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

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 23-24-00501

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

Руководитель Протопопова 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

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 слова глобальные 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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

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)
10.3390/d15040479

2. 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)
10.26516/978-5-9624-2199-5.2023.1-266

3. 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)
10.26516/978-5-9624-2199-5.2023.1-266

4. 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)

5. 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)
978-5-9624-2170-4.2023.1-228

6. 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)
978-5-9624-2170-4.2023.1-228

7. 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)
10.35102/cbg.2023.28.74.010

8. 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)

9. 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)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В течение отчетного периода были получены новые данные о местонахождениях и уточнены данные по известным местонахождениям неморальных реликтовых растений и некоторых родственных видов. Собран материал для дальнейшего молекулярно-генетического анализа в ходе экспедиционных работ и с использованием гербарных фондов. Определены нуклеотидные последовательности молекулярно-генетических маркеров ядерной (ITS1-5.8S-ITS2) и пластидной (trnH-psbA, trnL, trnL-trnF atpB-rbcL) ДНК у популяций модельных видов. Основные результаты за отчетный период получены для Anemone altaica Fisch. ex C.A. Mey. (южносибирская часть ареала) и Anemonastrum baicalense (Turcz.) Mosyakin s.l. (восточноазиатский и южносибирский фрагменты ареала). Проведен кариологических скрининг популяций у некоторых модельных реликтов Южной Сибири и определена кариологическая ситуация в их видовых комплексах: Primula elatior subsp. pallasii (Lehm.) W.W. Sm. & Forrest, Anemone altaica, Anemonastrum baicalense s.l. и Eranthis sibirica DC. s.l. Результаты филогенетического анализа с использованием маркеров пластидной ДНК указали на полифилию южносибирских популяций A. altaica, что может объясняться событиям гибридизации с родственными видами и последующим обратным скрещиванием. Аутентичной генетической линией A. altaica является группа, объединяющая популяции с Западного Саяна, Алтая, а также особи из полиморфных популяций восточной и центральной групп хр. Хамар-Дабан. Результаты AMOVA показали высокую степень генетической дифференциации популяций A. altaica на хр. Хамар-Дабан. Наиболее репрезентативная модель предполагает наличие по меньшей мере шести филогеографических групп, сформировавшихся в результате климатических изменений позднего кайнозоя и квартера. Филогенетический анализ предполагает восточноазиатское происхождение комплекса A. baicalense s.l. с дальнейшей его экспансией на запад. Сибирские популяции A. baicalense представлены общей группой, и не смотря на наличие географической изоляции между популяциями с Западного Саяна и хр. Хамар-Дабан как минимум с начала плейстоцена, не демонстрируют значительный уровень генетической дивергенции. Выявленные филогеографические паттерны A. baicalense на хр. Хамар-Дабан подтверждают частичную фрагментацию ареала вида в результате климатических изменений квартера и сохранение популяций как минимум в четырех микрорефугиумах. Результаты AMOVA также указывают на существование восточной и западной генетических надгрупп популяций на хр. Хамар-Дабан. Три вида Galium odoratum (L.) Scop., G. paradoxum Maxim. и G. triflorum Michx. являются частью третичного реликтового комплекса хребта Хамар-Дабан. На основании ограниченной численности и нашей первой находки G. odoratum на территории Республики Бурятия было предложено включение вида в Красную книгу региона. Учитывая различные модели распространении трех реликтовых видов Gallium на хр. Хамар-Дабан, для них были предположены различные модели выживания в плейстоценовых микрорефугиумах. О некоторых результатах и ходе реализации проекта, можно ознакомиться на информационном ресурсе в сети Интернет: https://vk.com/khdrelicts.

Публикации

1. Гамова Н.С., Протопопова М.В., Павличенко В.В., Коротков Ю.Н. Первая достоверная находка Galium odoratum (L.) Scop. и новые местонахождения Galium paradoxum Maxim. в республике Бурятия Труды Карельского научного центра Российской академии наук, № 1, С. 114–123 (год публикации - 2024)
10.17076/bg1850

2. Протопопова М.В., Павличенко В.В. Восточноазиатское происхождение рода Waldsteinia (Rosaceae) и влияние позднекайнозойских климатических изменений на современную филогеографическую структуру группы по результатам молекулярно-генетических исследований Тезисы докладов конференции «Растения в муссонном климате – X: Растительный генофонд востока Азии и климат», С. 59 (год публикации - 2024)
10.17581/mon2024.055

3. Протопопова М.В., Павличенко В.В., Нелюбина П.Е. Неморальные реликты как компонент гемибореальных лесных экосистем Южной Сибири: молекулярно-генетические подходы к их изучению Лесные экосистемы бореальной зоны: биосферная роль, биоразнообразие, экологические риски. Материалы международной конференции, С. 330–331 (год публикации - 2024)

4. Нелюбина П.Е., Швецова Н.А., Протопопова М.В. Пространственно-генетическая структура Anemone altaica (Ranunculaceae) как свидетельство существования плейстоценовых микрорефугиумов на хр. Хамар-Дабан Социально-экологические проблемы Байкальского региона и сопредельных территорий: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвящённой 130-летию профессора В. Н. Яснитского и 145-летию профессора В. Ч. Дорогостайского, С. 27–29 (год публикации - 2024)

5. Нелюбина П.Е., Швецова Н.А., Павличенко В.В., Протопопова М.В. Генетическая структура биотехнологически перспективного вида растений Anemone altaica в Южном Прибайкалье Актуальные проблемы химии, биотехнологии и сферы услуг : материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, С. 177–180 (год публикации - 2024)

6. Нелюбина П.Е., Павличенко В.В., Швецова Н.А., Протопопова М.В. Пространственно-генетическая структура Anemone altaica (Ranunculaceae) на основе полиморфизма пластидной ДНК на хр. Хамар-Дабан Исследования молодых ученых в биологии и экологии - 2024 : Сборник научных статей V Международной научной конференции, С. 96–98 (год публикации - 2024)

7. Протопопова М.В., Гнутиков А.А., Павличенко В.В., Мякошина Ю.А. Botanica Pacifica plant chromosome studies 4: Nemoral relict taxa from Baikal Siberia (Russia) Nemoral relict taxa from Baikal Siberia (Russia) Botanica Pacifica, Vol. 14, I. 1, P. 5–8 (год публикации - 2025)
10.17581/bp.2025.14101

8. Нелюбина П.Е., Павличенко В.В., Протопопова М.В. Филогеографическая структура неморального реликта Anemone altaica Fisch. ex C.A. Mey. в Южной Сибири Лесные экосистемы бореальной зоны: биосферная роль, биоразнообразие, экологические риски. Материалы международной конференции, С. 275–276 (год публикации - 2024)

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта могут быть использованы для разработки подходов по оценке современного состояния и сохранение уникальных видов растений и биоценозов, а также прогнозирования возможных изменений в будущем. Результаты работы могут быть также использованы при разработке экспресс-методов молекулярной идентификации некоторых реликтовых видов, подлежащих охране, а также географического происхождения растительного материала или продуктов, полученных при его переработке без привлечения трудоемких методов морфологического анализа. Полученные результаты могут стать основой для реализации государственных и региональных программ и мероприятий, направленных на совершенствование системы экологического мониторинга и прогнозирования изменений климата в рамках утвержденных основ государственной политики в области экологического развития РФ (среди которых «Стратегия сохранения редких видов РФ до 2030 года…».)