СОВРЕМЕННАЯ ГЕНОСИСТЕМАТИКА И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННО РАСТУЩИХ И ИНТРОДУЦИРОВАННЫХ ВИДОВ РОДА QUERCUS

А.А. Попова, В.В. Молчанов, Е.А. Радькова

Скачать

№ 1 (41)

Естественные науки и лес

Сведения об авторах

Попова Анна Александровна – кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники и физиологии растений

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail: logachevaaa@rambler.ru

Молчанов Владимир Владимирович – студент

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail: vas_a1115@mail.ru.

Радькова Евгения Андреевна – студентка ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail: star200068@gmail.com

 

Аннотация: 

Расшифровка и аннотирование генома дуба уточнили систематику рода Quercus и открывают перед исследователями и лесоводами новые возможности селекции и оценки эволюционного развития лесообразователей и лесных сообществ. Целью обзора явился анализ современной геносистематики, а также биологических особенностей естественно растущих и интродуцированных видов рода Quercus Центральной России. Для вида Quercus robur секвенирован, собран и аннотирован геном, расшифровка генома позволила выяснить, что долгожительство и устойчивость дубов во многом базируется на дупликации R-генов устойчивости к патогенам, а также подтвердить накопление и передачу соматических мутаций апикальных меристем побегов. Генетический анализ позволил уточнить филогенетические связи и разделить род на подроды Euquercus (от 320 до 354 видов) и Cyclobalanopsis (76 видов) и 6 секций, основные из которых: группа Erythrobalanus (красный дуб), Lepidobalanus (белый дуб), группа Cerris. Род Quercus является важным лесообразователем на территориях Северного полушария. Учитывая его экологическую природу: доминирование, разнообразие и развитие данных их филогенетических, геномных и экологических ресурсов важной модельной клады, дуб является модельным объектом научных исследований. Гибкая фенология и особенности водного режима позволили приспосабливаться к широкому спектру условий обитания, сформировать климатипы внутри и между видами, способствуя их высокой численности и разнообразию. Дубы как растения-долгожители представляют собой уникальную модель для формирования устойчивых лесных сообществ, многообразие видов позволяет интродуцировать их в разные по климатическим и экологическим факторам регионы. В большинстве случаев дубы являются экологическими доминантами, поэтому открытия на уровне генома будут актуальны на уровне лесных экосистем и могут являться ключом для решения проблем устойчивости и продуктивности дубрав. В обзоре представлены современные данные о разделении рода Quercus на подроды и клады, генетических картах, основах долгожительства дуба. Приведены данные о биологии рода и видов Центральной России, а также рассмотрены экологическое значение рода и возможности использования деревьев в разных сферах деятельности человека.

 

Ключевые слова: 

род Quercus, геносистематика, генетические карты, интродуценты, устойчивость

 

Для цитирования: 

Попова, А. А. Современная геносистематика и биологические особенности естественно растущих и интродуцированных видов рода Quercus / А. А. Попова, В. В. Молчанов, Е. А. Радькова // Лесотехнический журнал. – 2021. – Т. 11. – № 1 (41). – С. 5–23. – Библиогр.: с. 16–23 (66 назв.). – DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2021.1/1.

 

Литература: 

1. Menitsky, Y. L. Oaks of Asia / Y. L. Menitsky. – USA, Enfield (NH) : Science Publishers, 2005. – 549 p.

2. Quercus portal. A European genetic and genomic web resources for Quercus. – URL: https://w3.pierroton.inra.fr/QuercusPortal/index.php?p=BIODIVERSITY.

3. Деревья и кустарники СССР. – Москва ; Ленинград, 1951. – Т. 2. – С. 422–493.

4. Бугаев, В. А. Дубравы европейской части России / В. А. Бугаев, А. Л. Мусиевский, В. В. Царалунга // Известия ВУЗов. Лесной журнал. – 2004. – № 2. – С. 7–13. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/dubravy-evropeyskoy-chasti-rossii (дата обращения: 15.12.2020).

