ArticlePDF Available

Abstract and Figures

We carried out an allozyme analysis to investigate polymorphism and genetic structure of the populations of D. incarnata and D. ochroleuca in regions of their joint growth in Russia and Belarus. We found that D. ochroleuca individuals in the populations of the Urals and Siberia, which are distant fragments from the main range of the species, do not differ significantly from individuals within the main part of the area (Belarus) on the basis of the allelic composition of eight gene loci. We revealed that D. ochroleuca and D. incarnata are differentiated by different alleles of the GDH locus. Thus, we established a genetic marker suitable to distinguish these closely related taxa. In addition to the GDH locus, D. ochroleuca and D. incarnata in the places of their joint growth, differ in the allelic structure of the PGI and NADHD loci. D. incarnata from the Urals and Siberia were polymorphic for both loci, and individuals from Belarus were polymorphic for one locus (PGI). In contrast, all D. ochroleuca individuals growing in sympatric populations with polymorphic D. incarnata were homozygous for the same alleles. Thus, comparison of the genetic structure of D. ochroleuca and D. incarnata points to the existence of a genetic isolation and a functioning isolation mechanism even under conditions of their joint growth. We found that the GDH locus in D. incarnata is polymorphic only in populations which grow together with D. ochroleuca, with exception a few examples. Thus, we conclude that variability of the GDH locus in D. incarnata is associated with hybridization with D. ochroleuca.
Content may be subject to copyright.
ГЕНЕТИКА, 2017, том 53, № 6, с. 675–686
675
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ Dactylorhiza ochroleuca
И D. incarnata (Orchidaceae) В ЗОНЕ ИХ СОВМЕСТНОГО
ПРОИЗРАСТАНИЯ В РОССИИ И БЕЛАРУСИ
© 2017 г. Е. Г. Филиппов1, *, Е. В. Андронова2, **, О. Н. Козлова3, ***
1Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург 620144
2Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук, Санкт-Петербург 197376
3Центральный ботанический сад Национальной академии наук Беларуси, Минск, 220012 Беларусь
*e-mail: filorch@mail.ru
**e-mail: elena.andronova@mail.ru
***e-mail: kozlova_o@yahoo.com
Поступила в редакцию 25.07.2016 г.
С использованием аллозимного анализа изучены полиморфизм и генетическая структура популя-
ций D. incarnata и D. ochroleuca в местах их совместного произрастания в России и Беларуси. Пока-
зано, что особи D. ochroleuca из популяций с Урала и Сибири, удаленных от основной части ареала, не
отличаются от особей из основной части ареала (Беларусь) по аллельному составу восьми генных локу-
сов. Выявлено, что D. ochroleuca и D. incarnata дифференцированы по разным аллелям локуса GDH. Тем
самым был установлен генный маркер, по которому эти близкие таксоны различаются. Кроме локуса
GDH особи D. ochroleuca и D. incarnata в зоне их совместного произрастания различаются по аллель-
ной структуре PGI и NADHD. Несмотря на то что у D. incarnata с Урала и из Сибири оба локуса были
полиморфными, а из Беларуси – один из них (PGI), все особи D. ochroleuca, произрастающие сов-
местно с полиморфными особями D. incarnata, оказались гомозиготными по одинаковым аллелям.
Сделан вывод о генетической обособленности и существовании механизма изоляции D. ochroleuca
от D. incarnata даже при их совместном произрастании. Обнаружено, что локус GDH у D. incarnata
полиморфен только в популяциях, которые произрастают совместно с D. ochroleuca, за исключени-
ем единичных примеров. Было сделано заключение, что изменчивость локуса GDH у D. incarnata
связана с гибридизацией с D. ochroleuca.
Ключевые слова: Dactylorhiza incarnata, D. ochroleuca, аллозимный анализ, межвидовые интрогрессив-
но гибридные комплексы, генетический полиморфизм.
DOI: 10.7868/S0016675817050046
Dactylorhiza ochroleuca (Wüst. ex Boll.) Holub яв-
ляется одним из редких таксонов рода. Он описан
из Средней Европы, входит в полиморфный ком-
плекс D. incarnata s. l. [1]. Наиболее характерным
признаком D. ochroleuca, отличающим его от
близкого вида D. incarnata (L.) Soó, является блед-
но-желтая, без каких-либо признаков присут-
ствия пурпурного пигмента, окраска цветков. У
D. incarnata окраска цветков варьирует от чисто
белой до темно-пурпурной, желтый пигмент в
ней отсутствует полностью. К другим отличи-
тельным признакам D. ochroleuca относятся бóль-
шая высота растений, бóльшая длина прямых ли-
стьев, более крупные размеры цветков с особым
строением губы – выступающей средней частью
и с зарубкой по краю боковых лопастей. Еще од-
ним важным отличительным признаком таксона
являются экологические условия произрастания
– особи D. ochroleuca встречаются исключительно
на известковых болотах [1–4].
Первые местонахождения D. ochroleuca на тер-
ритории России (на Южном Урале и северо-во-
сточной части Башкортостана) были обнаружены
сравнительно недавно. Особи встречались на ни-
зинных известковых болотах в составе схенусово-
осоково-гипновых ассоциаций [2, 5, 6]. Вплоть до
недавнего времени эти местонахождения счита-
лись единственными в России. Однако в 2014 г.
D. ochroleuca была обнаружена также в Сибири
при обследовании болот с определенными эколо-
гическими и фитоценотическими условиями [7].
D. ochroleuca в России является наиболее ред-
ким таксоном, с фрагментированным и удален-
ным от основной части (страны Балтии, Европа)
ареалом. Он не был включен в последнее издание
Красной Книги РФ [8], так как относится к наи-
более малоизученным таксонам рода.
УДК 575.174:582.594.2
ГЕНЕТИКА
РАСТЕНИЙ
676
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ФИЛИППОВ и др.
Таксономическая самостоятельность D. ochro-
leuca до настоящего времени остается дискусси-
онной [9]. Ряд систематиков считает необходи-
мым рассматривать D. ochroleuca в качестве само-
стоятельного вида, так как по их мнению таксон с
бледно-желтыми цветками отличается от формы
D. incarnata с чисто белыми цветками [1, 2, 5, 6].
Согласно другим исследователям [3, 4, 10–12],
D. ochroleuca – это только альбиносная форма
D. incarnata. Данная проблема существует потому,
что, несмотря на четкие морфологические разли-
чия между D. ochroleuca и D. incarnata, молекуляр-
но-генетических маркеров для разделения пред-
ставителей данных таксонов (на примере изучен-
ных образцов из Скандинавии и Западной
Европы) выявлено не было. Сравнительно недав-
но при исследовании D. incarnata и D. ochroleuca с
Урала было показано, что между ними имеются
не только морфологические, но и генетические
различия, так как они оказались дифференциро-
ваны по разным аллелям локуса GDH [2]. Этот ло-
кус в работе зарубежных коллег не изучался. В
связи c новыми данными появилась необходи-
мость провести сравнение D. incarnata и D. ochro-
leuca удаленного фрагмента ареала на территории
России с популяциями из основной части ареала.
