяции №7, где 200 м и 1 км2, соответственно). В лаборатории растения культивировали в отдельных пла-

стиковых горшках, при температуре 18°-22"С и круглосуточном искусственном освещении. Время культивирования для большинства растений составило около двух лет, в течение которых они неоднократно цвели. Подробное описание использованных в работе методов приведено в соответствующих главах. Для статистической обработки материала использовали пакет STATISTIC А 6 (2001), за исключением специально оговоренных случаев Для сравнения данных, полученных на полевом и лабораторном материале, и сравнения групп популяций использовали непараметрический тест Манна-Уитни; для проверки гипотезы о существовании линейной корреляции использовали коэффициент ранговой корреляции Спирмена (rs). Таблица 1. Исследованные популяции комплекса S. сегпиа - S. sibirica

№ Тип Местонахождение N Широта °N Долгота °Е Высота, м н у.м

1 CER Река Байдарата-Яха 10 68°05' 66-25' 300

2 CER Река Щучья 5 67°54' 66-38' 280

3 CER 143 км ж/д Обская 10 67°20' 68°24' 50

4 CER Ручей Сенька-Шор 10 66°55' 65°46' 200

5 CER Река Собь 7 66°55' 65°44' 200

б CER Ручей Орех-Еган 8 66°4 8' 65-25' 200

7 CER Денежкин Камень 10 60°26' 59-34' 1350

8 CER Река Сосьва 3 60°22' 60°08' 150

9 CER Река Сосьва 10 60°14" 60-23' 160

10 INT Река Чусовая 15 57°40' 58-53' 300

11 INT Река Реж 15 57°29" 61°32' 150

12 CER Река Чусовая 10 57°20' 59°15' 300

13 INT Река Серга 10 56-30' 59-16' 300

14 SIB Река Юрюзань 15 54°58' 58°08' 300

15 SIB Река Минка 6 54-56' 58-59' 300

16 sro Река Катав 2 54°39' 58-13' 350

17 SIB Озеро Банное 3 53°37" 58-35' 600

Примечание. Тип растений- CER - S сегпиа; SIB - S. sibirica; INT- растения промежуточной морфологии. N - число растений, взятое для ДНК-анализа. Популяции упорядочены в соответствии с широтой: с севера на юг.

Глава 3. История формирования комплекса Saxífraga cernua -S. sibirica на Урале

Для выявления структуры комплекса популяций и проверки гипотезы i ибридогенного происхождения части среднеуральских популяций мы исследовали полиморфизм ДНК методом AFLP (Amplifíed Fragment Length Polymorphism; Vos et al., 1995). Анализ был проведен нами в молекулярной лаборатории Университета Осло (Норвегия) в соответствии с протоколом AFLP™ Plant Mapping Kit (Applied Biosystems, AB) с использованием следующих сочетаний праймеров: преселективный 5'-GACTGCGTАССААТТСА-3' и селективный 5'-GACTGCGTACCAATTCAGA-3'; преселективный 5'-GATGAGTCCTGAGTAAC-3' и селективные 5'-GATGAGTCCTGAGTААСТТ-3', 5'-GATGAGTCCTGAGTAAC АА-3' и 5'-GATGAGTCCTGAGTAAC AG-3'. Анализ AFLP-фрагментов проводили с использованием секвенатора ABI 3100 sequencer (АВ) Полученные профили были обработаны в программе ABI prism GeneScan 3 7. Для дальнейшего анализа использовали бинарную матрицу присутствующих (1) и отсутствующих (0) фрагментов.

Использованные комбинации праймеров вместе дали 253 полиморфных AFLP-фрагмента, выявивших 98 генет (AFLP-фенотипов) среди взятых в анализ 149 растений (табл. 1). Фиксированных маркеров, специфичных для отдельных популяций или видов, не было обнаружено, популяции различались лишь по частотам AFLP-фрагментов, что подтверждает большую генетическую близость S. cernua и S. sibirica.

Кластеризация методом объединения соседей (Treecon 1.3b; Van de Peer, De Wachter, 1994) и невзвешенным парно-групповым методом (NTSYS 1.80, Rohlf, 1994) показала четкое структурирование растений по четырем географическим регионам. Исключение составила среднеуральская популяция №12, отнесенная к популяциям с Северного Урала. Saxífraga cernua, S. sibirica и предполагаемые гибриды кластеризовались отдельно друг от друга, последние помещались между S. cernua и S. sibirica (рис. 1).

ЯМ 4

Р1!4 (им* 2,5 8) РШ 6 из («41Д10) Л)3 (охЬ 2-5.7,9) №5 I РЦЗ I РИЗ (ш4 4,5) ИЛ_7

риз э

риз (нкк 2,6) Р1Л 14

РШ (т* 7.8)

Р1)1 (и»Й» 9,10,11)

РШ (юЬ 1,4) 3

У2 (шйя 1-4,6-8)

П (и* ЗАЮ)

I И

МЛ Оак 1-3) ш«)№Э0Й& 1-10)

5. сегпиа Полярный Урал

£ сегпиа

Северный Урал

Ж. сегпиа Средний Урал

Растения с промежуточной морфологией

Средний Урал

Б. зШгка

Южный Урал

0.1

Рис. 1. Кладограмма 98 АРЬР-фепотипов, представляющих 17 исследованных популяций. Кластерный анализ выполнен методом объеденения соседей.

Тест на отнесение особей из популяций предполагаемых гибридов к родительским видам или к искусственно созданной популяции гибридов F1 на основании частот AFLP-маркеров (AFLPOP; Duchesne, Bernatchez, 2002) показал высокую вероятность гибридного происхождения трех средне-уральских популяций.

Кластеризация уральских популяций комплекса S. сетиа - S. sibirica на основе анализа ДНК соответствует группам, выделенным на основании морфологических признаков и географического распространения растений: 1) полярноуральская S сетиа из основной части ареала; 2) периферические реликтовые популяции S. сетиа с Северного и Среднего Урала; 3) S. sibirica с Южного Урала; 4) среднеуральские популяции растений с промежуточной морфологией, возникшие вследствие гибридизации S. сетиа х S. sibirica.

Нами предложена гипотеза формирования современной структуры комплекса S. сетиа - S sibirica на Урале Saxífraga sibirica не распространена в Арктике, следовательно, наиболее вероятна ее миграция на Южный Урал непосредственно из центрально-азиатского участка ареала, скорее всего, с Алтая через Казахский мелкосопочник и продвижение на север вдоль Уральского хребта Saxífraga сетиа повсеместно распространена на Полярном Урале, южнее вид представлен популяциями горных тундр и скальных обнажений речных долин, причем число популяций S сетиа резко снижается по мере продвижения на юг. Весьма вероятно, что во время оледенений, будучи характерным компонентом перигляциальной тундры, S. сетиа, подобно многим аркто-альпийским видам, расселилась из Арктики на юг до Южного Урала (Горчаковский, 1969). Свидетельством встречи двух близких видов на Среднем Урале служат гибридные популяции, распространенные здесь шире, чем оба родительских вида По-видимому, следует говорить об интрогрессивной гибридизации 51. сетиа х S. sibirica и обособлении гибридных популяций от родительских видов.

Глава 4. Репродуктивная биология растений уральских популяций комплекса Saxífraga cernua - S. sibirica

Оценку полового и бесполого размножения проводили, подсчитывая количество цветков и вегетативных пропагул (ВП) на генеративный побег. Среднее число цветков в популяционных выборках варьировало от 0 до 10 (табл. 2) и возрастало в ряду S. cernua —* гибриды —► S. sibirica (проанализировали 370 растений из 12 популяций в природе и 107 растений из 15 популяций в лаборатории). Среднее число ВП в популяционных выборках варьировало от 0 до 219 (табл. 2) и уменьшалось в ряду S. cernua —> гибриды —* S sibirica (проанализировали 160 растений из 11 популяций в природе и 107 растений из 15 популяций в лаборатории). В большинстве случаев статистически значимых различий в количестве цветков и ВП на генеративных побегах, при сравнении образцов, собранных в природе и выращенных в условиях лаборатории, обнаружено не было (исключения см. табл 2) Полярноуральские растения и S. cernua из периферических популяций значимо не различались между собой по числу цветков и ВП, но отличались от среднеуральских гибридов и S sibirica, а гибриды и S. sibirica - друг от друга Числа цветков и ВП являются ключевыми морфологическими признаками для разделения S. cernua, S. sibirica и гибридов Сохранение различий при совместном выращивании растений из различных популяций в лаборатории и отсутствие различий между природными и лабораторными выборками свидетельствуют о значительной генетической детерминированности соотношения структур полового и бесполого размножения.

Мужскую фертильность выявляли окрашиванием пыльцы ацетокармином (45 растений из 5 популяций в природе и 84 растения из 14 популяций в лаборатории; табл. 2). Фертильность пыльцы возрастает в ряду S cernua из периферических популяций —* S. сетиа из полярноуральских популяций —> гибриды и S. sibirica При сравнении лабораторных данных

полярноуральские и периферические растения S. сетиа значимо различались между собой (Р<0,001) и отличались от гибридов и S sibinca (Р<0,001); последние не отличались друг от друга

Ни одна из четырех выделенных нами групп популяций значимо не отличалась от других по числу семяпочек на цветок (исследовали 25 растений из трех популяций в поле и 74 растения из 10 популяций в лаборатории; табл 2). Развитие семяпочек было проверено в 35 цветках с отсутствием нормального развития рыльцевой поверхности (растения из периферических популяций S. сегпиа №№ 7, 9, 12) и у 22 контрольных растений с нормальным развитием (популяции №№ 5, 11, 14). У растений из периферических популяций 16 % цветков характеризовались фертильными семяпочками и 84 % - стерильными. В контрольных популяциях все цветки имели фертильные семяпочки.

Выявленная нами полная или частичная мужская и женская стерильность растений уральских периферических популяций S. сетиа сходна с данными для периферических популяций в других районах: Колорадо (Wehrmeister, Bonde, 1977), Шотландия (Godfree, 1979), Хонсю (Funamoto, Nakamura, 1996). В отличие от растений периферических популяций, полярноуральские растения 5. сегпиа способны к спорадическому семенному воспроизводству, хотя чаще размножаются вегетативно Это подтверждается относительно высокой фертильностью пыльцы, образованием жизнеспособных семян при искусственном опылении и находками растений с вызревшими семенами в природе. Способность к образованию семян показана для растений S. сетиа на Кольском полуострове (Скиткина, 1975), Аляске (Wehrmeister, Bonde, 1977), Шпицбергене (Brochmann, Hapnes, 2001) и в Скандинавии (Molau, 1992). По-видимому, относительно высокая фертильность растений из арктических популяций S. сетиа и стерильность растений периферических популяций является общим правилом.