5. Oak genome reveals facets of long lifespan / C. Plomion [et al.] // Nature Plants. – 2016. – Vol. 4. – P. 440-452. – DOI 10.1038/s41477-018-0172-3.

6. Klekowski, E. Mutation rates in mangroves and other plants / E. Klekowski // Genetica. – 1998. No. 102–103: pp. 325–331. – DOI 10.1023/A:1017026907407.

7. Differences in gene expression within a striking phenotypic mosaic Eucalyptus tree that varies in susceptibility to herbivory / A. Padovan [et al.] // BMC Plant Biol. – 2013. – Vol. 13. – P. 29. – DOI 10.1186/1471-2229-13-57.

8. Tobias, P. A. Tree immunity: growing old without antibodies / P. A. Tobias, D. I. Guest // Trends Plant Sci. – 2014. – No. 19 (6). – P. 367-370. – Epub 2014 Feb 18. PMID: 24556378. – DOI 10.1016/j.tplants.2014.01.011.

9. Cavender‐Bares, J. Shocks to the system: community assembly of the oak savanna in a 40‐year fire frequency experiment / J. Cavender‐Bares, P. B. Reich // Ecology. – 2012. – No. 93. – P. 52–69. – DOI 10.1890/11-0502.1.

10. Cavender‐Bares, J. Diversification, adaptation, and community assembly of the American oaks (Quercus), a model clade for integrating ecology and evolution / J. Cavender‐Bares // New Phytologist. – January 2019. – Vol. 221. – Iss. 2. – P. 669–692. – DOI 10.1111/nph.15450.

11. Paleoclimatological patterning in southern Mesoamerica / W. J. Folan, J. Gunn, J. D. Eaton, R. W. Patch // Journal of Field Archaeology. – 1983. – Vol. 10. – P. 453–468. – DOI 10.2307/529468.

12. Valencia, S. A. Diversidad del genero Quercus (Fagaceae) en Mexico / S. A. Valencia // Bol. Soc. Bot. Mex. – 2004. – Vol. 75. – P. 33–54.

13. The genus Quercus in Mexico. In Ramammoorthy / K. C. Nixon [et al.] // Biological diversity of Mexico: origins and distribution. – 1993. – P. 447–458. – ISBN 019506674X, 9780195066746.

14. Menitsky, Y. L. Oaks of Asia / Y. L. Menitsky. – USA, Enfield (NH) : Science Publishers, 2005. – 549 p. – ISBN: 1‐57808‐229‐3.2005.

15. Flora Europaea. Revised Edition. – Cambridge : Cambridge University Press, 1993. — 581 p. — ISBN-13: 9780521153669.

16. Pearse, S. Phylogenetic and trait similarity to a native species predict herbivory on non-native oaks / I. S. Pearse, A. L. Hipp // PNAS October 27. – 2009. – No. 106 (43). – P. 18097–18102. – DOI 10.1073/pnas.0904867106.

17. Quercus portal. A European genetic and genomic web resources for Quercus. – URL: https://w3.pierroton.inra.fr/QuercusPortal/index.php?p=BIODIVERSITY.

18. Fagaceae: comparative Genetic Mapping in Fagaceae / A. M. Kremer[ et al.] // Forest Trees. – 2007. – Vol. 5. – P. 161–187. – DOI 10.1007/978-3-540-34541-1_5.

19. Manos, P. S. Phylogenetic analyses of “higher” Hamamelidiae based on plastid sequence data / P. S. Manos, K. P. Steele // Amer. J. Bot. – 1997. – Vol. 84. – P. 1407–1419. – DOI 10.2307/2446139.

20. Xu, L. A. Diversite de l’ADN chloroplastique et relations phylogénétiques au sein des Fagacees et du genre Quercus / L. A. Xu. – Nancy : These Universite Henri Poincare, 2004. – 129 p.