В качестве последних были взяты популяции
D. incarnata и D. ochroleuca из Беларуси [13]. Они
относятся к границе основного ареала, их генети-
ческая структура до настоящего времени не ана-
лизировалась.
В настоящей работе представлены результаты
изучения генетической структуры популяций
D. incarnata и D. ochroleuca в зоне их совместного
произрастания на территории России и Беларуси,
на основании данных аллозимного анализа.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Растительный материал собирали в естествен-
ных условиях произрастания представителей ро-
да. Полиморфизм оценивали по изменчивости
частот аллелей восьми генных локусов: фосфо-
глюкоизомеразы (PGI, EC 5.3.1.9), NADH-дегид-
рогеназы (NADHD, EC 1.6.99.5), шикиматдегид-
рогеназы (SKDH, EC 1.1.1.25), глутаматдегидроге-
назы (GDH, EC 1.4.1.2), фосфоглюкомутазы,
(PGM, EC 5.4.2.2), диафоразы (DIA, EC 1.6.4.3),
алкогольдегидрогеназы (ADH, EC 1.1.1.1), изоцит-
ратдегидрогеназы (IDH, EC 1.1.1.42).
В исследовании использован материал: D. incar-
nata – из восьми популяций с Урала (201 особь), пя-
ти популяций из Сибири (130) и семи популяций
из Беларуси (193); D. ochroleuca – из двух популя-
ций с Урала (47 особей), трех популяций из Бела-
руси (53), одной популяции из Сибири (11). В
анализ были включены также выборки нетипич-
ных особей из окрестностей озер Нарочь и Сер-
вечь (Беларусь, рис. 1, 2, 4, 5). Эти особи нельзя
было отнести ни к D. ochroleuca (они имели цвет-
ки розового или пурпурного цвета), ни к D. incar-
nata (на губе имелось отчетливое желтое пятно).
В Беларуси нетипичные особи произрастали
исключительно вместе с D. ochroleuca. Аналогич-
ная картина наблюдалась в Эстонии [14]. В об-
суждении приведены также данные по популяци-
ям нетипичных особей из Псковской области, где
D. ochroleuca обнаружена не была, хотя болота по
экологическим и фитоценотическим параметрам
соответствуют ее местообитаниям.
Изоферментный анализ проводили с исполь-
зованием электрофореза в пластинках полиакри-
ламидного геля в трис-ЭДТА-боратном буфере.
Материалом служили свежие листья генеративных
побегов. Экстракцию белков, электрофорез в по-
лиакриламидном геле и гистохимическое окраши-
вание ферментов осуществляли по общепринятым
методикам [15, 16].
Статистические показатели полиморфизма –
частоты аллелей, наблюдаемую и ожидаемую ге-
терозиготность, F-коэффициенты (Райта), а так-
же тест Xи-квадрат для проверки равновесия Хар-
ди–Вайнберга и попарные сравнения популяций
на основании дисперсионного анализа (AMOVA)
проведены с помощью программы GenAlEx вер-
сия 6.4 [17]. Определение генетических дистан-
ций между популяциями DA [18, 19], файл для по-
строения дендрограммы по методу невзвешенных
парно-групповых средних (UPGMA) и бутстреп-
тест для 1000 реплик выполнены с помощью про-
граммы PowerMarker v. 3.25 [20]. Консенсусное
дерево с бутстреп-тестом получено в программе
Phylip 3.69 [21] и визуализировано в программе
Mega 6.0 [22].
Настоящая статья является продолжением
публикаций по исследованию полиморфизма у
представителей рода Dactylorhiza. Присвоенные ал-
лелям номера дают возможность сопоставить дан-
ные из разных статей. Аллелю, соответствующему
самому быстрому белку, был присвоен номер 1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенное исследование показало, что за
исключением только двух особей (о них будет
сказано ниже) образцы D. ochroleuca из основной
части ареала (Беларусь, общая выборка 53 особи)
и из удаленных местонахождений с Урала и Си-
бири (выборка 56 шт.) не отличались друг от друга
по аллельному составу восьми генных локусов.
Практически все они были исключительно гомо-
зиготными по изученным в работе генным локу-
сам. Только одна особь (Ускуль, Урал) оказалась
гетерозиготной.
Как известно, D. ochroleuca и D. incarnata явля-
ются близкородственными таксонами, между ко-
торыми не существует репродуктивного и эколо-
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ 677
Рис. 1. Dactylorhiza incarnata (, ), D. ochroleuca (2, 3) и нетипичные особи (2, 4, 5) из окрестностей оз. Нарочь и об-
щий вид местонахождения (2).
1a1a1a 22
334455
гического барьеров. В естественных условиях
представители этих таксонов произрастают сов-
местно и могут гибридизировать между собой
[23]. Как показывают результаты настоящего ис-
следования, даже в случае, когда особи D. ochroleuca
и D. incarnata произрастают в виде симпатрических
популяций на небольшой по площади территории,
они различаются друг от друга по аллельному соста-
ву одного–трех локусов. Наиболее четко различия
по трем локусам (GDH, PGI и NADHD) прослежи-
вались в популяциях с Урала и из Сибири, где был
выявлен сравнительно высокий уровень поли-
морфизма. Процент полиморфных локусов в по-
пуляциях D. incarnata с Урала варьировал от 0 до
50%, из Сибири от 25 до 37.5% (табл. 1). В Белару-
си, как и в Западной Европе [4, 10, 11], популяции
характеризовались слабым полиморфизмом.
Процент полиморфных локусов в Беларуси ва-
рьировал от 0 до 25% (табл. 1). Здесь D. ochroleuca
678
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ФИЛИППОВ и др.
и D. incarnata различались по аллельному составу
только одного локуса (GDH).
Локус GDH оказался наиболее информатив-
ным для разделения двух изучаемых таксонов
(рис. 2). Практически все особи D. ochroleuca из
Беларуси, Сибири и Урала были дифференциро-
ваны по аллелю № 1 локуса GDH. В отличие от
D. ochroleuca большая часть особей D. incarnata из
зоны совместного произрастания двух таксонов
(106 шт. из 125 изученных) были гомозиготными
по другому аллелю (№ 2) этого локуса. Аллель
1 у особей D. incarnata встречался преимуще-
ственно в гетерозиготном состоянии (табл. 2).
Среди D. ochroleuca только одна особь оказалась
гетерозиготной по аллелям № 1 и 2 (Ускуль,
Урал). В популяциях D. incarnata из местонахож-
дений, где D. ochroleuca не произрастает (общая
выборка около 700 особей), полиморфизм по ло-
кусу GDH выявлен не был, все особи D. incarnata
были гомозиготными по аллелю № 2, специфич-
ному для данного вида. Тем самым был найден
генный маркер, по которому близкие таксоны
D. ochroleuca и D. incarnata различаются. К сожа-
лению, локус GDH не использовался зарубежны-
ми коллегами [3, 4, 10, 11] при изучении популя-
ций D. ochroleuca и D. incarnata из Скандинавии и
Западной Европы. Поскольку морфологические
различия между особями данных таксонов оче-
видны, можно ожидать существование и других
таксон-специфичных маркеров.
