КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 23-24-00501

НазваниеФилогеографическая структура позднекайнозойских реликтов Южной Сибири и их близкородственных видов с различной широтой голарктического распространения как отражение глобальных климатических изменений

РуководительПротопопова Марина Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2024 г. 

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-107 - Экология биосистем

Ключевые словаглобальные изменения климата, молекулярно-генетические маркеры, генетический полиморфизм, реликтовые виды растений, редкие и исчезающие виды, рефугиум, Байкальская природная территория, Байкальская Сибирь, Дальний Восток, экологический мониторинг

Код ГРНТИ34.15.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на исследование филогеографии и эволюционных взаимоотношений популяций неморальных реликтовых растений Южной Сибири. Определение филогенетических связей южносибирских реликтов с родственными таксонами и расами, имеющими различный диапазон голарктического распространения, позволит выявить особенности исторической динамики неморального реликтового комплекса и роль позднекайнозойских климатических изменений в формировании современного растительного покрова умеренных широт. На сегодняшний день можно констатировать, что использование только морфолого-экологических критериев для установления степени родства между популяциями, а также формирования общего представления об основных путях распространения реликтовых видов в течение последних глобальных климатических изменений является недостаточным. Особенностью настоящего проекта является привлечение молекулярно-генетических подходов (кариологический анализ, секвенирование, фрагментынй анализ ДНК) к решению обозначенных проблем. В результате выполнения проекта будет определена филогеографическая структура модельных реликтовых видов Южной Сибири и эволюционные взаимоотношения с их родственными таксонами из различных регионов Голарктики, предложены наиболее вероятные направления исторического развития модельных видовых комплексов и пути сохранения их генофондов. На основании полученных результатов будут предложены рекомендации по разработке подходов молекулярной идентификации некоторых реликтовых видов растений, подлежащих охране. Разработанные подходы позволят устанавливать географическое происхождение растительного сырья или продуктов, полученных при его переработке, без привлечения зачастую трудоемких методов морфологического анализа. Результаты исследования по оценке генетического полиморфизма и установлению генетической структуры редких видов также призваны внести вклад в разработку эффективных подходов по их мониторингу и сохранению.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет определена филогеографическая структура модельных реликтовых видов Южной Сибири и эволюционные взаимоотношения с их родственными таксонами из различных регионов Голарктики, предложены наиболее вероятные направления исторического развития модельных видовых комплексов и пути сохранения их генофондов. Полученные результаты будут соответствовать мировому уровню и крайне важны для установления родственных взаимосвязей популяций реликтовых видов в пределах их дизъюнктивных ареалов и определения основных направлений эволюции и распространения этих видов на территории Голарктики на протяжении последних геологических эпох. Результаты призваны внести существенный вклад в формирование целостного представления об историческом развитии современного растительного покрова Северной Азии, а также будут служить основой для разработки прогнозов динамики экосистем в ближайшем будущем. Такие прогнозы необходимы для выработки эффективного ответа современного общества на предстоящие изменения природной среды обитания человека, связанные с динамикой климата и постоянно увеличивающимися техногенными нагрузками на экосистемы. Результаты также будут также существенным образом расширять сложившиеся представления о развитии растительного покрова всего северного полушария. Результаты проекта также будут направлены на привлечение внимания к экологическим проблемам охраняемых территорий исследуемых регионов, и, главным образом, Байкальской природной территории, на которую приходится основная часть ареала изучаемых видов. Поскольку выбранные для исследования виды являются редкими и занесены в региональные красные книги, а часть также в красную книгу Российской Федерации, то полученные в ходе выполнения результаты будут полезны для разработки эффективных подходов экологического мониторинга, основанных на современных достижениях молекулярной биологии и генетики, с целью сбережения уникальных природных объектов, а также на популяризацию биогеографических и экологических знаний и стимулирование природоохранных мероприятий в регионах. Таким образом, полученные в ходе выполнения проекта результаты могут быть использованы при реализации государственных и региональных программ и мероприятий на территории Сибири и Российского Дальнего Востока по охране и восстановлению редких и исчезающих видов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В течение отчетного периода были получены новые данные о местонахождениях и уточнены данные по известным местонахождениям неморальных реликтовых