21. A genetic linkage map of Quercus robur L. (pedunculate oak) based on RAPD, SCAR, microsatellite, minisatellite, isozyme and 5S rDNA markers / T. Barreneche [et al.] // Theor Appl Genet. – 1998. – Vol. 97. – P. 1090–1103. – DOI 10.1139/g05-091.

22. Grattapaglia, D. Genetic linkage maps of Eucalyptus grandis and Eucalyptus urophylla using a pseudo test-cross mapping strategy and RAPD markers / D. Grattapaglia, R. Sederoff // Genetics. – 1994. – Vol. 137. – P. 1121–1137. – PMCID: PMC1206059.

23. Comparative mapping between Quercus and Castanea using simple-sequence repeats (SSRs) / T. Barreneche [et al.] // Theor Appl Genet. – 2004. – Vol. 108. – P. 558–566. – DOI 10.1007/s00122-003-1462-2.

24. Quercus portal. A European genetic and genomic web resources for Quercus. – URL: https://w3.pierroton.inra.fr/QuercusPortal/index.php?p=GENETIC_MAPPING.

25. Bakker, E. G. Towards molecular tools for management of oak forests / E. G. Bakker. – Wageningen : PhD, Alterra, 2001. – 114 p.

26. Oak genom. – URL: http://www.oakgenome.fr/.

27. Analysis of BAC end sequences in oak, providing insights into the composition of the genome of this keystone species / P. Faivre-Rampant, I. Lesur, C. Boussardon [et al.] // BMC Genomics. – 2011. – No. 12. – P. 292. – DOI 10.1186/1471-2164-12-292.

28. Outlier loci highlight the direction of introgression in oaks / E. Guichoux, P Garnier‐Géré, L Lagache [et al.] // Molecular ecology. – 2013. – No. 22. – P. 450–462. – DOI 10.1111/mec.12125.

29. Single-nucleotide polymorphism discovery and validation in high density SNP array for genetic analysis in European white oaks / C. Lepoittevin, C. Bodenes, E. Chancerel [et al.] // Mol Ecol Res. – 2015. – No. 15. – P. 1446–1459. – DOI 10.1111/1755-0998.12407.

30. Decoding the oak genome: public release of sequence data, assembly, annotation and publication strategies / C. Plomion, J. M. Aury, J. Amselem [et al.] // Mol Ecol Res. – 2016. – Vol. 16. – P. 254–265. – DOI 10.1111/1755-0998.12425.

31. Oak genome reveals facets of long lifespan / C. Plomion, J. M. Aury, J. Amselem [et al.] // Nature Plants. – 2018. Vol. 4. – P. 440–452. – DOI 10.1038/s41477-018-0172-3.

32. First draft assembly and annotation of the genome of a California endemic oak Q. lobata Née (Fagaceae) / V. L. Sork [et al.] // G3. – 2016. – Vol. 6. – P. 3485–3495. – DOI 10.1534/g3.116.030411.

33. Low number of fixed somatic mutations in a long-lived oak tree / E. Schmid-Siegert [et al.] // Nature Plants. – 2017. – Vol. 3. – P. 926–929. – DOI 10.1038/s41477-017-0066-9.

34. The draft genome sequence of cork oak / A. M. Ramos [et al.] // Sci. Data. – 2018. – Vol. 5. P. 180069. – DOI 10.1038/sdata.2018.69.

35. Gailing, O. Interspecific gene flow and maintenance of speciesintegrity in oaks / O. Gailing, A. L. Curtu // Annals of Forest Research. – 2014. – No. 57 (5). – P. 18. – DOI 10.15287/afr.2014.171.

36. Genetic and genomicapproaches to assess adaptive genetic variation in plants: forest trees as a model / O. Gailing, B. Vornam, L. Leinemann, R. Finkeldey // Physiologia Plantarum. – 2009. – 137. – P. 509–519. – DOI 10.1111/j.1399-3054.2009.01263.x.

37. Knowledgr. http://ru.knowledgr.com/00121325/СписокРазновидностейQuercus.

38. Козловский, Б. Л. Результаты интродукционного испытания видов рода Quercus L. в ботаническом саду ЮФУ / Б. Л. Козловский, М. В. Куропятников, О. И. Федоринова // Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о земле». – 2016. – № 2. – С. 53–58.