Высокая фертильность S sibirica была ожидаемой для вида с облигатно семенным размножением Менее ожидаемой была высокая фертильность гибридов, в популяциях которых мы наблюдали обильное образование семян с высокой всхожестью. Среднеуральские гибриды S. cernua х S sibirica подтверждают, что межвидовая гибридизация является распространенным явлением в роде Saxífraga (Webb, Gornall, 1989) Глава 5. Полиплоидные ряды в комплексе Saxífraga cernua - S. sibirica на Урале

Хромосомные числа были подсчитаны с использованием световой микроскопии при увеличении хЮОО для 20 растений из 7 популяций. В качестве материала использовали корешки прорастающих вегетативных пропагул или семян. После обработки 0,1% раствором колхицина и гидролиза препараты окрашивали реактивом Фельгена. Выявлены три хромосомных числа. 2n=16 (S. sibirica)', 2п=24 (гибриды и S. сетиа), 2п=с.36 (S. cernua). Проточная цитометрия была использована для определения плоидности 116 растений из 17 популяций. В анализе использовали суспензию клеток из свежесорванных молодых листьев и цитометр PAS II (Partee GmbH), латук (Lactuca sativa L.) как внутренний стандарт и флуоресцентный краситель DAPI. Использование растений с ранее определенными хромосомными числами позволило интерпретировать относительное содержание ДНК в клетке как уровень плоидности. Выявлены 4 группы, отличающиеся по содержанию ДНК (Р<0,001): 2п=16, 24, с.36 и с.48 или уровни плоидности 2х, 4х, 6х и 8х, соответственно. Все исследованные растения S. sibirica имели 2п=16; все гибриды - 2п=24; растения трех периферических популяций S. сетиа (№№8, 9, 12) - 2п=с.36; в популяции №7 были растения трех уровней плоидности: 2п=24, с.36 и с.48; полярноураль-ские растения S. сетиа имели 2п=24 (популяции №№2, 4, 6) и 2п=с.48 (№3), в популяциях №1 и 5 содержались растения с 2п=24 и с.48 (табл. 2). По-видимому, большая часть растений комплекса характеризуется полными

наборами хромосом, но анеуплоиды присутствуют в популяциях ¿>. сетиа, о чем свидетельствуют стерильные растения с промежуточным количеством ДНК. Наши данные делают Урал наряду с Берингией и Скандинавией одним из центров известного хромосомного разнообразия X сетиа.

Таблица 2. Показатели кариологического и репродуктивного полиморфизма в исследованных популяциях

№ 2п Относительное кол-во ДНК Количество цветков

N N Ср СО XX N Ср. СО

1 ЛАБ 3 0,50 0,006 ~ 8х 6 0,2 0,41

1 ЛАБ 4 0,34 0,030 ~4х

2 ЛАБ 3 0,31 0,012 ~ 4х 4 0,8 0,96

зп 50 0,7 0,47

3 ЛАБ 10 0,52 0,005 ~ 8х 10 0,7 0,48

4 П 50 0,6 * 0,49

4 ЛАБ 10 0,35 0,008 ~ 4х 10 1,0 ♦ 0,00

5 П 50 1,4 1,13

5 ЛАБ 1 0,50 — 8х 6 0,8 0,41

5 ЛАБ 3 24 4 0,35 0,006 ~4х

6П 8 0,35 0,008 ~ 4х 50 0,5 0,58

7 П 10 0,3 ** 0,48

7 ЛАБ 1 0,50 — 8х 10 1,0 ** 0,00

7 ЛАБ 3 с 36 4 0,42 0,010 ~6х

7 ЛАБ 2 0,37 0,000 ~ 4х

8 ЛАБ 1 с 36 3 0,40 0,000 ~6х 3 0,0 0,00

9 П 10 0,8 0,42

9 ЛАБ 9 0,42 0,003 ~6х 10 1,2 0,42

10 П 25 3,4 1,75

10 ЛАБ 10 0,35 0,008 ~4х 9 2,3 2,18

11 П 35 3,1 2,12

11 ЛАБ 4 24 10 0,35 0,007 ~4х 8 2,6 2,26

12 ЛАБ 8 0,44 0,004 ~6х 10 0,2 0,42

13 П 50 4,9 *• 2,11

13 ЛАБ 4 24 10 0,35 0,007 ~ 4х 10 2,8 ** 1,87

14 П 25 5,0 1,54

14 ЛАБ 10 0,18 0,003 - 2х

15 П 10 5,0 * 2,14

15 ЛАБ 2 0,18 0,000 ~2х 6 8,0 * 2,83

16 ЛАБ 2 16 1 0,18 ~2х 2 10,1 1,41

17 П 5 4,4 1,5

17 ЛАБ 3 16 3 0,18 0,000 ~ 2х 3 8,7 3,50

Примечание. № - номер популяции в соответствии с нумерацией популяций в таблице I; П - природный материал; ЛАБ - лабораторный материал; 2п - число хромосом; хх -предполагаемый уровень плоидности; N - количество растений в выборке; Ср. -среднее; СО - стандартное отклонение. Показаны значимые различия природных и лабораторных выборок из одной популяции; * Р<0,05, ** Р<0,01.

Таблица 2 (продолжение)

Количество вегетатив- Количество Фертильность

ных пропагул семяпочек пыльцы, %

№ N Ср СО N Ср СО N Ср СО

1 ЛАЕ 6 219 109,5 4 117 32,7 4 73 7,0

2 ЛАБ 4 107 55,0 3 227 142,5 2 83 11,3

ЗП 10 102 26,0 10 153 56,3

3 ЛАБ 10 91 21,8 3 63 7,0

4 П 10 165 58,3

4 ЛАБ 10 140 65,1 10 200 44,1 9 77 7,0

5 П 10 112 45,3 9 223 98,8 10 91 8,0

5 ЛАБ 6 124 103,6 5 79 22,2

6П 10 129 49,4

7 П 10 79 * 68,2

7 ЛАБ 10 139 * 44,9 6 162 57,8 6 37 23,2

8 ЛАБ 3 88 23,7

9 ЛАБ 10 74 41,5 10 177 73,0 10 44 11,8

10П 25 49 24,0 6 176 64,3 10 99 * 1,2

10 ЛАБ 9 59 33,8 8 190 112,4 8 89 * 5,1

11 П 35 51 32,0

11 ЛАБ 8 54 21,4 7 184 81,3 7 95 5,3

12 ЛАБ 10 112 37,3 2 42 10,6

13 П 10 19 * 10,4 10 94 5,1

13 ЛАБ 10 38 * 35,7 10 207 60,7 10 90 5,5

14 П 25 0 0,0

14 ЛАБ 10 222 103,1 10 94 3,1

15 П 10 0 0,0 10 97 ** 0,9

15 ЛАБ 6 0 0,0 6 256 55,6 6 86 ** 15,5

16 ЛАБ 2 0 0,0 2 98 0,7

17 П 5 0 0,0 5 91 4,6

17 ЛАБ 3 0 0,0

Наличие в популяциях 5. сетиа растений с различной плоидностью вместе с высокой структурированностью популяций, показанной в главе 3, позволяет предположить непрерывное образование полиплоидов и анеуп-лоидов в популяциях вида Это хорошо согласуется с концепцией постоянного и независимого возникновения полиплоидов, утверждающей, что по-липлоидизация в популяциях многих кариологически полиморфных видов -регулярное и часто повторяющееся событие (БоШб, БоШб, 1993). Характерные для гибридов и 5. вгЬтса эуплоидные наборы хромосом могут быть как причиной, так и следствием ведущей роли полового размножения.

Значимые отрицательные корреляции содержания ДНК с признаками семенного размножения (количество цветков г8= -0,42; Р<0,001; фертиль-ность пыльцы rs= -0,60; Р<0,001) и положительные - с количеством вегетативных пропагул (rs=0,33; Р<0,001) и географической широтой (rs=0,55; Р<0,05), отрицательные корреляции с широтой количества цветков (rs= -0,75; Р<0,001) и фертильности пыльцы (rs= -0,55; Р<0,05) и положительная -количества ВП (rs=0,84; Р<0,001) наблюдались при совместном анализе всех популяций (все корреляции приведены для лабораторных данных), что согласуется с феноменом увеличения роли бесполого размножения с увеличением плоидности и широты (Bierzychudek, 1985). При анализе S. сегпиа наблюдалась только значимая отрицательная корреляция содержания ДНК с фертильностью пыльцы (rs= -0,56; Р<0,001). Здесь мы наблюдаем более сложную картину, чем просто увеличение плоидности и роли бесполого размножения с увеличением широты, как интегрального показателя климата. На проявляющийся при анализе всех популяций комплекса S. сетиа - S. sibrnca тренд увеличения плоидности и роли бесполого размножения с возрастанием широты накладывается, идущий в популяциях S. сегпиа в противоположном направлении, тренд увеличения плоидности и роли бесполого размножения по направлению к южной периферии ареала вида. Глава 6. Клональная структура и генетическое разнообразие в уральских популяциях комплекса Saxífraga сегпиа - S. sibirica

Клональное разнообразие оценивали с помощью аллозимного анализа (120 растений из 8 популяций) и бинарной матрицы AFLP-фрагментов (139 растений из 16 популяций, популяция №7 была исключена). Для аллозимного анализа использовали 12 выборок по 10 растений из 8 популяций: пять полярноурапьских, две периферических и пять выборок из популяций гибридов (табл. 3). Электрофорез белков проводили в ПААГ по протоколу (Семериков, Беляев, 1995). Выявлено 10 полиморфных систем: ADH (К Ф.1.1.1.1), SkDH (К.Ф. 1.1.1.25), ЮН (К.Ф. 1.1.1.42), 6-PGD (К.Ф. 1.1.1.43),

G6PD (К Ф 1 1 1 49), FDH (К Ф 12.1 2), GOT (К.Ф.2.6 1.1), EST (К Ф 3.1.1.1), PGI (К.Ф.5 3.1.9), PGM (К.Ф.5.4.2.2). Из-за полиплоидии интерпретация в терминах «локус - аллель» была невозможна. Для выявления отдельных клонов использовали сходство или различия аллозимных спектров Для оценки клонального разнообразия использовали индекс Симпсона (£> = 1 - {[£«,(«, - 1)]/[jV(jV- 1)]}, где п, - число растений с AFLP- или алло-зимным фенотипом /, а N - число всех анализируемых растений). Внутри-популяционное разнообразие генет вычисляли на основе частот AFLP-фрагментов с использованием: 1) процента полиморфных фрагментов; 2) индекса Шеннона (Я = - Epjogip,, где р, - частота AFLP-фрагмента в популяции; Lewontin, 1972); 3) индекса внутрипопуляционного полиморфизма <р (<р = 1 - 2пх/(пх + пу), где пх1лпу- числа фрагментов в генетах х и у, a nv -число общих фрагментов для х и у), усредненного с использованием всех комбинаций пар генет внутри популяции.