растений и некоторых родственных видов. В ходе экспедиционных исследований были установлены новые ранее неизвестные местонахождения некоторых видов на хр. Хамар-Дабан, в том числе Anemone baicalensis, Eranthis sibirica, Galium odoratum. Собран материал для дальнейшего молекулярно-генетического анализа в ходе экспедиционных работ и с использованием гербарных фондов. География сборов включала восточноазиатские, европейские, североамериканские и южносибирские фрагменты ареалов видов и видовых комплексов. Определены нуклеотидные последовательности молекулярно-генетических маркеров ядерной (ITS1-5.8S-ITS2) и пластидной (matK, rps16, trnH-psbA, trnL, trnL-trnF) ДНК у представителей популяций модельных видов из различных участков ареала. Основные результаты за отчетный период получены для Anemone altaica (Южносибирская часть ареала), Eranthis sibirica (Байкальская часть ареала: хр. Хамар-Дабан, Тункинские Гольцы), Fritillaria dagana (хр. Хамар-Дабан), F. sonnikovae (Западный Саян) и видов рода Waldsteinia Willd. (восточноазиатский, европейский, североамериканский и южносибирский фрагменты ареала). Проведен кариологических скрининг популяций A. altaica, W. ternata s.str. и W. tanzybeica, а также анализ с привлечением литературных данных. Проведена предварительная оценка генетического полиморфизма модельных видов, определены предварительная филогеографическая структура и филогенетические отношения популяций из различных участков их ареалов. Анализ на основе объединённого набора данных о полиморфизме ядерной и пластидной ДНК продемонстрировал монофилию Waldsteinia. Показано, что филогенетические взаимоотношения видов Waldsteinia лучше объясняются их географическим распространением, чем морфологией. Были выделены европейско-сибирская, северо-восточноазиатская и североамериканская филогеографические группы. Местом происхождения всей группы согласно полученным данным является Восточная Азия. Учитывая неконгруэнтное положение W. geoides (типового вида) на деревьях пластидной и ядерной ДНК, а также несоответствие морфологии вида и его расположения на дереве пластидной ДНК, мы предполагаем гибридное происхождении этого вида. Несмотря на то, что положение W. maximowicziana не полностью определено, мы поддерживаем точку зрения, согласно которой его следует отделить от агрегата W. ternata (традиционно включающего W. trifolia, W. ternata s.str. и W. maximowicziana) и считать самостоятельным видом. Согласно нашим результатам, американские W. doniana, W. fragarioides и W. lobata принадлежат к одной материнской линии, но наблюдаемые генетические различия слишком малы, чтобы служить убедительным аргументом в пользу разделения видов, поэтому их взаимоотношения до сих пор остаются невыясненными. Результаты показали наличие как минимум трех филогеографических групп A. altaica на хр. Хамар-Дабан: западной, центральной и восточной, которые могли сформироваться в течение ледниковых максимумов плейстоцена. Была дополнена филогеографическая структура E. sibirica DC. В своей работе мы придерживаемся концепции, согласно которой E. sibirica является единственным южносибирским видом рода, и рассматриваем E. tanhoensis как синоним E. sibirica. В ходе текущей работы было подтверждено существование восточной и западной супергрупп популяций E. sibirica, сформировавшихся в результате дизъюнкции, вызванной горными поднятиями в позднем неогене – начале квартера и плейстоценовыми похолоданиями. Западная супергруппа целиком представлена западносаянскими популяциями. Восточная супергруппа объединяет популяции с Восточных Саян, хребтов Танну-Ола и Хамар-Дабан. В пределах хр. Хамар-Дабан нами было выделено несколько филогеографических групп, объединяющих популяции географически принадлежащих к четырем плейстоценовым микрорефугиумам. Новые результаты также показывают, что некоторые популяции субальпийского пояса, по-видимому, были и остаются частично изолированными от популяций лесного пояса. Согласно результатам филогенетического анализа и морфологическим признакам F. sonnikovae можно считать узким эндемиком и одной из морф F. maximowiczii, возникшей в Западном Саяне и сохранившейся там как третичный реликт. В ходе выполнения этапа, были впервые получены и включены в анализ новые данные о последовательностях молекулярно-генетических маркеров близкородственного вида F. dagana из фрагмента его ареала на хр. Хамар-Дабан. Результаты показали, что F. dagana является сестринским таксоном клады F. maximowiczii + F. sonnikovae. Несмотря на то, что ареал F. dagana в определенной степени фрагментирован, выявлен низкий уровень генетических отличий между популяциями с хр. Хамар-Дабан и другими участками ареала, что свидетельствует о тесной связи южносибирских популяций. Основные результаты, полученные в ходе выполнения первого этапа проекта были опубликованы в 9 научных публикациях, в том числе в издании, индексируемом в Web of Science и Scopus (Q1): Protopopova M., Pavlichenko V., Chepinoga V., Gnutikov A., Adelshin R. Waldsteinia within Geum s.l. (Rosaceae): Main Aspects of Phylogeny and Speciation History. Diversity, 2023, 15(4), 479: 1–30. О некоторых результатах, полученных в ходе реализации проекта, можно ознакомиться на информационном ресурсе в сети Интернет: https://vk.com/khdrelicts.