Кроме локуса GDH особи D. ochroleuca и D. in-
carnata в зоне их совместного произрастания на
Урале и Сибири различались по аллельному со-
ставу PGI и NADHD.
У особей D. incarnata из популяций с Урала в
локусе PGI были выявлены три аллеля (№ 6, 7 и
8), но основным был аллель № 7, он обнаружен во
всех популяциях, в большинстве из них его частота
была очень высокой (43–100%). Аллель № 6 был об-
наружен в семи популяциях, в четырех – его также
можно считать основным (частота 40–76%). Аллель
№ 8 встречался только в трех из восьми популяций
с низкой частой (7–11%). В популяциях D. incarnata
из Сибири в локусе PGI основным был аллель № 7,
но и № 6 встречался с относительно высокой ча-
стотой (7.5–66%). Несмотря на то что локус PGI у
D. incarnata был полиморфный, все особи
D. ochroleuca, произрастающие непосредственно
рядом, были дифференцированы только по одно-
му аллелю – № 7.
Локус NADHD был полиморфный в случае трех
популяций D. incarnata с Урала. Основным в ло-
кусе NADHD был аллель № 3. В Аркаулово (где
встречается D. ochroleuca) с частотой 8% встречал-
ся аллель № 4, в других популяциях его частота
была выше (22–48%). В популяциях D. incarnata
из Сибири основными в локусе NADHD можно
считать аллели и № 3 и 4 (частота около 50%).
Только в одной популяции (Приобское болото,
окр. Мельниково) все особи D. incarnata были го-
мозиготными по аллелю № 3 (табл. 1). Несмотря
на то что локус NADHD у D. incarnata с Урала и из
Сибири был полиморфный, практически все осо-
би D. ochroleuca оказались дифференцированны-
ми только по аллелю № 3. Только единственная
особь D. ochroleuca из окр. Мельниково оказалась
гомозиготной по аллелю № 4 локуса NADHD.
Полученные данные свидетельствуют о том,
что особи D. ochroleuca из разных местонахождений
имеют единую специфическую дифференциацию
по определенным аллелям изученных локусов, и о
том, что существует генетическая обособленность
и механизм изоляции D. ochroleuca от D. incarnata
даже при их совместном произрастании.
Три локуса (GDH, PGI и PGM) были поли-
морфными у особей D. incarnata из некоторых ло-
кальных популяций Беларуси. По PGI полимор-
физм выявлен в двух популяциях D. incarnata. Эти
популяции находятся в равновесии по Харди–
Вайнбергу. Обе произрастают вне зоны контакта
Рис. 2. Агарозные гели для локуса GDH. Особи D. incarnata (1, 2 – оз. Нарочь; 35 – с темными цветками, Березинский
заповедник) гомозиготные по медленному аллелю (№ 2); особи D. ochroleuca (68, 13 – оз. Нарочь) гомозиготные по
быстрому аллелю (№ 1); нетипичные особи (912 – оз. Сервечь): гомозиготные или по аллелю № 1 (9, 12, практически
все особи), или по аллелю № 2 (11, единственный пример), гетерозиготные по аллелям № 1 и 2 (10, всего три особи).
Аллель № 2
Аллель № 1
1
11222333444555666777888999101010 11
1111 121212 131313
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ 679
Таблица 1. Частоты аллелей и параметры генетической изменчивости в популяциях D. incarnata
Примечание. I – индекс разнообразия Шеннона, Ho – наблюдаемая гетерозиготность, He – ожидаемая гетерозиготность, F – индекс фиксации; частоты основных ал-
лелей выделены жирным шрифтом; N – объем выборки.
Локус
Номера аллелей
Аркаулово
N = 25
Ускуль
N = 11
Урал– Дача
N = 30
Аять
N = 28
Багаряк
N = 41
Всеволодо-
Благодатское
N = 35
Каракулево
N = 18
Миасс
N = 13
Койниха
N = 22
Кокуй
N = 43
Мельниково
N = 20
Томск, 2013
N = 24
Томск, 2014
N = 17
Шелковичиха
N = 28
оз. Сервечь,
2012; N = 38
оз. Сервечь, 2013
(темн.); N = 10
оз. Сервечь,
2013; N = 23
Пашевичи,
2012; N = 28
Пашевичи,
2013; N = 18
Березинский
заповедник,
(темн.); N = 10
оз. Нарочь, 2013
N = 26
Вязынка
N = 13
Жуковка
N = 28
PGI
60.760 0.409 0.567 0.000 0.098 0.086 0.278 0.423 0.659 0.360 0.075 0.000 0.118 0.321 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
70.240 0.500 0.433 1.000 0.890 0.914 0.611 0.500 0.295 0.640 0.925 1.000 0.882 0.607 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.885 0.875
8 0.000 0.091 0.000 0.000 0.012 0.000 0.111 0.077 0.0 45 0.000 0.000 0.000 0.000 0.071 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.107
9 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.115 0.018
SKDH 11.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
PGM
10.940 1.000 1.000 1.000 1.000 0.986 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.964 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
3 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.014 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
6 0.060 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.036 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
IDH 11.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
ADH
1 0.000 0.045 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
21.000 0.955 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
DIA-1
11.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.977 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
4 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.023 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
NADHD
30.920 1.000 0.517 1.000 0.780 1.000 1.000 1.000 0.545 0.442 1.000 0.104 0.324 0.518 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
4 0.080 0.000 0.483 0.000 0.220 0.000 0.000 0.000 0.455 0.558 0.000 0.896 0.676 0.482 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
GDH
1 0.080 0.0 45 0.150 0.000 0.049 0.000 0.056 0.000 0.000 0.198 0.150 0.854 0.588 0.036 0.500 0.000 0.087 0.036 0.000 0.000 0.152 0.000 0.018
20.920 0.955 0.850 1.000 0.951 1.000 0.944 1.000 1.000 0.802 0.850 0.146 0.412 0.964 0.500 1.000 0.913 0.964 1.000 1.000 0.848 1.000 0.982
Доля поли-
морфных
локусов, %
50 37.5 37.5 0 37.5 25 25 12.5 37.5 37.5 25 25 37.5 37.5 12.5 0 12.5 25.0 0 0 12.5 12.5 25.0
I0.167 0.163 0.225 0.138 0.046 0.139 0.113 0.197 0.230 0.086 0.094 0.209 0.213 0.087 0.037 0.039 ––0.053 0.045 0.065
Ho0.065 0.080 0.142 0.06 4 0.011 0.083 0.077 0.045 0.0 93 0.019 0.021 0.007 0.031 0.039 0.011 0.018 ––0.005 0.029 0.027
He0.097 0.093 0.156 0.079 0.023 0.080 0.071 0.127 0.159 0.0 49 0.054 0.141 0.136 0.063 0.020 0.017 ––0.032 0.026 0.032
F0.217 0.038 0.048 0.159 0.310 0.379
0.089
0.441 0.441 0.624 0.638 0.955 0.837 0.368 0.452 –0.037 ––0.832 –0.130 0.090
680
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ФИЛИППОВ и др.
