ISSN 0564-3783  



Головна
Контакти
Архів  
Тематика журналу
Підписка
До уваги авторів
Редколегія
Мобільна версія


In English

Export citations
UNIMARC
BibTeX
RIS





Оцінка генетичного та репродуктивного стану інвазивних популяцій ulmus pumila та u. Suberosа у степовому придніпров’ї за умов зміни клімату

Кравець О.А., Пірко Я.В.5 Калафат Л.О., Рабоконь А.М., Постовойтова А.С., Білоножко Ю.О., Приваліхін С.М., Лихолат Ю.В., Блюм Я.Б.

Оригінальна работа 




Проаналізовано ступінь внутрішньовидового генетичного поліморфізму та гетерозиготності, ембріональну загибель та життєздатність насіння, а також цитогенетичний стан вегетативних меристем Ulmus pumila та U. suberosа з метою з’ясування механізмів інвазивності їхніх популяцій в степовому Придніпров’ї за умов змін клімату. Досліджені популяції U. pumila відрізнялися за показниками ембріональної загибелі, життєздатності насіння, насіннєвої продуктивності. Популяції, що зростають у більш екологічно сприятливих умовах, відзначаються кращим репродуктивним, фізіологічним та генетичним станом. За більшістю використаних мікросателітних локусів досліджені популяції характеризувались відносно низьким рівнем генетичної мінливості, надлишком гомозиготних генотипів та дефіцитом гетерозигот, що вказує на певний рівень інбредності аналізованих рослин. Найбільший дефіцит гетерозигот встановлений у популяції U. pumila з високою щільністю деревостану та значними показниками ембріональної загибелі насіння; менший дефіцит – у популяцій з відносно великою площею та низькою щільністю деревостану і, відповідно, низькими показниками ембріональної загибелі. Низькій індекс хромосомних перебудов у вегетативних меристемах також підтверджує незначний рівень генетичної мінливості, ймовірну відсутність гібридизації та генетичний гомеостаз у U. pumila. Популяція U. suberosa характеризувалась підвищеними індексами ембріональної загибелі, пошкодження насіння та низькою насіннєвою продуктивністю, що корелювало з надлишком гомозиготних генотипів. Всі досліджені екземпляри U. suberosa за мікросателітними локусами були мономорфними. В цілому, за генетичними та репродуктивними показниками, насіннєве відтворення та поширення U. pumila у степовому Придніпров’ї в умовах кліматичних змін суттєво не лімітується. В той же час, насіннєве відтворення U. suberosa може обмежуватися.

РЕЗЮМЕ. Изучены степень внутривидового генетического полиморфизма и гетерозиготности, эмбриональная гибель и жизнеспособность семян, а также цитоге-нетическое состояние вегетативных меристем Ulmus pumila и U. suberosа с целью выяснения механизмов инвазивности их популяций в степном Приднепровье в условиях изменений климата. Исследованные популяции U. pumila отличались по показателям эмбриональной гибели, жизнеспособности семян, семенной продуктивности. Популяции, растущие в более благоприятных экологических условиях, выделяются лучшим репродуктивным, физиологичес-ким и генетическим состоянием. По большинству использованных микросателлитных локусов исследованные популяции характеризовались относительно низким уровнем генетической изменчивости, избытком гомозиготных генотипов и дефицитом гетерозигот, что указывает на определенный уровень инбредности анализируемых растений. Наибольший дефицит гетерозигот установлен в популяции U. pumila с высокой плотностью древостоя и значительными показателями эмбриональной гибели семян; меньший дефицит – у популяций с большей площадью и низкой плотностью древостоя и, соответственно, низкими показателями эмбриональной гибели. Низкой индекс хромосомных перестроек в вегетативных меристемах также подтверждает незначительный уровень генетической изменчивости, вероятное отсутствие гибридизации и генетический гомеостаз у U. pumila. Популяция U. suberosa характеризовалась повышенными индексами эмбриональной гибели, повреждения семян и низкой семенной продуктивностью, что коррелировало с избыточным количеством гомозиготных генотипов. Все исследованные экземпляры U. suberosa по микросателитным локусам были мономорфными. В целом, по генетическим и репродуктивным показателями, семенное воспроизводство и распространение U. pumila в степном Приднепровье в условиях из-менений климата существенно не лимитируется. В то же время, семенное воспроизводство U. suberosa может ограничиваться.