Сравнение результатов AFLP и аллозимного анализа показывает большую точность первого, хотя в целом результаты сходны (табл. 3). По данным AFLP, индекс Симпсона (£>) исследованных популяций варьировал от 0 (периферические популяции S. сегпиа) через £)=0,47-0,93 (полярно-уральские популяции) до 1 (популяции гибридов и S. sibirica). D периферических популяций S. сегпиа был значимо ниже D остальных групп (Р<0,05), в то время как D полярноуральских популяций S. сегпиа был значимо ниже, чем D в популяциях S. sibirica и гибридов (Р<0,05). Среднее генотипическое разнообразие S сегпиа с Полярного Урала (£>=0,78) сходно с таковым популяций S. сегпиа из Гренландии (ZM),86; Gabrielson, Brochmann, 1998) и Шпицбергена (D=0,52; Kjelner et al., 2004), а среднее для этих трех регионов (D=0,72) выше или примерно равно среднему генотипическому разнообразию в популяциях клональных растений (Z>=0,62; Ellstrand, Roose, 1987; £>=0,75; Widen et al., 1994). Обнаруженный полиморфизм не подтверждает гипотезу D.Webb и R.Gomall (1989) о доминировании в Арктике больших

моноклональных популяций S cernua Имитационное моделирование показало, что даже редкие события полового размножения достаточны для поддержания высокого уровня генетического разнообразия в популяциях растений (Watkinson, Powell, 1993). Спорадическое семенное воспроизводство во время вегетационных сезонов с благоприятными условиями - наиболее вероятное объяснение высокого генотипического разнообразия циркумполярных популяций S. cernua.

Таблица 3. Внутрипопуляционное генотипическое и генетическое разнообразие уральских популяций комплекса S. cernua-S. sibirica

№ популяции Тип популяции аяяозимы Daflp % PF Н Ч>

1, выборка №1 5. сегпиа - 0,91 84,6 0,35 0,34

2, выборка №1 5. сегпиа - 0,90 57,1 0,25 0,23

3, выборка №1 5 сегпиа - 0,47 9,6 0,05 0,05

4, выборка №1 5 сегпиа 0,60 0,60 36,3 0,17 0,15

5, выборка №1 8. сегпиа 0,82 0,86 65,0 0,30 0,25

5, выборка №2 £ сегпиа 0,73 - - - -

5, выборка №3 5. сегпиа 0,82 - - - -

6, выборка №1 5. сегпиа 0,84 0,93 67,9 0,27 0,23

8, выборка №1 £ сегпиа - 0,00 0,00 0,00 0,00

9, выборка №1 5. сегпиа 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

10, выборка №1 гибриды 0,93 0,99 82,4 0,31 0,27

10, выборка №2 гибриды 0,96 - - - -

11, выборка №1 гибриды 0,98 1,00 82,1 0,32 0,27

12, выборка №1 5. сегпиа 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

13, выборка №1 гибриды 0,96 1,00 77,1 0,29 0,24

13, выборка №2 гибриды 0,98 - - - -

14, выборка №1 ягЬтса - 1,00 78,4 0,31 0,26

15, выборка №1 5 яЬтса - 1,00 58,8 0,24 0,19

16, выборка №1 Б. ьгЪтса - 1,00 20,8 0,10 0,12

17, выборка №1 5. ¡¡Ьтса - 1,00 40,4 0,18 0,17

Примечание. /)0„„т и Д4рър - индекс Симпсона выявленный с помощью аллозимов и АРЬР; % Р/-" процент полиморфных АРЬР-фрагментов; Н- индекс Шеннона; <р -индекс фенотипической гетерогенности.

Отсутствие генотипического разнообразия, выявленное в трех периферических популяциях 5 септа с Северного и Среднего Урала, сходно с моноклональностью популяций 5 сетиа из швейцарских Альп (Вайей й а1, 1998). Крайняя генетическая обедненность уральских периферических популяций сопровождается частичной или полной мужской и женской стерильностью растений. Наша работа - единственная, где одновременно рассматриваются генотипическое разнообразие и репродуктивная биология с использованием одних и тех же популяций 5. сегпиа Тем не менее, можно предположить, что для расположенных на южном краю ареала популяций 5. сегпиа заметная генетическая обедненность, вызванная полной или частичной стерильностью растений, является общим правилом

Генотипическое разнообразие в популяциях гибридов и 5. зШпса максимально высокое, что неудивительно для характеризующейся облигат-ным семенным размножением Б. зьЫпса, но менее ожидаемо для гибридов. Анализ ДНК показывает ведущую роль семенного размножения при формировании генетической структуры гибридных популяций.

Три использованные меры генетического разнообразия дали сходные результаты (табл. 3), ниже описан лишь (р. В периферических популяциях 5. сегпиа <р=0; в полярноуральских - <р=0,05-0,34; у гибридов ^=0,24-0,27; у 5. яЛтса $9=0,12-0,26. Генетическое разнообразие периферических популяций 5 сетиа было статистически значимо ниже такового в остальных группах (Р<0,05), в то время как остальные группы значимо между собой не различались При сравнении усредненных значений для групп популяций видно, что наибольшее среднее <р получено для популяций гибридов (<р=0,26), а наименьшее - для популяций 5. зйтса (<р=0,19); среднее по полярноураль-ским популяциям 5. сетиа (^=0,21) занимает промежуточное значение. Наименьшие отличия между генетами свойственны популяциям диплоида 5 згЬтса, содержащего меньше ДНК, чем полиплоид 5. сетиа. Второй причиной этого, возможно, является реликтовый характер уральского ареа-

ла 5 $1Ьтса Напротив, 5 сегпиа - полиплоид, распространенный в открытых пространствах тундр с лучшими условия для межпопуляционной миграции Оба эти фактора способствуют большему среднему генетическому полиморфизму, чем у 5. л/А/пса, но спорадичность полового размножения и нестабильный характер местообитаний способствуют значительной изменчивости величины <р Гибриды характеризуются семенным размножением и полиплоидией, наконец, значительную роль для увеличения внутрипопуля-ционного генетического разнообразия сыграл и сам факт гибридизации

Таблица 4. Корреляции между показателями внутрипопуляционного разнообразия, содержанием ДНК и репродуктивными показателями

Внутрипопуляционное Внутрипопуляционное

Показатели генотипическое разнообразие, D разнообразие генет, <Р

(см приме- Все популяции S сегпиа Все популяции S. сегпиа

чание) N г, N г. N г. N г.

ДНК 16 -0,82*** 9 -0,65 16 -0,31 9 -0,52

N цв, П 11 0,79*** 5 -0,40 11 0,40 5 0,00

N цв, ЛАБ 14 0,81*** 8 0,07 14 0,20 8 0,10

N вп, П 10 -0,82*** 4 0,40 10 -0,19 4 0,20

N вп, ЛАБ 14 -0,66** 8 0,71** 14 0,06 8 0,76**

N сп, ЛАБ 9 0,39 4 -0,20 9 -0,35 4 -0,20

ФП,П 5 0,06 5 0,46

ФП, ЛАБ 13 0,92*** 7 0,77** 13 0,49 7 0,74*

Примечание. ДНК - относительное содержание ДНК в тетке; N цв. - количество цветков; Neri - количество вегетативныхпропагул; Neu - количество семяпочек; ФП

- фертильность пыльцы, %; П - генеративные побеги собранные в природе; ЛАБ -генеративные побеги выращенные в лаборатории; N - число популяций в анализе; г, -коэффициент корреляции Спирмена. *Р<0,1; **Р<0,05; *** Р<0,001.

При совместном анализе всех популяций количество цветков и фертильность пыльцы значимо положительно коррелировали с клональным разнообразием, а количество вегетативных пропагул и уровень плоидности

- отрицательно (табл. 4). Корреляции демонстрируют ведущую роль семенного размножения для поддержания внутрипопуляционного генотипическо-

го разнообразия Ни один исследованный признак значимо не коррелировал с разнообразием генет в популяциях (да), когда все популяции анализировались вместе и только фертильность пыльцы положительно коррелировала с ср, когда анализировались популяции S сегпиа (rs=0,74; PO,06; табл 4), что показывает возрастающую роль других факторов для формирования внут-рипопуляционного полиморфизма генет.

Межпопуляционное генетическое разнообразие. Анализ молекулярной изменчивости (AMOVA, Excoñier et al, 1992) был выполнен в программе ARLEQUIN 2.000 (Schneider et al, 2000). Периферические популяции S cernua, состоящие из одного клона, были исключены из анализа. AMOVA, проведенный на раметах, демонстрировал завышенную долю межпопуляционной изменчивости по сравнению с анализом на генетах rosa псевдорепликации (63 % и 55 %, соответственно). Заметно увеличение доли внутрипопуляционной изменчивости в ряду S cernua —» гибриды —♦ 5 sibirica (табл. 5), что подтверждает наибольшее распространение полового размножения в популяциях S sibirica, а бесполого - в популяциях S cernua Таблица 5. Анализ молекулярной изменчивости (AMOVA)

Группы Доля генетического Раметы Генеты

разнообразия с с % с с %

(а) три группы между группами 2 26,6 2 29,4

(1-6), (10-11, 13), (14-17) между популяциями 10 38,9 10 29,3

внутри популяций 103 34,5 79 41,3

(Ь) сегпиа, Полярный Урал между популяциями 5 65,5 5 45,2

(1-6) внутри популяций 44 34,5 21 54,8

(с) гибриды, Средний Урал между популяциями 2 41,0 2 40,6

(10, 11, 13) внутри популяций 37 59,0 36 59,4

(с)) 5 згЬтса, Южный Урал между популяциями 3 36,2 3 36,2

(14-17) внутри популяций 22 63,8 22 63,8

Примечание (а) Группировка популяций в три группы полярноурапьская Э сегпиа, гибриды 5 иЬтса Сокращения с с — число степеней свободы, % — процент генетического разнообразия Номера популяций даны в скобках Р<0,001 во всех случаях

ВЫВОДЫ

1 Среди изученных 17 популяций комплекса £ сегпиа - Л" ¡Ьи-к а на основании генетического анализа выделены четыре группы: 1) 5 сегпиа с Полярного Урала, представляющая часть основного циркумполярного ареала вида; 2) периферические реликтовые популяции сегпиа с Северного и Среднего Урала; 3)5 «гб/ггса с Южного Урала, 4) среднеуральские популяции растений с промежуточной морфологией, возникшие вследствие ин-трог ресс ив ной гибридизациисегпиа х 6' $1Ыгка.

