RU EN

Меню страницы:

Статьи 2021 г.

Ключевые слова:
Populus, гибридизация, интрогрессия, асимметрия, адаптация, Западная Сибирь

Реферат

УДК 582.623.2+575.222.72 (571.17)

Климов А. В.1, 2, Прошкин Б. В.3 Интрогрессивная гибридизация Populus laurifolia Ledeb. и Populus nigra L. в бассейне реки Томи: масштабы, направление и значение // Сибирский лесной журнал. 2021. № 2. С. …

DOI: 10.15372/SJFS20210204

© Климов А. В., Прошкин Б. В., 2021

Исследования природных гибридных зон тополя Populus L. в Западной Сибири показали, что наблюдаемая в них гибридизация является ассиметричной и интрогрессивной. Однако ее фенотипическое проявление недостаточно изучено, что затрудняет создание эффективных программ отбора ценных форм и последующей селекционной работы. Цель настоящего исследования проанализировать результаты изучения популяций тополей черного P. nigra L., лавролистного P. laurifolia Ledeb. и иртышского P. irtyschensis Ch. Y. Yang в бассейне реки Томи по некоторым качественным анатомическим и морфологическим признакам, показать фенотипические проявления интрогрессивной гибридизации, выявить ее масштабы, направление и значения. Исследования комплекса качественных морфологических признаков были выполнены в 23 популяций на 684 особях. Установлено, что гибридизация тополя лавролистного и тополя черного в бассейне реки Томи наблюдается не повсеместно. Только на участках где складывается оптимальное сочетание факторов, способствующих гибридизации, выделяются скопления гибридов (очаги гибридизации). Отобранные нами морфологические признаки позволяют достаточно надежно идентифицировать родительские таксоны и тополь иртышский. Дополнительное использование особенностей петиолярной анатомии дает возможность изучать разнообразие особей внутри выделенных таксонов. Изучение тополя лавролистного как в смешанных, так и в чистых (моновидовых) насаждениях не выявило признаков, свидетельствующих о проникновении генов тополя черного в его генофонд. Напротив, в популяциях тополя черного обнаружены фенотипические проявления интрогрессии как по морфологическим, так и по анатомическим признакам. Выдвинуто предположение о том, что наблюдаемая в бассейне реки Томи ассиметричная интрогрессивная гибридизация между 2 видами тополей, по-видимому, – достаточно широко распространенное явление внутри рода тополь. Проведенные исследования демонстрируют адаптивную роль интрогрессии в колонизации субоптимальных местообитаний.

Текст статьи


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)

Бакулин В. Т. Тополь лавролистный. Новосибирск: Изд-во СО РАН. Фил. «Гео», 2004. 122 с. [Bakulin V. T. Topol lavrolistny (Poplar laurel). Novosibirsk: Izd-vo SO RAN. Fil. «Geo» (Sib. Br., Rus. Acad. Sci. Publ. Geo Br.), 2004. 122 p. (in Russian)].

Бакулин В. Т. Тополь черный в Западной Сибири. Новосибирск: Гео, 2007. 119 с. [Bakulin V. T. Topol cherny v Zapadnoy Sibiri (Black poplar in Western Siberia). Novosibirsk: Geo, 2007. 119 p. (in Russian)].

Васильева Н. В., Костина М. В., Насимович Ю. В. Предварительные результаты молекулярно-генетического исследования гибридизации тополей в природе и городском озеленении // Соц.-экол. технол. 2018. № 1. С. 9–22 [Vasilieva N. V., Kostina M. V., Nasimovich Yu. V. Predvaritelnye rezultaty molekulyarno-geneticheskogo issledovaniya gibridizatsii topoley v prirode i gorodskom ozelenenii (Preliminary results of the molecular genetic investigation of the poplar hybridization naturally and in the urban beautification) // Soc.-Ecol. Technol. 2018. N. 1. P. 9–22 (in Russian with English abstract)].

Ивантер Э. В., Коросов А. В. Введение в количественную биологию: учеб. пособ. для студентов биол. специальностей. Петрозаводск: Петрозавод. гос. ун-т, 2003. 302 c. [Ivanter E. V., Korosov A. V. Vvedenie v kolichestvennuyu biologiyu: ucheb. posob. dlya studentov biol. spetsialnostey (Introduction to quantitative biology: textbook for students of biol. specialties). Petrozavodsk: Petrozavod. gos. un-t (Petrozavodsk St. Univ.), 2003. 302 p. (in Russian)].

