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 проекта 22-24-00665

НазваниеГенетическая изменчивость, филогеография и историческая демография представителей темнохвойных лесов Сибири и Дальнего Востока

Руководитель Семериков Владимир Леонидович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-102 - Ботаника

Ключевые слова Abies, Pinus, генетическое разнообразие, микросателлиты, митохондриальная ДНК, филогеография, историческая демография, Северная Евразия, плейстоцен

Код ГРНТИ34.23.35

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Сведения о величине и структуре генетической изменчивости являются необходимой предпосылкой для изучения истории вида, его эволюции, путей адаптации в неоднородной среде обитания, а также для планирования мер по сохранению биологического разнообразия и устойчивости экосистем. Это в полной мере относится к сибирским видам хвойных, ввиду их огромного экономического и лесообразующего значения. Маркеры наследуемые по материнской линии (у хвойных видов это маркеры митохондриальной ДНК) довольно эффективны для исследований пространственной структуры генетической изменчивости и выявления генетически отличающихся друг от друга географических групп популяций. В сочетании с палеонтологическими данными такие исследования позволяют обосновать гипотезы о прошлом вида – о вымираниях и изоляции отдельных частей ареала, об источниках и путях расселения и о причинах этих процессов. Количественная оценка структуры генетической изменчивости и статистически обоснованное тестирование исторических гипотез требует использования байесовских методов анализа генетической структуры (например, с помощью метода Structure) и моделирования историко-демографических процессов в рамках метода ABC (Approximate Bayesian Computation). Эти методы предполагают наличие множественных, высокоизменчивых, несцепленных маркеров, таких как микросателлитные локусы, сиквенсные данные, SNP или RADseq. Ранее генетическая изменчивость и филогеография сибирских и дальневосточных представителей темнохвойных лесов - пихты сибирской (Abies sibirica), белокорой (A. nephrolepis), сахалинской (A. sachalinensis), камчатской (A. gracilis), Семенова (A. semenovii) были исследованы с помощью ядерных (аллозимы и AFLP), хлоропластных (cpSSR) и четырех митохондриальных маркеров (Семерикова, Семериков, 2006,2007,2009; Semerikova et al., 2011,2012; Semerikov et al., 2019). Были оценены параметры изменчивости, и выявлена подразделенность популяций изученных видов. Пихта сибирская имеет несколько больших, достаточно генетически однородных географических групп популяций, которые предположительно сформировались в результате расселения из отдельных источников – ледниковых рефугиумов, расположенных в горных системах юга Сибири и на Урале (Семерикова, Семериков, 2006,2007,2009; Semerikov et al., 2019). Два дальневосточных вида – пихта белокорая и пихта сахалинская – образовали на Сахалине гибридогенный комплекс, сформированный в результате вытеснения южными формами пихты сахалинской северной расы, близкой пихте белокорой (Semerikova et al., 2011). Два редких вида – пихта камчатская и пихта Семенова – показали низкий полиморфизм и почти полное его отсутствие, соответственно, что, предположительно является следствием исторических событий вымираний и современной низкой численности популяций (Semerikova et al, 2011, 2012). В то же время, опыт исследований указывает на целесообразность увеличения набора маркеров митохондриальной ДНК для изучения филогеографии видов пихт. Исследования изменчивости ядерного генома с помощью мультигенных маркеров на всем ареале у российских видов пихт не проводились. В предыдущем исследовании (Semerikov et al.,2019) нами было проведено сравнение филогеографии и истории в позднем плейстоцене – голоцене двух сибирских таежных эдификаторов – пихты сибирской и лиственницы сибирской, имеющих существенно различные экологические требования. Было бы интересно дополнительно сравнить филогеографию этих видов с филогеографией сосны сибирской, вида экологически более близкого к пихте сибирской, чем лиственница. Структура изменчивости сосны сибирской ранее была исследована на большей части ареала с помощью аллозимных маркеров (Крутовский и др., 1987; 1988; 1989; Политов, Крутовский, 1990; Политов, 2007). Несмотря на низкий уровень межпопуляционной дивергенции, была обнаружена генетическая подразделенность ареала вида на несколько основных групп популяций (Политов, 2007). На основе ядерных микросателлитных локусов генетическое разнообразие и дифференциация популяций сосны сибирской были исследованы на уровне локальных популяционных групп (Орешкова и др., 2014; Орешкова и др., 2020), без учета всего ареала. Таким образом, актуальной задачей дальнейших популяционных исследований данных видов являются анализ изменчивости митохондриальной ДНК с помощью расширенного набора маркеров, а также количественные оценки имеющихся филогеографических гипотез и параметров демографических моделей, что требует исследований изменчивости ядерного генома с помощью мультигенных маркеров, таких как микросателлитные локусы. В рамках предлагаемого проекта поставлены следующие цели: 1. Необходимо оценить и сравнить параметры изменчивости у видов и основных географических групп в пределах видов у пихты сибирской, белокорой, сахалинской, камчатской, Семенова и сосны сибирской. 2. Уточнить количество генетических кластеров (групп популяций) и их географические границы. 3. Оценить с помощью ABC моделирования параметры модели наиболее правдоподобных сценариев, такие как время дивергенции групп популяций пихты сибирской и сосны сибирской, время обособления камчатской пихты от пихты сахалинской, пихты Семенова от пихты сибирской, возраст бутылочного горлышка, обусловившего сниженное разнообразие камчатской пихты. Для достижения этих целей мы планируем использовать расширенный набор маркеров митохондриальной ДНК и микросателлитные локусы. Недавние исследования филогении пихт на основе митохондриальной ДНК (неопубликовано) выявили изменчивые локусы у пихты сибирской, белокорой и сахалинской, способные заметно улучшить возможность описания пространственной структуры. Кроме того, в настоящее время разработаны и использованы в популяционном исследовании пихты корейской, близкого родственника пихты сибирской, 19 микросателлитных локусов (Kwak et al., 2017), которые могут быть применимы для российских видов пихт. Для изучения сосны сибирской будут использованы 10 микросателлитных локусов, разработанных для этого вида и уже апробированные в предварительных исследованиях и локусы (около 20), разработанные для других видов сосен. В работе будут использованы образцы, применявшиеся в предыдущих исследованиях.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---