2. Независимо от географического происхождения, 5 сегпиа, Б ¡¡~ Ъи-ка и гибриды различаются по числу цветков и вегетативных пропагул на генеративном побеге как в природе, так и при культивировании в лаборатории, что свидетельствует о преимущественно генетическом контроле соотношения полового и бесполого размножения

3. В ряду 5 я/'б/г/са и гибриды —> 5 сегпиа с Полярного Урала —* $ сегпиа из периферических популяций уменьшается мужская и женская фер-тильность. Основным типом воспроизводства для Б \ihirica и гибридов является половое размножение, для 5 сегпиа бесполое; половое воспроизводство не обнаружено в периферических популяциях 5 сегпиа и спорадически встречается в арктических популяциях вида.

4. Выявлены растения четырех уровней плоидности: диплоидные 5 ¡¡Ь/гка (2п=16), тетраплоидные гибриды и 51 сегпиа (2п=24), гексаплоидные и октоплоидные 5 сегпиа (2п~с.36 и с.48). Большинство популяций состоит из растений с одинаковой плоидностью, но в трех популяциях 5 сегпиа были обнаружены растения с различными хромосомными числами.

5. В полярноуральских популяциях 5 сегпиа выявлено относительно высокое клональное разнообразие (¿)47-0,93), сходное с таковым популяций Гренландии и Шпицбергена Напротив, для популяций 5 сегпиа с Северного и Среднего Урала показана крайняя генетическая обедненность (0=0), сходная с мономорфностью популяций из швейцарских Альп Ос-

иовным механизмом поддержания относительно высокого разнообразия в арктических популяциях S сегпиа является спорадическое семенное воспроизводство во время вегетационных сезонов с благоприятными условиями В периферических популяциях половой процесс невозможен из-за стерильности растений. В популяциях гибридов и ,S sibirica выявлен максимальный уровень генотипического разнообразия (D= 1), который поддерживается регулярным семенным воспроизводством. Половое размножение играет ведущую роль в формировании внутрипопуляционного генотипического разнообразия в комплексе S сегпиа - S sibirica

СПИСОК РАБОТ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Капралов М.В., Сарапульцев И.Е, Бетехтина А.А. Полиплоидные ряды вивипарной камнеломки Saxífraga сегпиа L. (Saxifragaceae) на Урале // Биота горных территорий: История и современное состояние: Сб. тр. конф. молодых ученых. Екатеринбург, 2002. С. 79-82.

2. Сарапульцев И.Е, Капралов М.В., Сушенцов О.Е Онтогенез камнеломки поникающей (Saxífraga сегпиа L ) // Онтогенетический атлас лекарственных растений. Учебное пособие. Йошкар-Ола, 2002. Т. III. С 185-189.

3. Капралов М.В. Три группы популяций камнеломки Saxífraga сегпиа (Saxifragaceae) на Урале: репродуктивные стратегии и генетическое разнообразие // Природные и городские экосистемы: проблемы изучения разнообразия: Сб. ст. молодеж. науч. семинара. Екатеринбург, 2003. С. 71-75.

4. Капралов М.В. Saxífraga сегпиа L. (Saxifragaceae) на Урале: стратегии размножения, генетическое разнообразие и происхождение // Сб. тезисов XI междунар совещания по филогении растений. Москва, 2003. С. 48^19.

5. Капралов МВ. Аллозимный полиморфизм и репродуктивная биология плейстоценового реликта Saxífraga сегпиа (Saxifragaceae) на Урале // Уч. зап НТГСПА. Н Тагил, 2004. С. 152-154.

2005-4 Í20 1 2150132

6. Капралов MB. История формирования аркто-альпийского комплекса Saxífraga cernua - S sibirica в Уральских горах // Сб. материалов VIII моло-деж. конф. ботаников. СПб., 2004. С. 244.

7 Капралов М.В. Генотипичеекая изменчивость в популяциях клонооб-разующего растения Saxífraga cernua в центре и на периферии ареала // Экология. 2004. № 6. С. 460^63

8. Kapralov M.V. Different ratio between sexual and vegetative reproduction in Saxífraga cernua L. at southern and northern parts of area // Plant under environmental stress: Proc. Int. Symposium. Moscow, 2001. P.l 14.

9. Kapralov M.V Different combinations of sexual and asexual reproduction create contrasting patterns of clonal diversity in bottle-necked populatios: insights from Ural populations oí Saxífraga cernua II Reproductive strategies, biotic interactions and metapopulation dynamics Proc VII Clonal Plant Workshop. Ku-usamo (Finland), 2003. P. 36.

10. Kapralov M V., Gabrielsen T.M., Sarapultzev I.E., Kutlunina N A , Dym-shakova O.S., Brochmann C. The Ural Mountains as a model system for studying South-North differentiation in sexuality and polyploidy, exemplified the nodding saxifrage (Saxífraga cernua) И Proc. IX Congr. Europ. Soc. Evolutionary Biology. Leeds (UK), 2003. Abstr. 13.6. P.237.

Г

Подписано в печать 11 10 2004 Тираж 100 экз Заказ № 263 '

Отпечатано в типографии «Интерлэнд» г Еютеринбург, ул РЛюксембург 18 тел 371-12-72, доб 118

Í Í

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Капралов, Максим Владимирович

Введение

Глава 1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Эволюция рода Saxifraga L.

1.2. Систематическое положение Saxifraga сегпиа и S. sibirica

1.3. Морфологическое описание

1.4. Хромосомные числа

1.5. Географическое распространение

1.6. Репродуктивная биология

1.7. Генетическая структура популяций

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА

2.1. Природные условия районов исследования

2.2. Палеоклимат Урала в позднем плейстоцене-голоцене

2.3. Методика исследования

Глава 3. ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА SAXIFRAGA CERNUA - S. SIBIRICA НА УРАЛЕ

3.1. Методика

3.1.1. Выбор метода исследования

3.1.2. AFLP анализ

3.1.3. Анализ данных

3.2. Результаты 44 3.2.1. Структура уральских популяций комплекса Saxifraga сегпиа

S. sibirica

3.2.2. Проверка гипотезы о гибридном происхождении растений с промежуточными значениями морфологических признаков

3.3. Обсуждение

3.3.1. Генетическая близость Saxifraga cernua и S. sibirica

3.3.2. История миграции популяций S. сетиа и S. sibirica на Урал

3.3.3. Гибридное происхождение среднеуральских популяций

Глава 4. РЕПРОДУКТИВНАЯ БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

УРАЛЬСКИХ ПОПУЛЯЦИЙ КОМПЛЕКСА S. CERNUA- S. SIBIRICA

4.1. Методика

4.1.1. Материал и методы

4.1.2. Анализ данных 58 4. 2. Результаты

4.2.1. Пол и развитие цветков

4.2.2. Соотношение структур полового и вегетативного размножения

4.2.3. Мужская и женская фертильность

4.2.4. Корреляции репродуктивных параметров с широтой 69 4.3. Обсуждение

4.3.1. Пол и развитие цветков Saxifraga сетиа

4.3.2. Морфологические свидетельства гибридизации Saxifraga сегпиа и S. sibirica на Среднем Урале

4.3.3. Снижение репродуктивных способностей растений в популяциях Saxifraga сегпиа на периферии ареала

4.3.4. Семенное воспроизводство в среднеуральских популяциях гибридного происхождения

4.3.5. Увеличение роли вегетативного размножения с увеличением широты

4.3.6. Конкуренция структур семенного и вегетативного размножения

Глава 5. ПОЛИПЛОИДНЫЕ РЯДЫ В КОМПЛЕКСЕ SAXIFRAGA

CERNUA - S. SIBIRICA НА УРАЛЕ

5.1. Методика

5.1.1. Подсчет хромосомных чисел

5.1.2. Проточная цитометрия

5.2. Результаты

5.2.1. Хромосомные числа

5.2.2. Проточная цитометрия

5.3. Обсуждение

5.3.1. Полиплоидные ряды в комплексе S. сегпиа - S. sibirica на Урале

5.3.2. Корреляция плоидности с широтой и репродуктивными характеристиками

Глава 6. КЛОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА И ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ В УРАЛЬСКИХ ПОПУЛЯЦИЯХ КОМПЛЕКСА SAXIFRAGA CERNUA - S. SIBIRICA

6.1. Методика

6.1.1. Выбор метода

6.1.2. Методика аллозимного и AFLP анализов

6.1.3. Оценка генетического разнообразия

6.1.4. Сравнение групп популяций и выявление корреляций

6.2. Результаты

6.2.1. Внутрипопуляционное клональное разнообразие, выявленное с помощью аллозимного анализа

6.2.2. Внутрипопуляционное клональное разнообразие, выявленное с помощью AFLP анализа

6.2.3. Внутрипопуляционное генетическое разнообразие

6.2.4. Межпопуляционное генетическое разнообразие

6.2.5. Связь клонального и генетического разнообразия с широтой, репродуктивными характеристиками и содержанием ДНК

6.3. Обсуждение

6.3.1. Клональное разнообразие в арктических популяциях S. сетиа

6.3.2. Клональное разнообразие в периферических популяциях

S. сетиа

6.3.3. Клональное разнообразие в среднеуральских гибридных популяциях и популяциях Saxifraga sibirica

6.3.4. Внутри- и межпопуляционное генетическое разнообразие в уральских популяциях комплекса Saxifraga сетиа - S. sibirica

6.3.5. Корреляции параметров внутрипопуляционного клонального и генетического разнообразия с широтой, репродуктивными параметрами и содержанием ДНК

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Популяционная структура комплекса Saxifraga cernua L.-S.sibirica L. на Урале и факторы, ее определяющие"