 

Публикации

1. Протопопова М.В., Павличенко В.В., Чепинога В.В., Гнутиков А.А., Адельшин Р.В. Waldsteinia within Geum s.l. (Rosaceae): Main Aspects of Phylogeny and Speciation History Diversity, Vol. 15, I. 4, Art. 479, P. 1–30 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/d15040479

2. Нелюбина П.Е., Павличенко В.В., Протопопова М.В. Изучение пространственно-генетической структуры и филогенетических взаимоотношений популяций Anemone altaica (Ranunculaceae) в Южной Сибири Тезисы докладов VI всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвящённой 45-летию кафедры физико-химической биологии, биоинженерии и биоинформатики Иркутского государственного университета, С. 133–135 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26516/978-5-9624-2199-5.2023.1-266

3. Нелюбина П.Е., Павличенко В.В., Протопопова М.В. Изучение филогеографической структуры Anemone altaica (Ranunculaceae) в Южной Сибири Наследие академика Н.В. Цицина: Ботанические сады. Отдалённая гибридизация растений и животных. Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 125-летию академика Н.В. Цицина, С. 33-35 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.35102/cbg.2023.28.74.010

4. Нелюбина П.Е., Павличенко В.В., Протопопова М.В. Исследование пространственно-генетической структуры Anemone altaica (Ranunculaceae) на хребте Хамар-Дабан с целью разработки подходов по сохранению и восстановлению ее популяций Охрана и рациональное использование животных и растительных ресурсов: материалы международной научно-практической конференции, приуроченной к 120-летию со дня рождения профессора В.Н. Скалона, С. 286–291 (год публикации - 2023)

5. Нелюбина П.Е., Павличенко В.В., Швецова Н.А., Протопопова М.В. Влияние позднекайнозойских климатических изменений на формирование современной филогеографической структуры Anemone altaica (Ranunculaceae) на хр. Хамар-Дабан Устойчивость растений и микроорганизмов к неблагоприятным факторам среды: тезисы докладов VI Всероссийской научной конференции с международным участием, С. 101 (год публикации - 2023) https://doi.org/978-5-9624-2170-4.2023.1-228

6. Нелюбина П.Е., Швецова Н.А., Протопопова М.В. Исследование филогеографической структуры Anemone altaica Fisch. ex C.A. Mey. на хр. Хамар-Дабан Социально-экологические проблемы Байкальского региона и сопредельных территорий: материалы VI Всероссийской с международным участием научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, С. 53–55 (год публикации - 2023)

7. Протопопова М.В., Нелюбина П.Е., Павличенко В.В. Филогеографическая структура рода Eranthis (Ranunculaceae) на территории Южной Сибири как отражение глобальных климатических изменений Устойчивость растений и микроорганизмов к неблагоприятным факторам среды: тезисы докладов VI Всероссийской научной конференции с международным участием, С. 106 (год публикации - 2023) https://doi.org/978-5-9624-2170-4.2023.1-228

8. Протопопова М.В., Павличенко В.В., Санданов Д.В. Происхождение Fritillaria sonnikovae (Lilliaceae) в Южной Сибири по данным моекулярно-генетического анализа Тезисы докладов VI всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвящённой 45-летию кафедры физико-химической биологии, биоинженерии и биоинформатики Иркутского государственного университета, С. 24–25 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26516/978-5-9624-2199-5.2023.1-266

9. Санданов Д.В., Протопопова М.В., Павличенко В.В. Relationships for three species of Fritillaria Tourn. ex L. from the South Siberia Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2023): abstracts, С. 347 (год публикации - 2023)

10. - Ботаника будущего Общественно-политическая газета "Областная", 7 июня 2023 № 62 (2556) (год публикации - )