Климов А. В., Прошкин Б. В. Фенетический анализ Populus nigra, P. laurifolia и P. × jrtyschensis в зоне гибридизации // Вавилов. журн. генет. селекц. 2018. Т. 22. № 4. С. 468–475 [Klimov A. V., Proshkin B. V. Fenetichesky analiz Populus nigra, P. laurifolia i P. × jrtyschensis v zone gibridizatsii (Phenetic analysis of Populus nigra, P. laurifolia and P. × jrtyschensis in the hybridization zone) // Vavilov. zhurn. genet. selekts. (Vavilov J. Genet. Breed.). 2018. V. 22. N. 4. P. 468–475 (in Russian with English abstract)].

Климов А. В., Прошкин Б. В. Использование морфо-анатомических признаков для выявления гибридных растений в зоне естественной гибридизации Populus laurifolia и P. nigra в Сибири, Россия // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2019. № 46. С. 64–81 [Klimov A. V., Proshkin B. V. Ispolzovanie morfo-anatomicheskikh priznakov dlya vyyavleniya gibridnykh rasteny v zone estestvennoy gibridizatsii Populus laurifolia i P. nigra v Sibiri, Rossiya (Using morphological and anatomical characteristics to identify hybrid plants in the area of Populus laurifolia and P. nigra natural hybridization in Siberia, Russia) // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya (Tomsk State University Journal of Biology). 2019. N. 46. P. 64–81 (in Russian with English abstract)].

Лиховид Н. И. Интродукция деревьев и кустарников в Хакасии. Красноярск: Краснояр. кн. изд-во. Хакас. отд-ние, 1984. С. 19–20 [Likhovid N. I. Introduktsiya derevev i kustarnikov v Khakasii (Introduction of trees and shrubs in Khakassia). Krasnoyarsk: Krasnoyar. kn. izd-vo. Khakas. otd-niye (Krasnoyarsk Book Publ. Khakas. Br.), 1984. P. 19–20 (in Russian)].

Лиховид Н. И. Интродукция деревьев и кустарников в Хакасии. Новосибирск: РАСХН. Сиб. отд-ние, 1994. 338 с. [Likhovid N. I. Introduktsiya derevev i kustarnikov v Khakasii (Introduction of trees and shrubs in Khakassia). Novosibirsk: RASKhN. Sib. otd-niye (Rus. Acad. Agr. Sci. Sib. Br.), 1994. 338 p. (in Russian)].

Насимович Ю. А., Костина М. В., Васильева Н. В. Концепция вида у тополей (genus Populus L., Salicaceae) на примере представителей подрода Tacamahaca (Spach) Penjkovsky, произрастающих в России и сопредельных странах // Соц.-экол. технол. 2019. Т. 9. № 4. С. 426–466 [Nasimovich Yu. A., Kostina M. V., Vasilieva N. V. Kontseptsiya vida u topoley (genus Populus L., Salicaceae) na primere predstaviteley podroda Tacamahaca (Spach) Penjkovsky, proizrastayushchikh v Rossii i sopredelnykh stranakh (The concept of species in poplars (genus Populus L., Salicaceae) based on the example of the subgenus Tacamahaca (Spach) Penjkovsky representatives growing in Russia and neighbouring countries) // Soc.-Ecol. Technol. 2019. V. 9. N. 4. Р. 426–466 (in Russian with English abstract)].

Прошкин Б. В., Климов А. В. Гибридизация Populus nigra L. и P. laurifolia Ledeb. (Salicaceae) в пойме реки Томи // Сиб. лесн. журн. 2017а. №. 4. С. 38–51 [Proshkin B. V., Klimov A. V. Gibridizatsiya Populus nigra L. i P. laurifolia Ledeb. (Salicaceae) v poyme reki Tomi (Hybridization of Populus nigra L. and P. laurifolia Ledeb. (Salicaceae) in the floodplain of the Tom River) // Sib. lesn. zurn. (Sib. J. For. Sci.). 2017a. N. 4. P. 38–51(in Russian with English abstract)].