Множество видов растений могут производить потомство, генетически идентичное родительскому растению - клоны. В широком смысле, клональным размножением можно считать как вегетативное воспроизводство (образование столонов, луковиц, бульбочек и т.д.), так и различные виды агамоспермии (асексуального образования семян) (Bierzychudek, 1985). Тот факт, что половой процесс остается широко распространенным, несмотря на огромные возможности асексуального размножения среди растений, является частью большой проблемы адаптивного значения пола (Williams, 1975; Maynard Smith, 1978; Bell, 1980; Lloyd, 1980; Ellstrand, Antonovics, 1985). Часто теоретические работы делают допущения относительно генетической структуры популяций, где половой процесс отсутствует или редок. Так, некоторые модели рассматривают популяции клонообразующих организмов как состоящие из нескольких локальных генотипов (Williams, 1975; Janzen, 1977), тогда как другие авторы считают, что популяции организмов с бесполым воспроизводством могут быть также полиморфны, как и популяции организмов с регулярным половым процессом (Maynard Smith, 1971; Price, Waser, 1982; Lynch, 1984). В работе Е.Д. Паркера (Parker, 1979) обобщены исследования генетического разнообразия популяций животных и показано, что популяции клональных видов обладают неожиданно высоким генетическим полиморфизмом, хотя в общем они менее изменчивы, чем популяции родственных видов с половым размножением. Для популяций клонообразующих растений, несмотря на отдельные примеры генетической мономорфности ряда популяций Rubus saxatilis L. (Eriksson, Bremer, 1993) и Saxifraga cernua L. (Bauert et al., 1998), в целом было показано генотипическое разнообразие, по уровню сопоставимое с полиморфизмом популяций растений с облигатным половым размножением (Ellstrand, Roose, 1987; Widen et al., 1994). Среди потенциальных источников генетического полиморфизма клонообразующих растений называют спорадическое половое размножение (Eriksson, 1993), соматические мутации (Fernando, Cass, 1996), образование популяции, где различные клоны занимают различные местообитания (Williams, 1975; Yeh et al., 1995), миграцию клонов между популяциями, экологическую гетерогенность местообитаний (Abrahamson, 1980; Eckert, Barrett, 1993). Однако, как правило, конкретные факторы, поддерживающие генотипическое разнообразие в природных популяциях клонообразующих растений, неизвестны (Ellstrand, Roose, 1987).

Хорошей моделью для изучения факторов, определяющих генетическую структуру популяций, могут послужить популяции растений с заметно различающимся генотипическим разнообразием в пределах одного вида (Eckert, Barrett, 1993). Для ряда видов растений было выявлено снижение внутрипопуляционного генетического полиморфизма по направлению к периферии ареала (Barrett, Kohn, 1991; Ellsrand, Elam, 1993; Raijmann et al., 1994; Schaal, Leverich, 1996; Lanuni et al., 1999; Jump et al., 2003). Считается, что основными факторами, способствующими снижению генетического разнообразия в периферических популяциях, служат инбридинг и генетический дрейф, вызванные изоляцией и малым размером популяций (Ellsrand, Elam, 1993; Schaal, Leverich, 1996). Однако также было предположено, что большая изменчивость условий на периферии ареала может обуславливать высокий генотипический полиморфизм, если отбор благоприятствует генетической гибкости, в то время как относительно более стабильные условия основного ареала вида могут благоприятствовать высокой приспособленности лишь нескольких генотипов, и, следовательно, вести к снижению генетического разнообразия (Sariel et al., 1994).

Уменьшение роли полового воспроизводства по направлению к периферии ареала было показано для ряда видов (Pigott, Huntley, 1981; Reinartz, 1984; Eckert, Barrett, 1993; Garcia et al., 2000; Dorken, Eckert, 2001; Jump, Woodward, 2003). • Сочетание недостаточного производства семян и возрастающей географической изоляции может приводить к демографической нестабильности (Schaal, Leverich, 1996), которая способствует снижению генетического разнообразия в периферических популяциях (Lesica, Allendorf, 1995). Однако, несмотря на то, что существует значительное количество работ, посвященных изменению генетического разнообразия и репродуктивному полиморфизму, заметен дефицит работ, где генотипический и репродуктивный полиморфизм исследуются на одних и тех же популяциях растений (Eckert, Barrett, 1993; Jump et al., 2003).

Saxifraga cemua L. - клонообразующее растение с циркумполярным ареалом в Арктике и связанных с ней горных системах. На генеративном побеге S. сегпиа сосуществуют структуры полового размножения (перекрестноопыляемые цветы) и бесполого размножения (многочисленные вегетативные пропагулы). С помощью анализа ДНК был обнаружен контрастный характер генетической структуры « популяций S. сегпиа в центре и на периферии ареала (Bauert et al., 1998; Gabrielsen,

Brochmann, 1998; Kj0lner et al., 2004). В разных частях ареала S. cemua характеризуется значительным репродуктивным и кариологическим полиморфизмом (Wehrmeister, Bonde, 1977; Molau, 1992; Brochmann, Hapnes, 2001).

В пределах Уральской горной страны существуют как арктические популяции, относящиеся к основной циркумполярной части ареала, так и изолированные периферические популяции, доходящие до Южного Урала (Игошина, 1966). Важно отметить, что только на Урале периферические популяции представляют два морфологических типа - растения с типичным фенотипом S. сегпиа и растения, имеющие облик, промежуточный между S. сегпиа и родственным видом, обитающим на Южном Урале — Saxifraga sibirica L (Капралов, 2003). Saxifraga sibirica, в отличие от S. сегпиа, характеризуется облигатным семенным размножением. Таким образом, популяции полиморфного комплекса S. сегпиа - S. sibirica в пределах Уральской горной страны представляют собой интересную модель для исследования генетической структуры популяций клонообразующих растений и факторов, ее определяющих (соотношение семенного и вегетативного воспроизводства, хромосомный полиморфизм, история и география популяций).

Цель работы - исследование популяционной структуры комплекса S. сегпиа - S. sibirica генетическими методами и факторов, предположительно определяющих популяционную структуру (соотношение полового и бесполого воспроизводства, кариологический полиморфизм, история популяций).

Основные задачи:

1. Выявить меж- и внутрипопуляционную генетическую структуру комплекса S. сегпиа - S. sibirica в уральской части ареала.

2. Проверить гипотезу о гибридном происхождении среднеуральских растений с промежуточными значениями морфологических признаков.

3. Изучить репродуктивную биологию растений комплекса в природных условиях и при культивировании в лаборатории.

4. Выявить хромосомный полиморфизм в популяциях.

5. Проанализировать взаимосвязь внутрипопуляционной генетической изменчивости с репродуктивными стратегиями, плоидностью растений, историей популяций.

Научная новизна. Впервые получены сведения о популяционной структуре, репродуктивном и кариологическом полиморфизме комплекса S. сетиа - S. sibirica в уральской части ареала. Выявление генетической изменчивости с помощью анализа ДНК (AFLP) является первым для травянистых растений Урала. Доказано гибридное происхождение ряда среднеуральских популяций. Установлены генетически обусловленные морфологические различия между S. сегпиа, S. sibirica и гибридами. Показано, что половое размножение является ведущим фактором, определяющим генотипическое разнообразие в популяциях комплекса.

Теоретическое и практическое значение. Полученные данные расширяют знания о популяционной структуре клонообразующих растений и адаптивном значении пола. Внесен определенный вклад в решение вопросов формирования аркто-альпийской флоры Урала. Показана эффективность анализа ДНК (AFLP) для выявления структуры популяций полиплоидных организмов. Полученные результаты важны для разработки стратегии охраны реликтовых видов флоры Урала.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Уральские популяции комплекса S. сегпиа - S. sibirica обладают высоким генетическим, морфологическим, кариологическим и репродуктивным полиморфизмом.

2. Среднеуральские популяции растений с промежуточной морфологией возникли вследствие интрогрессивной гибридизации S. сетиа х S. sibirica.

3. Для популяций среднеуральских гибридов и S. sibirica характерен максимальный уровень генотипического разнообразия, для полярноуральских популяций S. сетиа — относительно высокий, для периферических популяций S. сетиа Северного и Среднего Урала — крайняя генетическая обедненность.

4. Ведущая роль в формировании внутрипопуляционного генотипического полиморфизма принадлежит половому размножению, которое является регулярным в популяциях S. sibirica и гибридов, спорадическим в популяциях S. сетиа из центра ареала и не обнаружено в южных периферических популяциях S. сетиа.

Благодарности. Благодарю моего научного руководителя - д.б.н. Николая Васильевича Глотова. Очень признателен кб.н. Ивану Евгеньевичу Сарапульцеву за всемерную поддержку в выполнении работы и профессору Кристиану Брокману (Christian Brochmann) за возможность выполнить ДНК-анализ в его лаборатории. Выражаю благодарность коллегам, в соавторстве с которыми выполнены работы по репродуктивной биологии (Ольга Сергеевна Дымшакова, к.б.н. Наталья Анатольевна Кутлунина) и подсчету хромосом (Анна Анатольевна Бетехтина). Благодарю коллег, собравших материал из двух популяций (Олег Евгеньевич Сушенцов, Светлана Николаевна Эктова). Благодарю к.б.н. Александра Юрьевича Беляева, д.б.н. Евгения Леонидовича Воробейчика, Тове Габриелсен (Dr. Tove Gabrielsen), к.б.н. Владимира Леонидовича Семерикова и Дороте Эрих (Dr. Dorothee Ehrich) за обсуждение работы. Благодарю сотрудников лаборатории дендрохронологии, стационара в Лабытнангах и администрацию ИЭРиЖ за практическую помощь в выполнении работы и неизменную моральную поддержку.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Капралов, Максим Владимирович

Выводы

1. Среди изученных 17 популяций комплекса S. сегпиа - S. sibirica на основании генетического анализа выделены четыре группы: 1) S. сегпиа с Полярного Урала, представляющая часть основного циркумполярного ареала вида;

2) периферические реликтовые популяции S. сегпиа с Северного и Среднего Урала;

3) S. sibirica с Южного Урала; 4) среднеуральские популяции растений с промежуточной морфологией, возникшие вследствие интрогрессивной гибридизации S. сегпиа х S. sibirica.

2. Независимо от географического происхождения, S. сегпиа, S. sibirica и гибриды различаются по числу цветков и вегетативных пропагул на генеративном побеге как в природе, так и при культивировании в лаборатории, что свидетельствует о преимущественно генетическом контроле соотношения полового и бесполого размножения.