Ключові слова: Ulmus pumila, U. suberosa, инвазивные популяции, эмбриональная гибель, пустые (партенокарпические) семена, гетерозиготность, хромосомные перестройки, степное Приднепровье
Ulmus pumila, U. suberosa, інвазивні популяції, мікросателітні локуси, ембріональна загибель,  гетерозиготність, хромосомні перебудови, степове Придніпров’я

Цитологія і генетика 2020, том 54, № 1, C. 3-15

  1. Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України, Україна, 04123, Київ, вул. Осиповського, 2а
  2. Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна, 49000, Дніпро, Дніпропетровська область, проспект Гагаріна, 72

E-mail: kravetshelen gmail.com, blume.yaroslav nas.gov.ua

Кравець О.А., Пірко Я.В.5 Калафат Л.О., Рабоконь А.М., Постовойтова А.С., Білоножко Ю.О., Приваліхін С.М., Лихолат Ю.В., Блюм Я.Б. Оцінка генетичного та репродуктивного стану інвазивних популяцій ulmus pumila та u. Suberosа у степовому придніпров’ї за умов зміни клімату, Цитологія і генетика., 2020, том 54, № 1, C. 3-15.

В "Cytology and Genetics". Якщо тільки можливо, цитуйте статтю по нашій англомовній версії:
O. A. Kravets, Ya. V. Pirko, L. O. Kalafat, A. M. Rabokon, A. S. Postovoitova, Yu. O. Bilonozhko, S. N. Privalikhin, Yu. V. Lykholat & Ya. B. Blume Genetic and Reproductive State Assessment of Ulmus pumila and U. suberosa Invasive Populations in the Dnieper Steppe under Climate Change, Cytol Genet., 2020, vol. 54, no. 1, pp. 1–9
DOI: 10.3103/S0095452720010090


Посилання

1. Forrest, J. and Miller-Rushing, A.J., Toward a synthetic understanding of the role of phenology in ecology and evolution, Phil. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci., 2010, vol. 365, no. 1555, pp. 3101–3112. https://doi.org/10.1098/rstb.2010.0145

2. Lurgi, M., Wells, K., Kennedy, M., Campbell, S., and Fordham, D.A., A Landscape approach to invasive species management, PLoS One, 2016, vol. 11, no. 7, pp. 1–20. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0160417

3. Lopez-Almansa, J.C., Review. Reproductive ecology of riparian elms, Invest. Agrar.: Sist. Recur. For., 2004, vol. 13, no. 1, pp. 17–27.

4. Lopez-Almansa, J.C., Yeung, E.C., and Gil, L., Abortive seed development in Ulmus minor Mill. (Ulmaceae), Bot. J. Linn. Soc., 2004, vol. 145, no. 4, pp. 455–467.https://doi.org/10.1111/j.1095-8339.2004

5. Streng, D.R., Glitzenstein, J.S., and Harcombe, P.A., Woody seedling dynamics in an east Texas floodplain, Ecol. Monogr., 1989, vol. 59, pp. 177–204.

6. Perea, R., Venturas, M., and Gil, L., Empty seeds are not always bad: simultaneous effect of seed emptiness and masting on animal seed predation, PLoS One, 2013, vol. 8, no. 6, pp. 1–9. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0065573

7. Sakai, A.K., Allendorf, F.W., Holt, J.S., Lodge, D.M., Molofsky, J., With, K.A., Baughman, S., Cabin, R.J., Cohen, J.E., Ellstrand, N.C., McCauley, D.E., O’Neil, P., Parker, I.M., Thompson, J.N., and Weller, S.G., The population biology of invasive species, Annu. Rev. Ecol. Syst., 2001, vol. 32, pp. 305–332. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.32.081501.114037

8. Zalapa, J.E., Brunet, J., and Guries, R.P., The extent of hybridization and its impact on the genetic diversity and population structure of an invasive tree, Ulmus pumila (Ulmaceae), Evol. Appl., 2010, vol. 3, no. 2, pp. 157–68. https://doi.org/10.1111/j.1752-4571.2009.00106.x

9. Lopez-Almansa, J.C. and Gil, L., Empty samara and parthenocarpy in Ulmus minor s. l., Silvae Genet., 2003, vol. 52, pp. 241–243.

10. Venturas, M., Fuentes-Utrilla, P., Ennos, R., Collada, C., and Gil, L., Human induced changes on fine-scale genetic structure in Ulmus laevis Pallas wetland forests at its SW distribution limit, Plant Ecol., 2013, vol. 214, no. 2, pp. 317–327.https://doi.org/10.1007/s11258-013-0170-5

11. Santamour, F.S.Jr. and Ware, G.H., Chromosome numbers of new Ulmus (elm) taxa introduced from China. Rhodora, 1997, vol. 99, pp. 148–151.