с особями D. ochroleuca. По локусу PGM полимор-
физм у D. incarnata выявлен в одной популяции из
окр. деревни Пашевичи (выборка 2012 г.). При
анализе этой же выборки был обнаружен поли-
морфизм по локусу GDH. По обоим локусам
PGM и GDH популяции находятся в равновесном
состоянии по Харди–Вайнбергу. Анализ выборки
D. incarnata, взятой в данном местонахождении в
2013 г., показал полное отсутствие полиморфизма
по всем восьми локусам. При этом по GDH все осо-
би были гомозиготными по аллелю № 2. Гетерози-
гот с участием аллеля № 1, специфичного для
D. ochroleuca, в выборке D. incarnata, взятой в 2013 г.,
выявлено не было. Эти данные, по-видимому,
указывают на отсутствие гибридизации между
D. ochroleuca и D. incarnata в данном местонахож-
дении, невзирая на то что особи этих двух разных
таксонов произрастают в непосредственной бли-
зости друг от друга. Нетипичные особи в данном
местонахождении также не выявлены.
В популяции D. incarnata в окр. Нарочи имелся
полиморфизм по локусу GDH. Эта популяция на-
ходится в неравновесном состоянии. В ней на-
блюдается существенный избыток гомозигот. Все
нетипичные особи, похожие на D. ochroleuca, но
имеющие цветки розового цвета с желтым пят-
ном на губе, оказались гомозиготными по аллелю
№ 1 локуса GDH, специфичному для D. ochroleuca.
Они не имели отличий от особей D. ochroleuca по
аллельному составу всех других локусов.
В выборке D. incarnata, собранной в окр. озера
Сервечь в 2012 г., с высокой частотой в локусе
GDH встречались как аллель № 1, так и аллель
№ 2. Число гомозигот по аллелю № 1 и гомозигот
по аллелю № 2, а также гетерозигот в изученной
выборке было примерно одинаковым (табл. 2).
Этот результат был неожиданный. Мы предполо-
жили, что в выборку могли попасть гибридные
особи, которые по морфологическим признакам
не отличаются от D. incarnata. При сборе матери-
ала в окр. озера Сервечь в 2012 г. мы слишком
поздно обратили внимание на то, что часть осо-
бей имеет цветки розового цвета с желтым пят-
ном на губе, поэтому эту выборку следует считать
как общую, куда могли попасть особи и с желтым
пятном на губе и без него. В 2013 г. материал был
собран повторно, при этом в выборку D. incarnata
были включены только те особи, у которых отсут-
ствовало желтое пятно на губе. Особи с розовыми
цветками и желтым пятном на губе составили вы-
борку нетипичных особей. Сравнение данных ал-
лозимного анализа двух выборок D. incarnata из
одного и того же местонахождения, собранных в
разные годы без выделения подвыборок (2012 г.) и
с выделением (2013 г.), показало, что частоты ал-
лелей и генотипов различаются (табл. 1, 2). В вы-
борке D. incarnata, собранной в 2013 г., преоблада-
Таблица 2. Наблюдаемое (Obs) и ожидаемое (Exp) количество генотипов по локусу GDH в популяциях D. incarnata
Примечание. Преобладающие генотипы выделены жирным шрифтом.
Генотип
по локусу
GDH
Урал
Аркаулово Ускуль Урал-Дача Багаряк Каракулево
Obs Exp Obs Exp Obs Exp Obs Exp Obs Exp
11 00.16000.02300.67500.09810.056
12 4 3.680 1 0.955 9 7.650 4 3.805 0 1.889
22 21 21.160 10 10.023 21 21.675 37 37.098 17 16.056
Генотип
по локусу
GDH
Сибирь
Кокуй Мельниково Томск, 2013 Томск, 2014 Шелковичиха
Obs Exp Obs Exp Obs Exp Obs Exp Obs Exp
11 61.68020.45019 17. 510 10 5.882 1 0.036
12 5 13.640 2 5.100 3 5.979 0 8.235 0 1.929
22 32 27.680 16 14.450 2 0.510 7 2.882 27 26.036
Генотип
по локусу
GDH
Беларусь
Жуковка оз. Нарочь оз. Сервечь, 2012 оз. Сервечь, 2013 Пашевичи, 2012
Obs Exp Obs Exp Obs Exp Obs Exp Obs Exp
11 00.00930.53313 9.500 1 0.174 0 0.036
12 10.98215.93512 19.000 2 3.652 2 1.929
22 27 27.009 19 16.533 13 9.500 20 19.174 26 26.036
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ 681
ли генотипы по аллелю № 2, который специфи-
чен для данного вида.
Статистическая обработка данных аллозимно-
го анализа выборок D. incarnata с оз. Сервечь раз-
ных лет сбора показала, что популяция находится
с одинаковой вероятностью в неравновесном со-
стояние по локусу GDH (табл. 2). Практически все
нетипичные особи, встречающиеся в данном ме-
стонахождении, похожие по морфологическим
признакам на D. ochroleuca, но имеющие цветки ро-
зового цвета с желтым пятном на губе, оказались го-
мозиготными по аллелю № 1, специфичному для
D. ochroleuca. Популяция нетипичных особей, со-
гласно тесту Хи-квадрат, находится в равновес-
ном состоянии.
По локусам PGI и NADHD популяции D. incar-
nata на Среднем и Южном Урале находятся в не-
равновесном состоянии, тогда как по локусу GDH
практически все они, за исключением одной,
пребывают в равновесии. Одна популяция, в ко-
торой не было равновесия по локусу GDH, по дру-
гому полиморфному локусу – PGI находилась в
равновесии по Харди–Вайнбергу. Также в равно-
весном состоянии по локусу GDH находилась ло-
кальная популяция D. ochroleuca.
Как показал статистический анализ данных,
все изученные популяции D. incarnata из Централь-
ной Сибири находятся в неравновесном состоянии
по локусам PGI, NADHD и GDH. По всем из них на-
блюдается существенный избыток гомозигот. Изу-
ченная популяция D. ochroleuca из окр. Мельниково
(Томская обл.) по локусу NADHD также находится в
неравновесном состоянии.
Проведена оценка подразделенности популя-
ций D. incarnata и между популяциями в группе
D. incarnata и D. ochroleuca с помощью F-коэффи-
циентов Райта [24].
