Введение к работе
Актуальность темы. Изучение систематики и филогении крупнейших родов цветковых растений в настоящее время оформилось в особое, активно развиваемое научное направление. Род молочай {Euphorbia L.) насчитывает до 2000 видов (Oudejans, 1990), широко распространенных в тропических, субтропических и умеренных областях Земного шара. По богатству жизненных форм этот род превосходит все остальные роды семейства молочайных. Виды рода объединяет удивительное однообразие особой структуры, промежуточной между цветком и соцветием — циатия.
Первый и единственный на сегодняшний день обзор рода в полном объёме выполнил Э. Буасье (Boissier, 1862), который отнёс к нему 723 вида, разделив их на 27 секций. Существенный вклад в построение системы рода внёс Я. И. Проханов (1949, 1964) подготовивший его обработку для «Флоры СССР». Система рода и входящих в его состав подродов неоднократно менялась; недавно Д. В. Гельтман (2007) на основании морфологических данных отнес евроазиатские виды изучаемого нами подрода Esula Pers. к 10 секциям.
Новым этапом в изучении систематики и филогении молочаев стали моле-кулярно-филогенетические работы, основанные на анализе и сравнении внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS) гена 5.8S рРНК, а также некоторых хлоропластных генов (Molero et al., 2002; Steinmann, Porter, 2002; Bruyns et al., 2006; и др.), что дало новые результаты, в ряде случаев существенно отличающиеся от принятых ранее. Наша работа находится в общем русле этого направления исследований.
Цель и задачи исследования. Цель работы: используя методы молекулярной филогении, исследовать филогенетические отношения видов подрода Esula рода Euphorbia, определить степень родства и положение их на филогенетическом древе, сравнить полученные данные с имеющимися системами подрода.
Задачи исследования:
-
Провести секвенирование и сравнительный анализ района ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерных генов 45S рРНК у ряда представителей подрода Esula рода Euphorbia, выявить частоту и спектр мутаций в этих районах и, используя методы молекулярной филогении, реконструировать возможные филогенетические отношения внутри исследуемой группы.
-
Провести анализ полученных филогенетических деревьев и их сравнение с имеющимися системами подрода, основанными на классическом подходе, предложить изменения этой системы.
-
Провести специальное молекулярно-филогенетическое исследование видов секции Holophyllum (Prokh.).
-
Построить вторичные структуры ITS1 и ITS2 для исследуемых видов и провести их анализ.
Положения, выносимые на защиту.
1. Подтверждена монофилия подрода Esula, в его пределах выявлены две большие клады, которые, скорее всего, отражают давно сложившиеся линии его
эволюции. Молекулярно-филогенетические методы подтвердили обоснованность лишь части секций подрода, ранее выделенных на основании морфологического подхода.
-
Переход от многолетней к однолетней жизненной форме в подроде Esula происходил неоднократно, поэтому нецелесообразно выделение секций и подсекций, обоснованных в основном по этому признаку.
-
Крупные делеции и вставки нуклеотидов в последовательностях ITS1 и ITS2 чаще всего конвергентны и происходят на определенных участках.
Научная новизна и практическая значимость работы. Секвенирован район ITSl-5.8SpPHK-ITS2 ядерного гена 45S рРНК у 93 видов подрода Esula, принадлежащих ко всем секциям подрода, распространенным во внетропиче-ской Евразии, в том числе для 74 видов — впервые. Также впервые было показано достоверное деление видов подрода Esula на ряд клад, при этом лишь некоторые из них соответствуют секциям, выделяемым по морфологическим признакам, а также показано, что переход от многолетней формы к однолетней происходил в подроде Esula неоднократно.
Сведения, полученные при выполнении работы, могут быть использованы при молекулярной идентификации видов подрода, имеющих практическое значение (в первую очередь лекарственных), а также при разработке учебных курсов по систематике и молекулярной филогении растений.
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на совместном семинаре лаборатории биосистематики и цитологии и отдела Гербарий высших растений Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН. Материалы диссертации также были представлены на I (IX) Конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге (С.-Петербург, 2006), конференции по систематике и морфологии растений, посвященной 300-летию со дня рождения К. Линнея (Москва, 2007), на рабочем совещании «Молекулярные методы в ботанике» (Москва, 2008), XV Всероссийской молодёжной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2008), на XII делегатском съезде Русского ботанического общества (Петрозаводск, 2008), XII Московском совещании по филогении растений, посвященном 250-летию со дня рождения Георга-Франца Гофмана (Москва, 2010), VI и VII конференциях по кариологии, кариосистематике и молекулярной систематике растений (Санкт-Петербург, 2009 и 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 в изданиях из списка ВАК, из них 1 — в журнале, реферируемом библиографической системой «Сеть науки» (Web of Science).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 115 страницах и состоит из введения, 4 глав, раздела «Основные результаты и выводы», списка литературы и приложения. Список литературы насчитывает 85 источников, в том числе 55 на иностранных языках. Текст диссертации содержит 34 рисунка и 9 таблиц (из них 4 рисунка и 3 таблицы в приложении).
Благодарности. Хочу поблагодарить моего научного руководителя Д. В. Гельтманаза предложение интересной темы исследования, помощь и поддержку в процессе всей работы. Хочется также выразить признательность
А. В. Родионову, заведующему лабораторией биосистематики и цитологии БИН РАН, на базе которой производилась работа — за отеческое участие и помощь. Также благодарю сотрудников лаборатории за помощь и полезные советы в работе, а в особенности Э. М. Мачса, Е. С. Ким, Е. О. Лунину, Н. Н. Носова. Отдельную благодарность хочу высказать своему самому первому научному руководителю И.С. Антоновой за первый научный опыт и предоставление возможности стать ученым.
Работа была поддержана проектами Российского фонда фундаментальных исследований 04-04-48758-а, 07-04-00848-а, 10-04-00290-а, 08-04-91103-АФГИРа.