Прошкин Б. В., Климов А. В. Возникновение, структура и динамика популяций Populus × jrtyschensis Chang Y. Yang в зоне естественной гибридизации // Вестник НГАУ. 2017б. № 4 (45). С. 23–31 [Proshkin B. V., Klimov A. V. Vozniknoveniye, struktura i dinamika populyatsy Populus × jrtyschensis Chang Y. Yang v zone estestvennoy gibridizatsii (Origin, structure and dynamics of Populus × jrtyschensis Chang Y. Yang populations in the area of natural hybridization) // Vestnik NGAU (Bulletin of NSAU). 2017b. N. 4 (45). P. 23–31 (in Russian with English abstract)].

Прошкин Б. В., Климов А. В. Роль истории расселения и интрогрессии в морфологии Populus nigra L. в северо-западной части Алтае-Саянской горной страны // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2019а. № 2 (42). С. 62–74 [Proshkin B. V., Klimov A. V. Rol istorii rasseleniya i introgressii v morfologii Populus nigra L. v severo-zapadnoy chasti Altae-Sayanskoy gornoy strany (The Role of the History of Dissemination and Introgression in the Morphology of Populus nigra L. in the North-Western Part of Altai-Sayan Mountain Country) // Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo univepsiteta. Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopolzovanie (Bull. Volga St. Techn. Univ. Series: Forest. Ecology. Nature management). 2019а. V. 2 (42). N. 2. P. 62–74 (in Russian with English abstract)].

Прошкин Б. В., Климов А. В. Использование признаков петиолярной анатомии для идентификации гибридов и видов секции Aigeiros и Tacamahaca рода Populus // Turczaninowia. 2019б. Т. 22. № 3. С. 80–90 [Proshkin B. V., Klimov A. V. Ispolzovanie priznakov petiolyarnoy anatomii dlya identifikatsii gibridov i vidov sektsii Aigeiros i Tacamahaca roda Populus (Using petiole anatomy to identify hybrids between and species of Populus sections Aigeiros and Tacamahaca) // Turczaninowia. 2019b. V. 22. N. 3. P. 80–90 (in English with Russian abstract)].

Прошкин Б. В., Климов А. В. Стратегии размножения видов Populus в зоне интрогрессивной гибридизации бассейна реки Томи // Сиб. лесн. журн. 2020. №. 4. С. 77–86 [Proshkin B. V., Klimov A. V. Strategii razmnozheniya vidov Populus v zone introgressivnoy gibridizatsii basseyna reki Tomi (Reproduction strategies of Populus species in the area of introgressive hybridization in the basin of Tom river) // Sib. lesn. zurn. (Sib. J. For. Sci.). 2020. N. 4. P. 77–86 (in Russian with English abstract and references)].

Скворцов А. К., Белянина Н. Б. Васкуляризация черешка тополей как таксономический признак // Бюлл. Гл. бот. сада. 2005. Вып. 189. С. 235–239 [Skvortsov A. K., Belyanina N. B. Vaskulyarizatsiya chereshkа topoley kak taksonomicheskiy priznak // (Petiole vascularization in poplars as a taxonomical character) // Byull. Gl. bot. sada (Bull. Main Bot. Garden). 2005. V. 189. P. 235–239 (in Russian with English abstract)].

Тараканов В. В., Климов А. В., Прошкин Б. В. Перспективы селекции тополя черного для рекультивации техногенных ландшафтов Западной Сибири // Роль аграрной науки в устойчивом развитии сельских территорий: Сб. II Всерос. (нац.) науч. конф. (Новосибирск, 25 декабря 2017 г.). Новосибирск: Изд. центр «Золотой колос», 2017. С. 327–331 [Tarakanov V. V., Klimov A. V., Proshkin B. V. Perspektivy selektsii topolya chernogo dlya rekultivatsii tekhnogennykh landshaftov Zapadnoy Sibiri (Prospects for the selection of black poplar for the reclamation of technogenic landscapes of Western Siberia) // Rol agrarnoy nauki v ustoychivom razvitii selskikh territoriy: Sb. II Vseros. (nats.) nauch. konf. (Novosibirsk, 25 dekabrya 2017 g.) (The role of agrarian science in sustainable development of rural areas: Coll. II All-Rus. (Nat.) Sci. Conf. (Novosibirsk, 25 Dec., 2017)). Novosibirsk: Izd. tsentr «Zolotoy kolos» (Publ. Center Zolotoy Kolos), 2017. P. 327–331 (in Russian)].