В случае популяций D. incarnata, произрастаю-
щих на Урале, коэффициент инбридинга особи (I)
относительно субпопуляции (S) FIS варьировал от
–0.054 по локусу PGM до 0.166 по локусу PGI, его
среднее значение составило 0.048 (недостаток ге-
терозигот составляет около 5%). Коэффициент ин-
бридинга особи (I) относительно вида в целом (Т)
FIT варьировал от –0.008 по локусу PGM до 0.382
по локусу NADHD, его среднее значение состави-
ло 0.171 (недостаток гетерозигот 17%). Коэффи-
циент инбридинга субпопуляции (S) относитель-
но вида в целом (Т) FST имел минимальное значе-
ние 0.040 по локусу ADH, а максимальное
значение 0.300 по локусу NADHD (среднее 0.139).
Он был также высоким по локусу PGI (FST =
= 0.259). Тем самым степень генетической диф-
ференциации между изученными популяциями
D. incarnata с Урала в среднем составляет 26%, что
в соответствии со шкалой оценки Райта [24] от-
носится к высоким значениям.
В случае популяций D. incarnata, произрастаю-
щих в Центральной Сибири, коэффициент ин-
бридинга особи (I) относительно субпопуляции (S)
FIS варьировал от –0.023 по локусу DIA-1 до 0.808
по локусу GDH, его среднее значение составило
0.205 (недостаток гетерозигот 20.5%). Коэффици-
ент инбридинга особи (I) относительно вида в це-
лом (Т) FIT варьировал от –0.005 по локусу DIA-1
до 0.862 по локусу GDH, его среднее значение со-
ставило 0.577 (недостаток гетерозигот около
58%). Коэффициент инбридинга субпопуляции
(S) относительно вида в целом (Т) FST имел мини-
мальное значение 0.018 по локусу DIA-1, а макси-
мальное значение 0.281 по локусу GDH (среднее
0.181). По локусам PGI и NADHD FST также был
высоким (0.209 и 0.216, соответственно). Тем са-
мым степень генетической дифференциации
между изученными популяциями D. incarnata из
Центральной Сибири в среднем составляет 18%,
что в соответствии со шкалой оценки Райта [24]
относится к высоким значениям.
В случае популяций D. incarnata, произрастающих
в Беларуси, коэффициент инбридинга особи (I) от-
носительно субпопуляции (S) FIS варьировал от
‒0.037 по локусу PGM до 0.458 по локусу GDH, его
среднее значение составило 0.154 (недостаток ге-
терозигот составляет 15%). Коэффициент инбри-
динга особи (I) относительно вида в целом (Т) FIT
варьировал от –0.004 по локусу PGM до 0.617 по
локусу GDH, его среднее значение составило
0.248 (недостаток гетерозигот 25%). Коэффици-
ент инбридинга субпопуляции (S) относительно
вида в целом (Т) FST имел минимальное значение
0.032 по локусу PGM, а максимальное значение
0.294 по локусу GDH (среднее 0.140). Тем самым
степень генетической дифференциации между
изученными популяциями D. incarnata из Белару-
си в среднем составляет 14%, что в соответствии
со шкалой оценки Райта [24] относится к средним
значениям.
Среднее значение FST для всех изученных по-
пуляций двух близких видов рода Dactylorhiza в
Центральной Сибири составило 0.279, на Урале –
0.260, в Беларуси – 0.324. Тем самым, коэффици-
ент инбридинга субпопуляции (S) относительно
комплекса таксонов в целом (Т) во всех изученных
районах был выше 25%, что свидетельствует об
очень высокой степени генетической дифференци-
ации между D. ochroleuca и D. incarnata, в зоне их
совместного произрастания. Наиболее сильно по-
пуляции D. ochroleuca и D. incarnata во всех изу-
ченных районах различались по аллельной струк-
туре локуса GDH. Наиболее высокое значение FST
по данному локусу было в Беларуси (0.836), наи-
меньшее – в Центральной Сибири (0.575). Попу-
ляции разных таксонов с Урала и Центральной
Сибири различались также и по аллельному со-
ставу локусов NADHD и PGI.
682
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ФИЛИППОВ и др.
Дисперсионный анализ (AMOVA) выявил вы-
сокую степень изменчивости частот аллелей и ге-
нотипов, что также свидетельствует о высокой
степени генетической дифференциации между
популяциями D. incarnata и D. ochroleuca, которые
произрастают на Урале, на территории Беларуси
и в Сибири. В случае популяций с Урала и Бела-
руси наибольшее разнообразие генотипов, а так-
же изменчивость частот аллелей наблюдались на
межпопуляционном уровне. При этом изменчи-
вость генотипов достигала 65% (d.f. = 9, Урал) и
53% (d.f. = 14, Беларусь), а разница в распределе-
нии частот аллелей составляла 52% (d.f. = 9, Урал)
и 50% (d.f. = 14, Беларусь). Основной вклад в ва-
рьирование молекулярных признаков вносила
изменчивость частот аллелей и генотипов по ло-
кусу GDH. Для всей группы популяций D. incarna-
ta и D. ochroleuca из Сибири наибольшее разнооб-
разие генотипов, а также изменчивость частот ал-
лелей наблюдались на внутрипопуляционном
уровне. При этом изменчивость генотипов дости-
гала 68% (d.f. = 5), а разница в распределении ча-
стот аллелей составляла 46% (d.f. = 5). Основной
вклад в варьирование молекулярных признаков
вносила изменчивость частот аллелей и геноти-
пов по локусу GDH.
Данные аллозимного анализа свидетельствуют
о том, что между особями D. ochroleuca и D. incar-
nata возможен обмен генетическим материалом в
результате гибридизации, тем не менее популя-
ции этих таксонов имеют хорошо выраженную
генетическую дифференциацию.
Данные об аллельных частотах D. ochroleuca и
D. incarnata были использованы для построения
филогенетического дерева по алгоритму UPGMA
и с использованием генетических расстояний DA
[18, 19]. Кластерный анализ разделил изучаемые
популяции на две большие группы с бутстреп-те-
стом 99%. В одну группу попала большая часть
популяций D. incarnata, а в другую – все популя-
ции D. ochroleuca и несколько популяций D. incar-
nata (Томск-14, Сервечь-12), а также все выборки
нетипичных особей (рис. 3).
Настоящее исследование показало, что имеет-
ся зависимость между способом отбора выборок
(с учетом или без учета некоторых морфологиче-
ских признаков) и статистическими показателя-
ми изучаемой популяции. Так, кластерный ана-
лиз сгруппировал выборку D. incarnata из окр. озера
Сервечь, собранную в 2012 г. без учета наличия жел-
того пятна на губе, с выборкой нетипичных особей,
отобранных в 2013 г. по желтому пятну на губе. При
этом особи с розовыми цветками и без желтого
пятна на губе, собранные в 2013 г. в отдельную
выборку, которые мы отнесли к D. incarnata, объ-
единились с популяциями D. incarnata из других
местонахождений.
Особая проблема возникла с интерпретацией
данных по D. incarnata из Томска. Выборки бра-
лись 2 раза. В первый раз не был сделан просмотр
цветков, кроме того в выборку также были взяты
листья с нецветущих особей. При отборе новой
выборки обращали внимание на окраску цветков.