3. В ряду S. sibirica и гибриды —*■ S. сетиа с Полярного Урала —*■ S. сетиа из периферических популяций уменьшается мужская и женская фертильность. Основным типом воспроизводства для S. sibirica и гибридов является половое размножение, для S. сетиа - бесполое, половое воспроизводство не обнаружено в периферических популяциях S. сетиа и спорадически встречается в арктических популяциях вида.

4. Выявлены растения четырех уровней плоидности: диплоидные S. sibirica (2п=16), тетраплоидные гибриды и S. сетиа (2п=24), гексаплоидные и октоплоидные S. сегпиа (2п=с.36 и с.48). Большинство популяций состояло из растений с одинаковой плоидностью, но в трех популяциях S. сегпиа были обнаружены растения с различными хромосомными числами.

5. В полярноуральских популяциях S. сетиа выявлено относительно высокое клональное разнообразие (D=0,47-0,93), сходное с таковым популяций Гренландии и Шпицбергена. Напротив, для популяций S. сетиа Северного и Среднего Урала показана крайняя генетическая обедненность (D=0), что сближает их с популяциями швейцарских Альп. Основным механизмом поддержания относительно высокого разнообразия в арктических популяциях S. сетиа является спорадическое семенное воспроизводство во время вегетационных сезонов с благоприятными условиями. В периферических популяциях половой процесс невозможен из-за стерильности растений. В популяциях гибридов и S. sibirica выявлен максимальный уровень генотипического разнообразия (D=l), который поддерживается регулярным семенным воспроизводством. Половое размножение играет ведущую роль в формировании внутрипопуляционного генотипического разнообразия в комплексе S. сетиа - S. sibirica.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Капралов, Максим Владимирович, Екатеринбург

1. Отд. биол. 1973. Т. 78. №5. С. 143-145. Батыгина Т.Б., Брагина Е.А. Вивипария // Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. Т.З.: Системы репродукции. СПб., 2000. С.39-62.

2. Горчаковский П.Л. Основные проблемы исторической фитогеографии Урала.

3. Свердловск. 1969. 286 с. Горчаковский П.Л. Растительный мир высокогорного Урала. М.: Наука. 1975. 283 с.

4. Жмылев П.Ю. Биоморфологическая изменчивость камнеломки поникающей {Saxifraga сегпиа L.) в Магаданской области // Экология, распространение и жизненные формы растений Магаданской области. Владивосток. 1987. С.136-139.

5. Жукова П.Г. Хромосомные числа некоторых видов растений Южной Чукотки // Ботан. журн., 1980. Т.65. №1. С.51-59.

6. Жукова П.Г., Петровский В.В. Числа хромосом некоторых видов цветковых растений острова Врангеля. 2 // Ботан. журн. 1971. Т.56. №2. С.294-305.

7. Жукова П.Г., Петровский В.В. Хромосомные числа некоторых цветковых растений * острова Врангеля. 2 // Ботан. журн. 1972. Т.57. №4. С.554-563.

8. Жукова П.Г., Петровский В.В. Хромосомные числа некоторых видов растений Западной Чукотки. 2 // Ботан. журн. 1976. Т.61. №7. С.963-969.

9. Жукова П.Г., Петровский В.В. Хромосомные числа некоторых видов растений Западной Чукотки. 3 // Ботан. журн. 1977. Т.62. №8. С. 1215-1223.

10. Жукова П.Г., Петровский В.В., Плиева Т.В. Хромосомные числа и таксономия некоторых видов растений Сибири и Дальнего Востока // Ботан. журн. 1973.V1. Т.58. №9. С. 1331-1342.

11. Игошина К.Н. Флора горных и равнинных тундр и редколесий Урала // Растения севера Сибири и Дальнего Востока. М.-Л.: Наука. 1966. С. 135-223.

12. Камелин Р.В., Юрцев Б.А. Новый вид Astragalus igoschinae (Fabaceae) с Полярного Урала // Ботан. журн. 1982. Т.67. №9. С. 1285-1289.

13. Капралов М.В. Три группы популяций камнеломки Saxifraga сегпиа (Saxifragaceae) ^ на Урале: репродуктивные стратегии и генетическое разнообразие //

14. Природные и городские экосистемы: проблемы изучения разнообразия: Сб. ст. молодеж. науч. семинара. Екатеринбург, 2003а. С. 71-75.

15. Капралов М.В. Saxifraga сегпиа L. (Saxifragaceae) на Урале: стратегии размножения, генетическое разнообразие и происхождение // Сб. тезисов XI междунар. совещания по филогении растений. Москва, 20036. С. 48-49.

16. Крогулевич Р.Е. Числа хромосом некоторых видов растений Тункинских альп (Восточный Саян) // Изв. Сиб. отд-ния АН СССР. Сер. биол. науки. 1976. №15. Вып 3. С.46-52. Крогулевич Р.Е. Кариологический анализ видов флоры Восточного Саяна // Флора

17. Прибайкалья. Новосибирск. 1978. С. 19-48. Кудряшова Г.Л. Род Saxifraga L. // Флора Восточной Европы. СПб. 2001. Т. 10. С. 288-300.

18. Куликов П.В. Особенности структуры и генезиса высокогорной флоры массива Денежкин Камень (Северный Урал) // Тр. гос. зап. «Денежкин Камень». Екатеринбург, 2003. Вып. 2. С. 102-113.

19. Лозина-Лозинская А.С. Род Saxifraga II Флора СССР. М.- Л., 1939. Т.9. С. 138-199.

20. Микатадзе-Панцулая Ц.А. Изучение генеративных структур некоторых видов рода Saxifraga (Saxifragaceae). Ботан. журн. 1993. Т.78. №7. С.26-28.

21. Погосян А.И., Нарикян С.Г., Воскасян В.Е. К кариологическому изучению флоры горного массива Арагац // Биол. журн. Армении. 1969. Е.22. №10. С. 12-19.

22. Развитие ландшафтов и климата Северной Евразии: Поздний плейстоцен-голоцен; элементы прогноза. М.: Наука. 1993. 102 с.

23. Ребристая О.В., Юрцев Б.А. Род Saxifraga L. // Арктическая флора СССР, М.-Л., 1984. Вып. 9., ч. 1. С.25-88.

24. Сарапульцев И.Е. Феномен псевдовивипарии у альпийских и арктомонтанных злаков (Deschampsia Beauv., Festuca L. и Poa L.) // Экология. 2001. №3. С. 188-196.

25. Сарапульцев И.Е., Капралов М.В., Сушенцов О.Е. Онтогенез камнеломки поникающей (Saxifraga сегпиа L.) // Онтогенетический атлас лекарственных растений. Учебное пособие. Йошкар-Ола, 2002. Т. III. С. 185-189.

26. Сафронова И.Н. Материалы к флоре островов Мейбел и Гукера (архипелаг Земля Франца-Иосифа) // Бот. журн. 1983. Т.68. №4. С.513 519.

27. Семериков В.Л., Беляев А.Ю. Аллозимный полиморфизм в природных популяциях и культурных сортах клевера лугового (Trifolium pratense L.) // Генетика. 1995. Т.31. №6. С. 815-819.

28. Сипливинский В.Н. Критические заметки о некоторых видах рода Saxifraga L. флоры СССР // Новости систематики высших растений. 1977. Т.7. С.96-113.

29. Скиткина А. А. Большой жизненный цикл и географическое распространение Saxifraga сегпиа L. // Естественная среда и биологические ресурсы Крайнего Севера. Апатиты, 1975. С. 14-21.

30. Скиткина А. А. Морфолого-биологические особенности и экология камнеломок Кольского полуострова. Л., 1978. 122 с.

31. Соколовская А.П. Соотношение между числом хромосом и величиной пыльцевых зерен у арктических видов Ranunculaceae и Saxifragaceae // Ботан. журн. 1958. Т.43. №8. С. 1146-1155.

32. Толмачев А.И. Проблема происхождения арктической флоры и ее развития 11 Тезисы докл. Делегатского съезда ВБО. Секция флоры и растительности. Л., 1958. Т.1, вып. 3. С. 47-55.

33. Урал и Приуралье: Природ, условия и естеств. ресурсы СССР. М.: Наука. 1968. 460 с.

34. Abbott R.J., Chapman Н.М., Crawford R.M.M., Forbes D.G. Molecular diversity and derivations of populations of Silene acaulis and Saxifraga oppositifolia from the high Arctic and more southerly latitudes It Mol. Ecol. 1995. №4. P. 199-207.

35. Abbott R.J., Smith L.C., Milne R.I., Crawford R.M.M., Wolff K., Balfour J. Molecular analysis of plant migration and refugia in the Arctic // Science. 2000. Vol.289. P. 1343-1346.

36. Abrahamson W.G. Demography and vegetative reproduction // Demography and evolution in plant populations. Oxford, 1980. P.89-106

37. Avise J.C. Phylogeography: the history and formation of species. Cambridge, 2000. 447 P

38. Barrett S.C.H., Kohn J.R. Genetic and evolutionary consequences of small population size in plants: Implications for conservation // Genetics and conservation of rare plants. New York, 1991. P.3-30.

39. Bartish I., Jeppsson N., Nybom H. Population genetic structure in the dioecious pioneer plant species Hippophae rhamnoides investigated by random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers // Mol. Ecol. 1999. №8. P.791-802.

40. Bauert M. Vivipaiy in Polygonum viviparum: an adaptation to cold climate? // Nord. J. Bot. 1993. Vol. 13. P.473-480.

41. Bauert M. A preliminary investigation on the genetic-variability of relict ice-age populations of Saxifraga cernuall Botanica Helvetica. 1994. Vol.104. P.215-220.

42. Bauert M., Kaelin M., Baltisberger M., Edwards P.J. No genetic variation detected within isolated relict populations of Saxifraga cernua in the Alps using RAPD markers // Mol. Ecol. 1998. №7. P. 1519-1527.

43. Bell G. The costs of reproduction and their consequences // Amer. Naturalist. 1980. V.116. P.45-76.

44. Bierzychudek P. Patterns in plant parthenogenesis // Experientia. 1985. Vol.41. P. 12551264.

45. Billings W.D. Arctic and alpine vegetation: Plant adaptations to cold summer climates // Arctic and Alpine Environments. London. 1974. P.403-442.

46. Blackburn T.M., Gaston K.J., Quinn R.M., Gregory R.D. Do local abundances of British birds change with proximity to range edge? // J. Biogeography. 1999. №26. P.493-505.