Chhatre V. E., Evans L. M., DiFazio S. P., Keller S. R. Adaptive introgression and maintenance of a trispecies hybrid complex in range-edge populations of Populus // Mol. Ecol. 2018. V. 27. Iss. 23. P. 4820–4838.

Christe C., Stölting K. N., Bresadola L., Fussi B., Heinze B., Wegmann D., Lexer C. Selection against recombinant hybrids maintains reproductive isolation in hybridizing Populus species despite F1 fertility and recurrent gene flow // Mol. Ecol. 2016. V. 25. Iss. 11. P. 2482–2498.

Clarkson C. S., Weetman D., Essandoh J., Yawson A. E., Maslen G., Manske M., Field S. G., Webster M., Antão T., MacInnis B., Kwiatkowski D., Donnelly M. J. Adaptive introgression between Anopheles sibling species eliminates a major genomic island but not reproductive isolation // Nat. Comm. 2014. V. 5. P. 42–48.

Cronk Q. C., Suarez-Gonzalez A. The role of interspecific hybridization in adaptive potential at range margins // Mol. Ecol. 2018. V. 27. Iss. 23. P. 4653–4656.

Du S., Wang Z., Ingvarsson P. K., Wang D., Wang J., Wu Z., Tembrock L. R., Zhang J. Multilocus analysis of nucleotide variation and speciation in three closely related Populus (Salicaceae) species // Mol. Ecol. 2015. V. 24. Iss. 19. P. 4994–5005.

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

Hamzeh M., Sawchyn C., Perinet P., Dayanandan S. Asymmetrical natural hybridization between Populus deltoides and P. balsamifera (Salicaceae) // Can. J. Bot. 2007. V. 85. N. 12. Р. 1227–1232.

Hersch-Green E. I., Allan G., Whitham T. Genetic analysis of admixture and patterns of introgression in foundation cottonwood trees (Salicaceae) in southwestern Colorado, USA // Tree Genet. Genom. 2014. V. 10. P. 527–539.

Hu J., Zhang J., Chen X., Lv J., Jia H., Zhao S., Lu M. An empirical assessment of transgene flow from a Bt transgenic poplar plantation // PLoS One. 2017. V. 12. Iss. 1. Article number: e0170201.

IBM SPSS Statistics, 2018. http://www-01.ibm.com/support/docview.wss?uid=swg24038592

International Plant Name Index (IPNI), 2020. https://www.ipni.org/

Jiang D., Feng J., Dong M., Wu G., Mao K., Liu J. Genetic origin and composition of a natural hybrid poplar Populus × jrtyschensis from two distantly related species // Plant Biol. 2016. V. 16. N. 1. P. 88–99.

Klimov A. V., Proshkin B. V. Identification of Populus nigra, P. laurifolia and P. × jrtyschensis by leaf petiole anatomy // Sib. lesn. zurn. (Sib. J. For. Sci.). 2019. N. 6. P. 89–99.

LeBoldus J. M., Isabel N., Floate K. D., Blenis P., Thomas B. R. Testing the ‘hybrid susceptibility’ and ‘phenological sink’ hypotheses using the P. balsamifera P. deltoides hybrid zone and septoria leaf spot (Septoria musiva) // PLoS ONE. 2013. V. 8. Iss. 12. Article number: e84437.

Lindtke D., Gompert Z., Lexer C., Buerkle C. A. Unexpected ancestry of Populus seedlings from a hybrid zone implies a large role for postzygotic selection in the maintenance of species // Mol. Ecol. 2014. V. 23. Iss. 17. P. 4316–4330.

Liu X., Wang Z., Shao W., Ye Z., Zhang J. Phylogenetic and taxonomic status analyses of the Abaso section from multiple nuclear genes and plastid fragments reveal new insights into the North America origin of Populus (Salicaceae) // Front. Plant Sci. 2017. V. 7. Article number: 2022.

Meirmans P. G., Lamothe M., Gros-Louis M. C., Khasa D., Perinet P., Bousquet J., Isabel N. Complex patterns of hybridization between exotic and native North American poplar species // Amer. J. Bot. 2010. V. 97. N. 10. P. 1688–1697.