В данном местонахождении ни одного растения с
желтым пятном на губе обнаружено не было. Кла-
стерный анализ отнес эту выборку в группу с
D. ochroleuca и нетипичных особей, но выделил ее
как отдельную ветвь.
По сведениям Pedersen [4, 11], локальные по-
пуляции D. ochroleuca и D. incarnata, произрастаю-
щие на известковых болотах в Дании, отличаются
от популяций из других мест обитания по часто-
там аллелей одного из локусов (Ugpp, в настоящем
исследовании он не был использован). Согласно
точке зрения данного исследователя к D. ochroleu-
ca следует относить только те особи, которые
имеют апохромные цветки и произрастают на из-
вестковых болотах. Они отличаются и от особей c
апохромными цветками из других мест обитания,
и от D. incarnata [4, 11]. Заключение данного ис-
следователя в отношении различий между
D. ochroleuca и типичными D. incarnata нашло
подтверждение и в настоящем исследовании. Од-
нако по результатам проведенного нами исследова-
ния не все особи, которые имеют цветки розового
цвета, можно отнести к D. incarnata. В некоторых
локалитетах Беларуси встречаются особи с розовы-
ми цветками (разной интенсивности окраски),
имеющие характерное желтое пятно на губе, кото-
рые уже даже по одному этому признаку нельзя
отнести к типичным D. incarnata. В полевых усло-
виях эти растения были собраны как выборка ги-
бридов между D. ochroleuca и D. incarnata (D. × ver-
sicolor (Schmidt et Luscher) Peitz.). Однако данные
аллозимного анализа свидетельствуют о том, что
нетипичные особи дифференцированы по специ-
фичному для D. ochroleuca аллелю локуса GDH и
они не являются гибридами первого поколения.
Гетерозиготы по дифференцирующим разные
таксоны аллелям среди нетипичных растений
встречались очень редко. Возможно, что нетипич-
ные особи могли образоваться в результате возврат-
ных скрещиваний с D. ochroleuca. Не исключено
также, что имеет место отбор против гетерозигот, и
при семенном возобновлении межвидовых гибри-
дов гомозиготы имеют преимущество.
Можно также предположить, что нетипичные
особи вообще не являются гибридами между
D. ochroleuca и D. incarnata, а представляют собой
цветовую вариацию D. ochroleuca, как это харак-
терно для других видов рода, в которых имеются
особи с цветками как желтого, так и розового цве-
та – D. sambucina, D. romana, D. flavescens. В пользу
этой версии свидетельствуют находки популяций
в Псковской области (окр. Изборска и Неелово),
состоящие только из нетипичных особей без
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ 683
D. ochroleuca. При анализе выборки, собранной в
окр. Изборска, 11 особей оказались гомозиготами
по аллелю № 1, 17 – гомозиготами по аллелю № 2
локуса GDH и пять особей были гетерозиготами.
Частота аллеля № 1 локуса GDH, специфичного
для D. ochroleuca, была очень высокой – 42%. Тест
Хи-квадрат показал, что эта популяция находится
в неравновесном состоянии по локусу GDH. По-
лиморфизм выявлен также по локусам PGI, ADH
и NADHD, но по ним наблюдается равновесие.
Вопрос о таксономической принадлежности не-
типичных особей, которые нельзя отнести ни к
D. ochroleuca, ни к D. incarnata, требует дальней-
ших исследований.
Среди типичных D. incarnata (без признаков
желтого пигмента в окраске цветков) полиморфизм
локуса GDH выявлен только у особей из популяций,
которые произрастают совместно с D. ochroleuca, за
исключением единичных примеров (пока известна
только одна популяция из Томска). На основании
полученных данных было сделано заключение о
том, что изменчивость локуса GDH у D. incarnata
связана с гибридизацией с D. ochroleuca, и о том, что
в некоторых частях ареала в Сибири, на Урале и в
Беларуси имеет место интрогрессивная гибридиза-
ция. Популяции D. incarnata из зоны совместного
произрастания с D. ochroleuca и из сопредельных
территорий можно разделить на три группы по
аллельному составу локуса GDH. Первая объеди-
Рис. 3. UPGMA дендрограмма на основании генетических расстояний DA по данным частот аллелей восьми генных
локусов для изученных популяций Dactylorhiza ochroleuca и D. incarnata (генетические расстояния и файлы для постро-
ения исходного дерева и дерева с бутстреп-тестом для 1000 реплик получены в программе PowerMarker V3.25, консен-
сусное дерево построено в программе Phylip 3.69, визуализация дерева проведена в программе Mega 6.06).
17
30
11
99
28
33
0.01
D. incarnata Нарочь
D. incarnata Мельниково
D. incarnata Жуковка
D. incarnata Вязынка
D. incarnata Вс.-Благодатское
D. incarnata Березинский з-к (темн.)
D. incarnata Аять
D. incarnata Пашевичи-13
D. incarnata Сервечь-13 (темн.)
D. incarnata Пашевичи-12
D. incarnata Сервечь-13
D. incarnata Багаряк
D. incarnata Койниха
D. incarnata Шелковичиха
D. incarnata Урал-Дача
D. incarnata Кокуй
D. incarnata Аркаулово
D. incarnata Mиаcc
D. incarnata Каракулево
D. incarnata Ускуль
D. incarnata Томск-14
D. ochroleuca Мельниково
D. ochroleuca Ускуль
D. ochroleuca Пашевичи
D. ochroleuca Сервечь
нетипичные Нарочь
нетипичные Сервечь-12
D. ochroleuca Атлян
D. ochroleuca Нарочь
D. incarnata Сервечь-12
нетипичные Сервечь-13
684
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ФИЛИППОВ и др.
няет те из них, в которых аллель № 1, специфич-
ный для D. ochroleuca, встречается с высокой ча-
стотой (например, Томск и Сервечь). Во вторую
попадают те популяции, в которых он встречается
редко и находится в основном в гетерозиготном
состоянии. В третью группу объединяются попу-
ляции, в которых неспецифичный для D. incarna-
ta аллель не встречается совсем.
В исследованиях системы естественного опы-
ления и скрещиваний, с использованием искус-
ственно окрашенных поллиниев, было показано,
что перенос пыльцы в большинстве случаев осу-
ществляется между особями, принадлежащим к
разным таксонам. При этом перенос поллиниев
от D. ochroleuca к D. incarnata происходил чаще,
чем от D. incarnata к D. ochroleuca [23]. Эти экспе-
рименты доказали, что, во-первых, имеет место
гибридизация между особями разных таксонов и,
во-вторых, репродуктивного барьера на этапе се-
менного развития не существует (формируются
выполненные семена, способные к прорастанию
на питательной среде в культуре in vitro). Однако
поскольку явных гибридов (имеющих промежу-
точные признаки от обоих родителей) авторы не
обнаружили, то они предположили, что репро-
дуктивный барьер реализуется в послесеменной
период развития на этапе проростков или вирги-
нильных растений. Тем самым предполагается,
что все без исключения гибриды погибают до ге-
неративного состояния. Это предположение ин-
тересное и оно требует дальнейшей проверки.