12. Chromosome Numbers of Flowering Plants (Directory), Leningrad: Science, Leningrad Sep., 1969.

13. Hirsch, H., Brunet, J., Zalapa, J.E., and von Wehrden, H., Intra- and interspecific hybridization in invasive Siberian elm, Biol. Invasions, 2017, vol. 19, no. 6, pp. 1889–1904. https://doi.org/10.1007/s10530-017-1404-6

14. Sambrook, J. and David, W.R., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, New York: Cold Spring Harbor, 2001.

15. Zalapa, J.E., Brunet, J., and Guries, R.P., Patterns of hybridization and introgression between invasive Ulmus pumila (Ulmaceae) and native U. rubra,Am. J. Bot., 2009, vol. 96, no. 6, pp. 1116–1128. https://doi.org/10.3732/ajb.0800334

16. Zalapa, J.E., Brunet, J., and Guries, R.P., Isolation and characterization of microsatellite markers for red elm (Ulmus rubra Muhl.) and cross-species amplification with Siberian elm (Ulmus pumila L.), Mol. Ecol. Resour., 2008, no. 8, pp. 109–112. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2007.01805.x

17. Lazar, I., GelAnalyzer.com [homepage on the Internet], 2010. http://www.gelanalyzer.com/.

18. Kelly, D. and Sork, V., Mast seeding in perennial plants: why, how, where?, Ann. Rev. Ecol. Syst., 2002, vol. 33, pp. 427–447. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.33.020602.095433

19. Oficerov, M.V. and Igonina, E.V., Genetic nonsequences radiation exposure of the Scots pine (Pinus sylvestris L.), Genetics, 2009, vol. 45, no. 2, pp. 209–214.

20. Bob, C.F., Redmond, B.L., and Karnosky, D.F., on the nature of intra-and interspecific incompatibility in Ulmus,Am. J. Bot., 1986, vol. 73, no. 4, pp. 465–474.

21. Santamour, F.S., Jr. A natural hybrid between American and Siberian elms (Ulmus americana, Ulmus pumila), Forest Sci., 1970, vol. 16, pp. 149–153.

22. Elowsky, C.G., Jordon-Thaden, I.E., and Kaul, R.B., A morphological analysis of a hybrid swarm of native Ulmus rubra Muhl. and introduced U. pumila L. (Ulmaceae) in southeastern Nebraska, Phytoneuron, 2013, vol. 44, pp. 1–23.

23. Silvertown, J.W., The evolutionary ecology of mast seeding in trees, Biol. J. Linn. Soc., 1980, vol. 14, pp. 235–250.

24. Bozhkov, P.V., Filonova, L.H., and Suarez, M.F., Programmed cell death in plant embryogenesis, Curr. Top. Dev. Biol., 2005, vol. 67, pp. 135–179.

25. Filonova, L.H., von Arnold, S., Daniel, G., and Bozhkov, P.V., Programmed cell death eliminates all but one embryo in a polyembryonic plant seed, Cell Death Diff., 2002, vol. 9, no. 10, pp. 1057–1062.

26. Zalapa, J.E., Brunet, J., and Guries, R.P., Genetic diversity and relationships among Dutchelm disease tolerant Ulmus pumila L. accessions from China, Genome, 2008b, no. 51, pp. 492–500. https://doi.org/10.1139/G08-034

27. Zalapa, J.E., Brunet, J., and Guries, R.P., Isolation and characterization of microsatellite markers for red elm (Ulmus rubra Muhl.) and cross-species amplification with Siberian elm (Ulmus pumila L.), Mol. Ecol., 2008, no. 8, pp. 109–112.

28. Pirko, Ya.V., Kalafat, L.O., Pirko, N.M., Rabokon, A.N., Privalikhin, S.N., Demkovych, A.Ye., Bilonozhko, Yu.O., Kravets, O.A., Alexeyeva, A.A., Khromykh, N.O., and Lykholat, Yu.V., Intron length polymorphism of β-tubulin genes in Ulmus pumila L. plants in the Steppe Prydniprov’yia, Visn. Ukr. Tovar. Genet. Selekts., 2018, vol. 16, no. 1, pp. 28–34.

29. Nielsen, L.R. and Kjr, E.D., Gene flow and mating patterns in individuals of Wych elm (Ulmus glabra) in forest and open land after the influence of Dutch elm disease, Conserv. Genet., 2010, no. 11, pp. 257–268.

Copyright© ICBGE 2002-2021 Coded & Designed by Volodymyr Duplij Modified 24.09.21