Norris L. C., Main B. J., Lee Y., Collier T. C., Fofana A., Cornel A. J., Lanzaro G. C. Adaptive introgression in an African malaria mosquito coincident with the increased usage of insecticide-treated bed nets // PNAS. 2015. V. 112. N. 3. P. 815–820.

Rieseberg L. H. Hybrid origins of plant species // Ann. Rev. Ecol. Syst. 1997. V. 28. P. 359–389.

Roe A. D., MacQuarrie C. J., Gros-Louis M. C., Simpson J. D., Lamarche J., Beardmore T., Thompson S. L., Tanguay P., Isabel N. Fitness dynamics within a poplar hybrid zone: I. Prezygotic and postzygotic barriers impacting a native poplar hybrid stand // Ecol. Evol. 2014. V. 4. N. 9. P. 1629–1647.

Suarez‐Gonzalez A., Hefer C. A., Lexer C., Douglas C. J., Cronk Q. C. Introgression from Populus balsamifera underlies adaptively significant variation and range boundaries in P. trichocarpa // New Phytol. 2018a. V. 217. N. 1. P. 416–427.

Suarez-Gonzalez A., Hefer C. A., Lexer C., Cronk Q. C., Douglas C. J. Scale and direction of adaptive introgression between black cottonwood (Populus trichocarpa) and balsam poplar (P. balsamifera) // Mol. Ecol. 2018b. V. 27. Iss. 7. P. 1667–1680.

Suarez-Gonzalez A., Lexer C., Cronk Q. C. B. Adaptive introgression: a plant perspective // Biol. Lett. 2018c. V. 14. Iss. 3. P. 1–8.

Šiler B., Skorić M., Mišić D., Kovačević B., Jelić M., Patenković A., Novičić Z. K. Variability of European black poplar (Populus nigra) in the Danube basin. Novi Sad, Serbia: Vojvodinašume, 2014. 128 p.

Talbot P., Schroeder W. R., Bousquet J., Isabel N. When exotic poplars and native Populus balsamifera L. meet on the Canadian Prairies: Spontaneous hybridization and establishment of interspecific hybrids // For. Ecol. Manag. 2012. V. 285. P. 142–152.

Thompson S. L., Lamothe M., Meirmans P. G., Perinet P., Isabel N. Repeated unidirectional introgression towards Populus balsamifera in contact zones of exotic and native poplars // Mol. Ecol. 2010. V. 19. Iss. 1. P. 132–145.

Vanden Broeck A., Cox K., Villar M. Natural hybridization and potential seed set of sympatric Populus nigra and Populus × canadensis along the river IJzer in Flanders (Belgium) // Plant Ecol. Evol. 2012. V. 145. N. 3. P. 341–349.

Vanden Broeck A., Villar M., Bockstaele van E., Vanslycken J. Natural hybridization between cultivated poplars and their wild relatives: evidence and consequences for native poplar populations // Ann. For. Sci. 2005. V. 62. N. 7. P. 601–613.

Wang M., Zhang L., Zhang Z., Li M., Wang D., Zhang X., Xi Z., Keefover-Ring K., Smart L. B., DiFazio S. P., Olson M. S., Yin T., Liu J., Ma T. Phylogenomics of the genus Populus reveals extensive interspecific gene flow and balancing selection // New Phytol. 2020. V. 225. N. 3. P. 1370–1382.

Whitney K. D., Broman K. W., Kane N. C., Hovick S. M., Randell R. A., Rieseberg L. H. Quantitative trait locus mapping identifies candidate alleles involved in adaptive introgression and range expansion in a wild sunflower // Mol. Ecol. 2015. V. 24. Iss. 9. P. 2194–2211.

Whitney K. D., Randell R. A., Rieseberg L. H. Adaptive introgression of herbivore resistance traits in the weedy sunflower Helianthus annuus L. // Amer. Natur. 2006. V. 167. P. 794–807.

Zeng Y. F., Zhang J. G., Duan A. G., Abuduhamiti B. Genetic structure of Populus hybrid zone along the Irtysh River provides insight into plastid-nuclear incompatibility // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 377–389.

Zhu J., Tian J., Wang J., Nie S. Variation of traits on seeds and germination derived from the hybridization between the sections Tacamahaca and Aigeiros of the genus Populus // Forests. 2018. V. 9. Iss. 9. P. 1–15.


Вернуться к списку статей