Однако на основании результатов проведенного
исследования мы предполагаем, что гибриды
первого поколения между D. ochroleuca и D. incar-
nata по морфологическим признакам могут не от-
личаться от D. incarnata и что неспецифичный для
D. incarnata аллель в локусе GDH, обнаруженный
у некоторых особей, может свидетельствовать о
том, что эти особи являются гибридами первого
поколения.
Тест Хи-квадрат показал, что по некоторым
локусам многие изученные популяции D. incarna-
ta находятся в неравновесном состоянии, имеет
место избыток гомозигот. Подобная ситуация на-
блюдалась и в некоторых популяциях D. incarnata
из Европы [3, 4, 11, 25]. Как считают зарубежные
исследователи, избыток гомозигот возникает ис-
ключительно в результате инбридинга, что пред-
полагает преобладание близкородственных скре-
щиваний (гейтоногамии) при возобновлении
данного вида. Однако эта точка зрения не согла-
суется с данными по изучению системы опыле-
ния у особей D. incarnata. В ходе эволюции у них
утратилась способность вырабатывать нектар и
они перешли к обманному механизму привлече-
ния опылителей (обманная аттрактация). Счита-
ется, что внешнее сходство орхидеи с нектар-со-
держащими растениями способствует привлече-
нию неопытных насекомых, которые не найдя
вознаграждения посещают единичные цветки со-
цветия [26], при этом вероятность гейтоногамии
уменьшается. Кроме того, обнаруженные факты
внутри- и межвидовой гибридизации являются
прямыми доказательствами наличия ксенога-
мии у D. incarnata [23, 27]. Тем самым в системе
скрещиваний реализуется и гейтоногамия, и
ксеногамия.
Следует обратить внимание также на то, что
избыток гомозигот имеет место даже в тех популя-
циях D. incarnata, в которых выявлена межвидовая
интрогрессивная гибридизация. Отсутствие гетеро-
зигот в них нельзя считать следствием инбридинга.
Поэтому мы не исключаем того, что избыток гомо-
зигот в случае популяций D. incarnata возникает в
результате отбора против гетерозигот. Это согласу-
ется с мнением, что при межвидовой гибридиза-
ции гетерозиготы часто имеют более низкую жиз-
неспособность по сравнению с гомозиготами [24]
и что в межвидовых интрогрессивно гибридных
комплексах эволюция идет в сторону одного из
родителей [28–33]. К этому следует добавить и то,
что виргинильный период онтогенеза у D. incar-
nata очень длительный – от прорастания семени
до цветения проходит 11 лет, и гетерозиготные
особи могли погибнуть до перехода в генератив-
ное возрастное состояние, поэтому в анализируе-
мых нами выборках генеративных растений были
выявлены группы близкородственных особей,
различающиеся частотами аллелей. Это значит,
что анализировались структурированные выборки.
Таким образом, избыток гомозигот в них, возмож-
но, связан с эффектом Валунда (Wahlund effect) [24,
34, 35]. При этом избыток гомозигот должен наблю-
даться не во всех локусах, как в случае инбридинга,
а только в некоторых из них [24] и именно так это
прослеживается в выборках D. incarnata.
Работа выполнена по государственному заданию
№ 01201255606 и 012001459509 при финансовой под-
держке гранта Российского фонда фундаментальных
исследований (проект № 12-04-01560_a), Програм-
мы фундаментальных исследований Президиума
РАН “Биоразнообразие природных систем. Биоло-
гические ресурсы России: оценка состояния и фун-
даментальные основы мониторинга”, Комплекс-
ной программы Уральского отделения РАН (проект
№ 15-12-4-35) и гранта Президента РФ по поддержке
Ведущих научных школ России (НШ-5282.2014.4).
Авторы благодарят сотрудников Института экс-
периментальной ботаники им. В.Ф. Купревича
НАН Беларуси Л.В. Семеренко, А.Н. Скуратовича,
Д.В. Дубовика, И.Н. Вершицкую, сотрудников
ГПУ “Березинский биосферный заповедник”
В.С. Ивковича, Е.Н. Ивкович, С.А. Автушко, ГПУ
НП “Нарочанский” В.С. Люштыка, О.С. Ежову,
сотрудника ГНПО “НПЦ НАН Беларуси по био-
ресурсам” М.Г. Дмитренок за ценные советы и
консультации по дикорастущим представителям
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ 685
рода Dactylorhiza, встречающимся в Республике
Беларусь, за помощь при сборе материалов для
исследования, а также Администрацию ГНУ
“ЦБС НАН Беларуси” и лично директора
В.В. Титка за помощь при проведении полевых
исследований на территории Беларуси.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверьянов Л.В. Конспект рода Dactylorhiza Neck. ex
Nevski (Orchidaceae). Ч. 1 // Новости систематики
высших растений. Л.: Наука, 1988. Т. 25. С. 48–67.
2. Филиппов Е.Г. Dactylorhiza ochroleuca (Wüst. ex Boll.)
Holub на Урале // Вестник ТвГУ. 2007. № 8(36).
С. 177–179.
3. Hedrén M., Nordström S. Polymorphic populations of
Dactylorhiza incarnata s. l. (Orchidaceae) on the Baltic
island of Gotland: morphology, habitat preference and
genetic differentiation // Annals Bot. 2009. V. 104.
P. 527–542.
4. Pedersen H. Æ. Apochromic populations of Dactylorhiza
incarnata s. l. (Orchidaceae): diversity and systematic sig-
nificance as revealed by allozyme markers and morpholo-
gy // Bot. J. Linnean Soc. 2009. V. 159. P. 396–407.
5. Куликов П.В., Филиппов Е.Г. О произрастании не-
которых редких и новых для Урала видов на боло-
тах Месягутовской лесостепи // Бюлл. ГБС. 1996.
Вып. 173. С. 74–79.
6. Куликов П.В. Конспект флоры Челябинской обла-
сти (сосудистые растения). Екатеринбург, Миасс:
Геотур, 2005. 537 с.
7. Филиппов Е.Г. К вопросу о распространении Dacty-
lorhiza ochroleuca (Wüst. еx Boll.) Holub в России //
Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии:
сборник научных статей по материалам XIII меж-
дун. научно-практ. конф. (г. Барнаул, 20–23 ок-
тября 2014 г.). Барнаул, 2014. С. 228–229.
8. Красная Книга Российской Федерации (растения и
грибы). М.: Министерство природных ресурсов и
экологии РФ и Росприроднадзора, 2008. С. 352–421.
9. Вахрамеева М.Г., Варлыгина Т.И., Татаренко И.В.
Орхидные России (биология, экология и охрана).
М.: Тов-во научных изданий КМК, 2014. 437 с.
10. Hedrén M. Genetic differentiation, polyploidization and
hybridization in Northern European Dactylorhiza (Orchi-
daceae) // Plant Syst. Evol. 1996. V. 201. P. 31–55.
11. Pedersen H. Æ. Allozyme variation and genetic integrity
of Dactylorhiza incarnata (Orchidaceae) // Nord.