47. Bliss L.C. Arctic and alpine life cycles // Ann. Rev. Ecol. Syst. 1971. №2. P.405-438.

48. Borowsky R.L. Estimating nucleotide diversity from Random Amplified Polymorphic DNA and Amplified Fragment Length Polymorphism Data // Molecular Phylogenetics and Evolution. 2001. Vol.18. P. 143-148.

49. Borowsky R.L., Vidthayanon C. Nucleotide diversity in populations of balitorid cave fishes from Thailand // Mol. Ecol. 2001. №10. P.2799-2805.

50. Brochmann C., Brysting A.K., Alsos I.G., Borgen L., Grundt H.H., Scheen A.C., Elven R. Polyploidy in arctic plants // Biol. J. Linn. Soc. 2004. Vol.82. P.521-536.

51. Brochmann C., H&pnes. Reproductive strategies in some arctic Saxifraga (Saxifragaceae), with emphasis on the narrow endemic S. svalbardensis and its parental species // Bot. J. Linn. Soc. 2001. Vol.137. P.31-49.

52. Brochmann C., Steen S. Sex and genes in the flora of Svalbard implications for conservation biology and climate change // Det Norske Videnskaps-Akademi. I. Matematisk Naturvitenskapelig Klasse, Skrifter. 1999. Vol.38. P.33-72.

53. Brochmann C., Xiang Q.-Y., Brunsfeld S.J., Soltis D.E., Soltis P.S. Molecular evidence for polyploid origins in Saxifraga (Saxifragaceae): the narrow arctic endemic S. svalbardensis and its widespread allies // Amer. J. Bot. 1998. V.85. P. 135-143.

54. Brystling A.K., Elven R., Nordal I. The hypothesis of hybrid origin of Poa jemtlandica supported by morphometry and isoenzyme data // Nord. J. Bot. 1997. Vol.17. P. 199-214.

55. Bush S., Mulcahy D. The effects of regeneration by fragmentation upon clonal diversity in the tropical forest shrub Poikilacanthus macranthus: random amplified polymorphic DNA (RAPD) results // Mol. Ecol. 1999. №8. P.865-870.

56. Bussell J.D. (1999) The distribution of random amplified polymorphic DNA (RAPD) diversity amongst populations of Isotoma petraea (Lobeliaceae) // Mol. Ecol. 1999. №8. P.775-789.

57. Campbell D., Duchesne P., Bernatchez L. AFLP utility for population assignment studies: analytical investigation and empirical comparison with microsatellites // Mol. Ecol. 2003. №12. P. 1979-1991.

58. Carlson J., Tulsieram L., Glaubitz J., Luk V., Kauffeldt C., Rutledge R. Segregation of random amplified DNA markers in F1 progeny of conifers // Theor. Appl. Genetics. 1991. V.83. P. 194-200.

59. Comes H., Abbott R. Random amplified polymorphic DNA (RAPD) and quantitative trait analyses across a major phylogeographical break in the Mediterranean ragwort Senecio gallicus Vill. (Asteraceae) // Mol. Ecol. 2000. №9. P. 61-76.

60. Crawford R.M.M., Chapman H.M., Abbott R.J., Balfour J. Potential impact of climatic warming on Arctic vegetation // Flora. 1993. Vol.188. P.367-381.

61. Crawford D., Esselman E., Windus J., Pabin C. Genetic variation in running buffalo clover (Trifolium stoloniferum, Fabaceae) using random amplified polimorphic DNA markers (RAPD) // Annals Missouri Bot. Garden. 1998. Vol.85. P.81-89.

62. Diggle P., Lower S., Ranker T. Clonal diversity in alpine populations of Polygonum viviparum (Polygonaceae) // Int. J. Plant Sciences. 1998. Vol.159. P.606-615.

63. Dorken M.E., Eckert C.G. Severely reduced sexual reproduction in northern populations of a clonal plant, Decodon verticillatus (Lythraceae) // J. Ecol. 2001. Vol.89. P.339-350.

64. Dubiel E., Ziaja W. Contribution to the vascular plant flora of Sorkapp land (Spitsbergen) //PolishBot. Stud. 1993. Vol.5. P.49-51.

65. Duchesne P., Bernatchez L. AFLPOP: a computer program for simulated and real population allocation, based on AFLP data // Mol. Ecol. Notes. 2002. №2. P.380-383.

66. Eckert C.G., Barrett S.C.H. Clonal reproduction and patterns of genotypic diversity in Decodon verticillatus (Lythraceae) // Amer. J. .Bot. 1993. Vol.80. P. 1175-1182.

67. Ehrendorfer F. Polyploidy and distribution // Polyploidy. Biological relevance. New York, 1980. P.45-60.

68. Ellstrand N.C., Antonovics J. Experimental studies of the evolutionary significance of sexual reproduction. II. A test of the density-dependent selection hypothesis // Evolution. 1985. Vol.39. P.657-666.

69. Ellstrand N.C., Elam D.R. Population genetic consequences of small population-size -implications for plant conservation // Ann. Rev. Ecol. Syst. 1993. Vol.24. P.217-242.

70. Ellstrand N.C., Roose M.L. Patterns of genotypic diversity in clonal plant species // Amer. J. Bot. 1987. Vol.74. P.123-131.

71. Ellsworth D., Rittenhouse K., Honeycutt R. Artifactual variation in randomly amplified polymorphic DNA banding patterns // Biotechniques. 1993. Vol.14. P.214.

72. Elvander P.E. Gynodioecy in Saxifraga integrifolia (Saxifragaceae) // Madrono. 1982. Vol.29. P.269-270.

73. Engelskjon T. Chromosome numbers in vascular plants from Norway, including Svalbard //Opera Botanica. 1979. Vol.52. P. 1-38.

74. Engler A., Irmscher E. Saxifragaceae Saxifraga I // Das Pflanzenreich. Leipzig, 1916. Vol. IV. 117. P. 1-448.

75. Engler A., Irmscher E. Saxifragaceae Saxifraga I // Das Pflanzenreich. Leipzig, 1919. Vol. IV. 117. P.449-709.

76. Eriksson O. Dynamics of genets in clonal plants // Trends Ecol. Evol. 1993. Vol.8. P.313-316.

77. Eriksson O. Clonal life histories and the evolution of seed recruitment // The Ecology and evolution of clonal plants. Leiden, 1997. P.211-226.

78. Eriksson O., Bremer B. Genet dynamics of the clonal plant Rubus saxatilis II J. Ecol. 1993. Vol.81. P.533-542.

79. Eriksson O., Froborg H. "Windows of opportunity" for recruitment in long-lived clonal plants: Experimental studies of seedling establishment in Vaccinium shrubs // Canad. J. Bot. 1996. Vol.74. P. 1369-1374.

80. Escaravage N., Questiau S., Pornon A., Doche В., Taberlet P. Clonal diversity in a Rhododendron ferrugineum L. (Ericaceae) population inferred from AFLP markers // Mol. Ecol. 1998. №7. P.975-982.

81. Excoffier L., Smouse P.E., Quattro J.M. Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: application to human mitochondrial DNA restriction data // Genetics. 1992. Vol.131. P.479-491.

82. Fager E.W. Diversity: a sampling study // Amer. Naturalist. 1972. Vol.106. P.293-310.

83. Fernando D., Cass D. Genotypic differentiation in Butomus umbellatus (Butomaceae) using isozymes and random amplified polimorphic DNAs // Canad. J. Bot. 1996. V.74. P.647-652.

84. Gabrielsen T.M., Bachmann K., Jakobsen K., Brochmann C. Glacial survival does not matter: RAPD phylogeography of Nordic Saxifraga oppositifolia II Mol. Ecol.1997. №6. P.831-842.

85. Gabrielsen T.M., Brochmann C. Sex after all: high levels of diversity detected in the arctic clonal plant Saxifraga cernua using RAPD markers // Mol. Ecol. 1998. №7. P. 1701-1708.

86. News. 1979. V.23. P.27. Gornall R.J. An outline of revised classification of Saxifraga L. // Bot. J. Linn. Soc. 1987.

87. Vol.95. P.273-292. Grant V. Plant speciation. New York, 1971. 565 p.

88. Grulke N.E., Bliss L.C. Growth forms, carbon allocation, and reproductive patterns of high arctic saxifrages // Arct. Alp. Res. 1985. Vol.17. P.241-250.

89. Hagen A.R., Giese H., Brochmann C. Trans-Atlantic dispersal and phylogeography of Cerastium arcticum (Caiyophyllaceae) inferred from RAPD and SCAR markers // Amer. J. Bot. 2001. Vol.88. P. 103-112.

90. Hagerup O. Uber Polyploidie in Beziehung zu Klima, Okologie und Phylogenie // Hereditas. 1931. Vol.16. P. 19-40.

91. Hall C.A.S., Stanford J.A., Hauer F.R. The distribution and abundance of organisms as a consequence of energy balances along multiple environmental gradients // Oikos. 1992. Vol.65. P.377-390.

92. Hamilton W.D. Sex versus non-sex versus parasite // Oikos. 1980. Vol.35. P.282-290.

93. Hamrick J.L., Godt M.J.W., Murawski D.A., Loveless M.D. Correlations between species traits and allozyme diversity: implications for conservation biology If Genetics and Conservation of Rare Plants. Oxford, 1991. P.75-86.

94. Harmsen L. Studies on the embryology and cytology of Saxifraga II Meddelelser om Granland. 1939. Vol.125. P. 1-15.

95. Heide O.M. Environmental modification of flowering and viviparous proliferation in Festuca vivipara and Festuca ovina II Oikos. 1988. Vol.51. P. 171-178.

96. Husband B.C., Schemske D.W. Cytotype distribution at a diploid-tetraploid contact zone in Chamerion (Epilobium) angustifolium (Onagraceae) // Amer. J. Bot. Vol.85. P.l 688-1694.

97. Hutson V., Law R. Evolution of recombination in populations experiencing frequency-dependent selection with time delay // Proc. Royal Soc. Biol. 1981. Vol.213. P.345-359.

98. Janzen D. What are dandelions and aphids? // Amer. Naturalist. 1977. Vol.111. P.586-589.

99. Jelinski D., Cheliak W. Genetic diversity and spatial subdivision of Populus tremuloides (Salicaceae) in a heterogeneous landscape // Amer. J. Bot. 1992. Vol.79. P.728-736.

