Впервые с применением мультилокусных ядерных маркеров получена филогенетическая реконструкция пихт – одного из наиболее многочисленных родов хвойных. В комбинации с данными по изменчивости хлоропластной и митохондриальной ДНК проведен биогеографический анализ истории рода и решен ряд вопросов систематики
Род Abies Mill. – второй по величине в семействе Pinaceae, широко распространенный в трех дизъюнктивных областях Северного полушария: Восточная Азия (25–27 видов), Северная и Центральная Америка (17–19 видов), Южная Европа и Средиземноморье с Кавказом (8–10 видов) (Рис. 1). С целью изучения филогенетических отношений, эволюционной истории и молекулярной систематики пихт был использован анализ AFLP. В исследование было включено большое количество образцов видов пихт, представляющих все основные линии эволюции рода (рис. 1). Было подобрано семь комбинаций селективных праймеров, генерирующих достаточный уровень изменчивости, на основе которых по 553 полиморфным локусам были генотипированы 84 образца 39 таксонов Abies (табл. 1). Полученное методом “neighbor joining” (NJ) филогенетическое дерево видов Abies с высокой поддержкой выявляет основные группы пихт (рис. 2) и определяет взаимоотношения внутри и между группами. Полученная ядерная филогения рода Abies дает новую топологию, превосходя по уровню разрешения исследование Abies с использованием маркеров ITS (Xiang et al., 2015).
Рисунок 1 – Распространение рода Abies с указанием видов, включенных в филогенетическое исследование. Разными цветами отмечены группы видов пихт, выявленные на дереве AFLP. Названия секций указаны соответственно классификации (Farjon, Rushforth, 1989)
Таблица 1 – Описание комбинаций праймеров, использованных в анализе AFLP
|
Комбинации селективных праймеров |
Количество полиморфных фрагментов |
|---|---|
|
EcoRI-ACG JOETM / MseI-CCTG |
74 |
|
EcoRI-AGC NEDTM / MseI-CCGC |
117 |
|
EcoRI-ACT FAM / MseI-CCGC |
133 |
|
EcoRI-ACG JOETM / MseI-CCGC |
80 |
|
EcoRI-AGC NEDTM / MseI-CCTG |
49 |
|
EcoRI-ACT FAM / MseI-CCTG |
44 |
|
EcoRI-ACG JOETM / MseI-CCTC |
56 |
|
Всего |
553 |
В основании дерева AFLP виды пихт разделяются на три главные линии (рис. 2). Кроме внешней группы (A. bracteata) (линия A, группа I), в базальной части дерева также отделяется линия B, внутри которой, в свою очередь, происходит разделение на несколько глубоко дивергентных клад (II-a, II-b, II-c), состоящих из видов пихт Запада Северной Америки и одного азиатского (A. mariesii). Линия C представляет все остальные виды, состоит из четырех хорошо поддержанных клад (группы III-VI). Это группа III европейско-средиземноморских видов (секции Abies и Piceaster), группа IV американских “бореальных” видов секции Balsamea, группа V азиатских видов секции Balsamea, группа VI восточно- и юго-восточноазиатских видов, относящихся к секциям Momi и Pseudopicea.
Сравнение с полученными нами ранее хлоропластной и митохондриальной филогениями рода (Семерикова, Семериков, 2014а, б) показывает, что ядерная филогения в значительной степени конгруэнтна хлоропластному дереву. Однако по ядерным данным наблюдается выделение дополнительных групп и субклад, а также различие в топологии некоторых клад. Группы на AFLP дереве в большей степени, чем на хлоропластной филогении, соответствуют географическому распространению видов (рис. 1). Основным отличием ядерной филогении от хлоропластной являлось разделение в анализе AFLP азиатских видов пихт на две большие клады: северо-восточную (V) и юго-восточную (VI) (рис. 1, 2). Другое существенное отличие – ядерные данные поддержали монофилию азиатских видов секции Balsamea (группа V) и их сестринское положение в отношении американской группы видов этой секции (группа IV), в то время как на дереве хлоропластной ДНК (Семерикова, Семериков, 2014а) азиатские виды Balsamea не образовывали отдельной группы и входили в состав клады большинства азиатских видов.
Таким образом, в ядерной филогении секция Balsamea, в отличие от цитоплазматических филогений, монофилетична, но отчетливо распадается на две, американскую и азиатскую, группы. Филогенетическая реконструкция по трем типам маркеров (ядерным, хлоропластным и митохондриальным) указывает на достаточно глубокую дивергенцию американских и азиатских видов этой секции. Наиболее яркие случаи неконгруэнтности между тремя геномами у пихт наблюдаются именно в этих группах видов.
Рисунок 2 – Филогенетическое дерево 84 образцов 39 таксонов Abies, полученное на основе данных AFLP (553 полиморфных локусов, семь комбинаций селективных AFLP праймеров) методом объединения соседних. Приведены значения бутстреп-поддержки (NJBS, %), жирные горизонтальные линии – поддержка > 90%, штриховые – поддержка между 50 и 90%. Названия таксонов из Сев. Америки затенены. Секции приведены по (Farjon, Rushforth, 1989)