39. Хвасько, А. В. Устойчивость различных видов и форм дуба к наиболее распространенным заболеваниям / А. В. Хвасько, С. А. Румянцев // Труды БГТУ. Сер. Лесное хозяйство. – Минск : БГТУ, 2011. – № 1 (139). – С. 258–260.

40. Булыгин, Н. Е. Дендрология / Н. Е. Булыгин. Санкт-Петербург : Агропромиздат, 1991. – URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01001274301 (дата обращения: 01.12.2020).

41. Коновалова, Т. Ю. Атлас декоративных деревьев и кустарников / Т. Ю. Коновалова, Н. А. Шевырёва. – Москва : Фитон XXI, 2018. – 336 с. – ISBN 978-5-906811-45-5. – URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01009602263 (дата обращения: 02.12.2020).

42. Лосицкий, К. Б. Восстановление дубрав / К. Б. Лосицкий. – Мосева : Сельхозиздат, 1963. – 359 с. – URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01006321066. (дата обращения: 02.12.2020).

43. Высоцкий, Г. Н. Учение о влиянии леса на изменение среды его произрастания и на окружающее пространство: учение о лесной пертиненции / Г. Н. Высоцкий. – Ленинград : Гослесбумиздат, 1950. – 104 с. – URL: https://www.booksite.ru/fulltext/rusles/vysocki/text.pdf (дата обращения: 23.11.2020).

44. Харченко, Н. А. О естественном возобновлении дуба черешчатого под пологом материнского древостоя / Н. А. Харченко, Н. Н. Харченко // Лесотехнический журнал. – 2013. – Т. 3. – № 4. – С. 42–53. – Библиогр.: с. 53 (11 назв.). – DOI 10.12737/2179.

45. Энциклопедия декоративных садовых растений. – URL: http://flower.onego.ru/kustar/quercus.html. (дата обращения: 05.12.2020).

46. Питомник. В мире растений. – URL: https://www.drevo-spas.ru/derevja/dub-dvuhcvetnij.html. (дата обращения: 05.12.2020).

47. Хелпикс. Некоторые результаты селекции дуба черешчатого. – URL: https://helpiks.org/8-93680.html (дата обращения: 07.12.2020).

48. Маленко, А. А. К вопросу о выращивании дуба черешчатого в сухой степи (Алтайский край) / А. А. Маленко, Е. С. Ширяева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2013. – № 8. – С. 54–58. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-voprosu-o-vyraschivanii-duba-cheresh... (дата обращения: 14.12.2020).

49. Состояние дуба черешчатого в ботаническом саду БИН РАН / Е. Г. Веденяпина, А. В. Волчанская, Н. В. Лаврентьев, Г. А. Фирсов // Вестник Удмуртского университета. – 2015. – № 6. – С. 43–50. – Библиогр.: с. 49 (15 назв.).

50. Выращивание дуба черешчатого (Q. robur) в условиях южной лесостепи Омской области / Г. В. Барайщук, А. С. Казакова, Н. Ю. Шевченко, А. А. Гайвас // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2016. – № 3. – С. 13–19. – Библиогр.: с. 18-19 (9 назв.).

51. Агрессивные чужеродные виды диких животных и дикорастущих растений на территории Республики Беларусь / Ин-т экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси. – Минск, 2008. – 44 с.

52. Черкасс, Е. В. Популяция дуба красного в Беловежской пуще / Е. В. Черкасс, О. В. Морозов // Труды БГТУ. № 1. Лесное хозяйство. – 2012. – № 1 (148). – С. 127–129. – Библиогр.: с. 129 (5 назв.).

53. Малеев, В. П. Род 6. Q. – Дуб L. // Деревья и кустарники СССР. Дикорастущие, культивируемые и перспективные для интродукции / В. П. Малеев, С. Я. Соколов ; ред. тома С. Я. Соколов. – Москва – Ленинград : Изд-во АН СССР, 1951. – С. 444–446. – 612 с. – URL: http://uipmgu.ru/catalog/item28.html (дата обращения: 02.12.2020).