100. Jonsdottir I., Callaghan T. Resource dynamics within arctic clonal plants // Ecol. Bulletins. 1996. Vol.45. P.53-64.

101. Jonsson В., Jonsdottir I., Cronberg N. Clonal diversity and allozyme variation in populations of the arctic sedge Carex bigelowii (Cyperaceae) // J. Ecol. 1996. Vol.84. P.449-459.

102. Jorgensen C.A., Sorensen Т.Н., Westergaard M. The flowering plants of Greenland. A taxonomical and cytological survey // K. Danske Videnskab. Selskab. Biol. Skrift. 1958 Vol.9, №4, P. 1-172.

103. Jump A.S., Woodward F.I. Seed production and population density decline approaching the range-edge of Cirsium species // New Phytologist. 2003. Vol.160. P.349-358.

104. Jump A.S., Woodward F.I., Burke T. Cirsium species show disparity in patterns of genetic variation at their range-edge, despite similar patterns of reproduction and isolation // New Phytologist. 2003. Vol.160. P.359-370.

105. Junttila О. Experimental control of flowering and vivipary in timothy Phleum pratense I I Physiol. Plant. 1985. Vol.63. P.35-42.

106. Kapralov M.V. Different ratio between sexual and vegetative reproduction in Saxifraga cernua L. at southern and northern parts of area // Plant under environmental stress: Proc. Int. Symposium. Moscow, 2001. P. 114.

107. Kjolner S., Sastad S.M., Taberlet P., Brochmann C. Amplified fragment length polymorphism versus random amplified polymorphic DNA markers: clonal diversity in Saxifraga cernua II Mol. Ecol. 2004. Vol.13. P.81-86.

108. Kollman J., Steinger Т., Roy B. Evidence of sexuality in European Rubus (Rosaceae) species based on AFLP and allozyme analysis I I Amer. J. Bot. 2000. Vol.87. P. 1592-1598.

109. Krauss S., Peakall R. An evaluation of the AFLP fingerprinting technique for the analysis of paternity in natural populations of Persoonia mollis (Proteaceae) // Austral. J. Bot. 1998. Vol.46. P.533-546.

110. Ma H. The unfolding drama of flower development: recent results from genetic and molecular analyses // Genes and Development. 1994. Vol.8. P.745-756.

111. MacPherson J., Eckstein P., Scoles G., Gajadhar A. Variability of the random amplified polymorphic DNA assay among thermal cyclers, and effects of primer and DNA concentration// Mol. Cell. Probes. 1993. Vol.7. P.293-299.

112. Mcunier J., Grimont P. Factors affecting reproducibility of random amplified ■m polymorphic DNA fingerprinting // Res. Microbiology. 1993. Vol. 144. P.373-379.

113. Molau U. On the occurence of sexual reproduction in Saxifraga cernua and S. foliolosa

114. Saxifragaceae)//Nord. J. Bot. 1992. Vol.12. P. 197-203. Molau U., Prentice H. (1992) Reproductive system and population structure in 3 arctic

115. Nei M., Li W.H. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1979. Vol.186. P.5269-5273.

116. Novak S., Mack R. Clonal diversity within and among introduced populations of the apomictic vine Bryonia alba (Cucurbitaceae) // Canad. J. Bot. 2000. Vol.78.m1. P.1469-1481.

117. Nygren A. Studies on vivipary in the genus Deschampsia II Hereditas. 1949. Vol.35. P.27-32.

118. Paetkau D., Calvert W., Stirling I., Strobeck C. Microsatellite analysis of population structure in Canadian polar bears // Mol. Ecol. №4. P.347-354.

119. Palmer J.D. Contrasting modes and tempos of genome evolution in plant organelles // Trends in Genetics. 1990. Vol.6. P. 115-120.

120. Parker E.D. Jr. Ecological implications of clonal diversity in parthenogenetic morphospecies //Amer. Zoologist. 1979. Vol.19. P.753-762.

121. Parsons P. Evolutionary rates: stress and species boundaries // Ann. Rev. Ecol. Syst. 1991. Vol.22. P. 1-18.

122. Perez Т., Albornoz J., Dominguez A. An evaluation of RAPD fragment reproducibility and nature // Mol. Ecol. 1998. №7. P. 1347-1357.

123. Persson H.A., Gustavsson B.A. The extent of clonality and genetic diversity in lingonberry (Vaccinium vitis-idea L.) revealed by RAPDs and leaf-shape analysis // Mol. Ecol. 2001. №10. P. 1385-1397.

124. Pielou E.C. An introduction to Mathematical ecology. New York, 1969. 138 p.

125. Pigott C.D., Huntley J.P. Factors controlling the distribution of Tilia cordata at the northern limits of its geographical range III. Nature and causes of seed sterility // New Phytologist. 1981. Vol.87. P.817-939.

126. Price M.V., Waser N.M. Population structure, frequency-dependent selection, and the maintenance of sexual reproduction// Evolution. 1982. Vol.36. P.35-43.

127. Raijmann L.L., van Leeuwen N.C., Kersten R., Oostermeijer J.G.B., den Nijs H.C.M., Menken S.B.J. Genetic variation and outcrossing rate in relation to population size in Gentianapneumonanthe L. // Conserv. Biol. 1994. Vol.8. P. 1014-1026.

128. Reinartz J.A. Life-history variation of common mullein (Verbascum thapsus). 2. Plant size, biomass partitioning and morphology // J. Ecol. 1984. Vol.72. P.913-925.

129. Rohlf F.J. NTSYS-PC. Numerical Taxonomy and Multivariate Analysis System, Version 1.80. Exeter Software, Setauket, NY. 1994.

130. Safriel U.N., Volis S., Kark S. Core and peripheral populations and global climate change // Israel J. Plant Sci. 1994. Vol.42. P.331-345.

131. Schaal B.A., Hayworth D.A., Olsen K.M., Rauscher J.T., Smith W.A. Phylogeographic studies in plants: problems and prospects // Mol. Ecol. 1998. №7. P. 465-474.

132. Schaal B.A., Leverich W.J. Molecular variation in isolated plant populations // Plant Species Biol. 1996. Vol.11. P.33-40.

133. Schneider S., Roessli D., Excoffier L. ARLEQUIN. A Software for Population genetics Data Analysis. University of Geneva, Switzerland. 2000.

134. Schonswetter P., Tribsch A., Barfiiss M., Niklfeld H. Several Pleistocene refugia detected in the high alpine plant Phyteuma globulariifolium Sternb. & Hoppe (Campanulaceae) in the European Alps // Mol. Ecol. 2002. №11. P.2637-2647.

135. Schonswetter P., Tribsch A., Schneeweiss G.M., Niklfeld H. Disjunctions in relict alpine plants: phylogeography of Androsace brevis and A. wulfeniana (Primulaceae) // Bot. J. Linn. Soc. 2003. Vol.141. P.437-446.

136. Schweder M., Shatters R., West S., Smith R. Effect of transition interval between melting and annealing temperatures on RAPD analyses // Biotechniques. 1995. Vol.19. P.38-42.

137. Soltis D.E., Soltis P.S. Molecular data and the dynamic nature of polyploidy // Critic. Rev. Plant Sci. 1993. Vol.12. P.243-273.

138. Stebbins G.L. Variation and evolution in plants. New York: Columbia University Press. 1950. 286 p.

139. Stebbins G.L. Polyploidy and distribution of the arctic-alpine flora: new evidence and a new approach // Botanica Helvetica. 1984. Vol.94. P. 1-13.

140. Steinger Т., Korner C., Schmid B. Long term persistence in a changing climate: DNA analysis suggest very old ages of clones of alpine Carex curvula II Oecologia. 1996. V.105. P.94-99.

141. Stenstrom A., Jonsson B.O., Jonsdottir I.S., Fagerstrom Т., Augner M. Genetic variation and clonal diversity in four clonal sedges (Carex) along the Arctic coast of Eurasia // Mol. Ecol. 2001. №2. P.497-513.

142. Stiller J., Denton A. 100 years of Spartina alterniflora (Poaceae) in Willapa Bay, Washington: random amplified polymorphic DNA analysis of an invasive population //Mol. Ecol. 1995. №4. P.355-363.

143. Suyama Y., Obayashi K., Hayashi I. Clonal structure in a dwarf bamboo (Sasa senanertsis) population inferred from amplified fragment length polymorphism (AFLP) fingerprintings // Mol. Ecol. 2000. №9. P.901-906.

144. Tollefsrud M.M., Bachmann K., Jakobsen K.S., Brochmann C. Glacial survival does not matter II: RAPD phylogeography of Nordic Saxifraga cespitosa И Mol. Ecol. 1998. №7. P.1217-1232.

145. Tremblay N.O., Schoen D.J. Molecular phylogeography of Dryas integrifolia: glacial refugia and postglacial recolonization II Mol. Ecol. 1999. №8. P.l 187-1198.

146. Unander S., Mortensen A., Elvebakk A. Seasonal changes in crop content of the Svalbard Ptarmigan Lagopus mutus hyperboreus // Polar Res. 1985. №3. P.239-246.

147. Van de Peer Y., De Wachter R. TREECON for Windows: a software package for the construction and drawing of evolutionary trees for the Microsoft Windows environment // Computer Application for Bioscience. 1994. Vol.10. P.569-570.

148. Vos P., Hogers R., Bleeker M., Reijans M., Van-De-Lee Т., Homes M., Frijters A., Pot J., Peleman J., Kuiper M., Zabeau M. AFLP: a new technique for DNA fingerprinting // Nucleic Acids Res. 1995. Vol.23. P.4407-4414.

149. Wada N., Kudo G., Kojima S. Gender variation of Dryas octopetala along snowmelt and latitudinal gradients in the Subarctic and the High Arctic ft Polar Bioscience. 1999. Vol.12. P.87-99.

150. Watkinson A., Powell J. Seedling recruitment and the maintenance of clonal diversity in plant populations a computer simulation of Ranunculus repens II J. Ecol. 1993. V.81. P.707-717.

151. Weising K., Nybom H., Wolff K., Meyer W. DNA fingerprinting in plants and fungi.

152. Woodward F.I. The impact of low temperatures in controlling the geographical distribution of plants // Phil. Transact. Royal Soc. London Ser. B. 1990. Vol.326. P.585-593.

153. Yeh F., Chong D., Yang R. RAPD variation within and among natural populations of trembling aspen (Populus tremuloides Michx) from Alberta // J. Heredity. 1995. Vol.86. P.454-460.