54. Граборов, А. В. Особенности сезонного развития дуба северного в Брянской области / А. В. Граборов, В. И. Шошин // Лесотехнический журнал. – 2014. – № 4. – С. 83–92. – Библиогр.: с. 90–91 (12 назв.). – DOI 10.12737/8444.

55. Шошин, В. И. О введении дуба северного в подпологовые культуры Брянского лесного массива / В. И. Шошин, А. В. Граборов // Лесотехнический журнал. – 2014. – № 2. – С. 122–127. – Библиогр.: с. 127 (11 назв.). – DOI 10.12737/4516.

56. Чижов, Б. Е. Стратегия интродукции дуба черешчатого в Западной Сибири с учетом его эктопического ареала / Б. Е. Чижов, М. В. Глухарева, Д. И. Бобров // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2013. – № 10. – С. 63–68. – ISSN 1996-4277.

57. Выращивание дуба черешчатого (Q. robur) в условиях южной лесостепи Омской области / Г. В. Барайщук, А. С. Казакова, Н. Ю. Шевченко, А. А. Гайвас // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2016. – № 3. – С. 13–19. – Библиогр.: с. 18-19 (9 назв.).

58. Хвасько, А. В. Устойчивость различных видов и форм дуба к наиболее распространенным заболеваниям / А. В. Хвасько, С. А. Румянцев // Труды БГТУ. № 1. Лесное хозяйство. – 2011. – № 1 (139). – С. 258–260. – Библиогр.: с. 260 (4 назв.). – ISSN 1683-0377.

59. Лупанова, Е. М. Некоторые аспекты организации и технологий лесного хозяйства в России XVIII в. / Е. М. Лупанова // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2015. – № 3 (345). – С. 142–165. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/nekotorye-aspekty-organizatsii-i-tehno... (дата обращения: 14.12.2020).

60. Андреев, Н. В. Основы лесного хозяйства и деревянного домостроительства : учебное пособие / Н. В. Андреев ; ПГТУ. – Йошкар-Ола, 2015. – 212 с.

61. Мухурова, Е. А. Разработка рационального плана раскроя бревен на черновые мебельные заготовоки целевого назначения / Е. А. Мухурова, С. В. Шетько // Труды БГТУ. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность. – 2012. – № 2 (149). – С. 140–143. - Библиогр.: с. 143 (6 назв.). – ISSN 1683-0377.

62. Кошелева, Н. А. Улучшение эксплуатационных свойств древесины лиственных пород с целью расширения области ее применения / Н. А. Кошелева, Д. В. Шейкман // Труды БГТУ. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность. – 2014. – № 2 (166). – С. 235–237. – Библиогр.: с. 237 (2 назв.).

63. Михин, В. И. Формирование защитных насаждений из дуба черешчатого в Центральном Черноземье России / В. И. Михин, Е. А. Михина // Лесотехнический журнал. – 2018. – № 4. – С. 109–117. – Библиогр.: с. 116 (10 назв.). – DOI 10.12737/article_5c1a321965cf38.69751554.

64. Карташова, Н. П. Ландшафтно-экологическая оценка территории больницы (на примере городской больницы г. Воронежа) / Н. П. Карташова, А. С. Селиванова // Лесотехнический журнал. – 2017. – № 2. – С. 128–134.

65. Дуб // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. – 3-е изд. – Москва : Советская энциклопедия, 1969–1978.

66. Григорьевская, А. Я. Флора дубрав городского округа город Воронеж: биогегографический, экологический, природоохранный аспекты : монография / А. Я. Григорьевская, Д. С. Зелепукин. – Воронеж : Издательство им. Е.А. Болховитинова, 2013. – 260 с. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/flora-voronezhskogo-gorodskogo-okruga-... (дата обращения: 13.12.2020).