J. Bot. 1998. V. 18. № 1. P. 15–21.
12. Ефимов П.Г. Орхидные северо-запада Европей-
ской России (Ленинградская, Псковская, Новго-
родская обл.) М.: Тов-во научных изданий КМК,
2012. 220 с.
13. Дубовик Д.В., Скуратович А.Н., Третьяков Д.И. О
некоторых редких видах орхидных (Orchidaceae
Juss.) во флоре Беларуси // Охрана и культивиро-
вание орхидей: Матер. IX Междун. конф. (26–30 сен-
тября 2011 г.). СПб.; М.: Тов-во научных изданий
КМК, 2011. С. 153–158.
14. Шмейдт О.М., Яагомяэ Ы.А. Некоторые интерес-
ные формы орхидных в Эстонии // Охрана и куль-
тивирование орхидей / Под ред. Андреева Л.Н. М.:
Наука, 1987. С. 18–19.
15. Shurkhal A.V., Podogas A.V., Zhivotovsky L.A. Allozyme
differentiation in the genus Pinus // Silvae Genetica.
1992. V. 41. P. 105–10 9.
16. Murphy R.W., Sites J.W., Buth D.G., Haufler C.H. Pro-
teins I: Isozyme Electrophoresis // Molecular Sys-
tematics / Eds Hillis D.M., Moritz C. Sunderland,
Massachusetts, USA: Sinauer Associates, Inc. Publ.,
1990. P. 45–126.
17. Peakall R., Smouse P.E. GENALEX 6: genetic analysis in
Exel. Population genetic software for teaching and re-
search // Mol. Ecology Notes. 2006. V. 6. P. 288–295.
18. Nei M., Tajima F., Tateno Y. Accuracy of estimated phy-
logenetic trees from molecular data // J. Mol. Evol.
1983. V. 19. P. 133–170.
19. Ней М., Кумар С. Молекулярная эволюция и фило-
генетика. Киев: KBIЦ, 2004. 418 с.
20. Liu K., Muse S.V. Power Marker: Integrated analysis en-
vironment for genetic marker data // Bioinformatics.
2005. V. 21. № 3. P. 2128–2129.
21. Felsenstein J. Phylogenies and quantitative characters //
Annu. Rev. Ecology and Systematics. 1988. V. 19.
P. 445–471.
22. Tamura K., Stecher G., Peterson D. et al. MEGA6: Mo-
lecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0 //
Mol. Biology and Evolution. 2013. V. 30. P. 2725–2729.
23. Vallius E., Salonen V., Kull T. Pollen flow and post –
pollination barriers in two varieties of Dactylorhiza in-
carnata s. l. (Orchidaceae) // Plant Syst. Evol. 2008.
V. 274. P. 171–178. doi 10.1007/s00606-008-0045-8
24. Хедрик Ф. Генетика популяций. М.: Техносфера,
2003. 588 с.
25. Hedrén M. Systematics of the Dactylorhiza euxina/in-
carnata/maculata polyploidy complex (Orchidaceae) in
Turkey: evidence from allozyme data // Plant Syst.
Evol. 2001. V. 229. P. 23–44.
26. Juillet N., Dunand-Martin S., Gigord L.D.B. Evidence
for inbreeding depression in the food-deceptive colour-
dimorphic orchid Dactylorhiza sambucina (L.) Soó //
Plant Biol. 2007. V. 9. P. 147–151. doi 10.1055/s-2006-
924310
27. Филиппов Е.Г., Андронова Е.В. Генетическая струк-
тура популяций и естественная гибридизация Dac-
tylorhiza salina и D. incarnata (Orchidaceae) // Гене-
тика. 2017. Т. 53. № 3. С. 310–323.
28. Камелин Р.В. Лекции по систематике растений.
Барнаул: Азбука, 2004. 225 с.
29. Родионов А.В. Полиплоидия и межвидовая гибри-
дизация в эволюции цветковых растений // Вави-
ловский журн. генетики и селекции. 2013. Т. 17.
№ 4/2. С. 916–929.
30. Крамина Т.Е., Шанцер И.А. Анализ спонтанной ги-
бридизации двух диплоидных видов Lotus (Fabaceae)
в Волгоградской области // Ботан. журн. 2010.
Т. 95. № 6. С. 820–833.
686
ГЕНЕТИКА том 53 № 6 2017
ФИЛИППОВ и др.
31. Шанцер И.А., Войлокова В.Н. Сколько видов, род-
ственных Rosa majalis, растет в Европейской части
России // Ботан. журн. 2008. Т. 93. № 11. С. 1690–1704.
32. Камелин Р.В. Особенности видообразования у
цветковых растений // Труды Зоол. института
РАН. Приложение № 1. 2009. С. 141–149.
33. Филиппов Е.Г., Андронова Е.В. Генетическая диф-
ференциация представителей рода Cypripedium
России по данным изоферментного анализа // Ге-
нетика. 2011. Т. 47. № 5. С. 615–623.
34. Ли Ч. Введение в популяционную генетику / Перевод
с англ. под ред. Алтухова Ю.П., Животовского Л.А.
М.: Мир, 1978. 557 с.
35. Марков М.В. Популяционная биология растений.
М.: Тов-во научных изданий КМК, 2012. 387 с.
Genetic Structure of the Populations of Dactylorhiza ochroleuca and D. incarnata
(Orchidaceae) in the Area of Their Joint Growth in Russia and Belarus
E. G. Filippova, *, E. V. Andronovab, **, and V. N. Kazlovac, ***
aBotanical Garden, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, 620144 Russia
*e-mail: filorch@mail.ru
bKomarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, 197376 Russia
**e-mail: elena.andronova@mail.ru
cCentral Botanical Garden, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, 220012 Belarus
***e-mail: kozlova_o@yahoo.com
We carried out an allozyme analysis to investigate polymorphism and genetic structure of the populations of
D. incarnata and D. ochroleuca in regions of their joint growth in Russia and Belarus. We found that D. ochro-
leuca individuals in the populations of the Urals and Siberia, which are distant fragments from the main range
of the species, do not differ significantly from individuals within the main part of the area (Belarus) on the
basis of the allelic composition of eight gene loci. We revealed that D. ochroleuca and D. incarnata are differ-
entiated by different alleles of the GDH locus. Thus, we established a genetic marker suitable to distinguish
these closely related taxa. In addition to the GDH locus, D. ochroleuca and D. incarnata in the places of their
joint growth, differ in the allelic structure of the PGI and NADHD loci. D. incarnata from the Urals and Si-
beria were polymorphic for both loci, and individuals from Belarus were polymorphic for one locus (PGI). In
contrast, all D. ochroleuca individuals growing in sympatric populations with polymorphic D. incarnata were
homozygous for the same alleles. Thus, comparison of the genetic structure of D. ochroleuca and D. incarnata
points to the existence of a genetic isolation and a functioning isolation mechanism even under conditions of
their joint growth. We found that the GDH locus in D. incarnata is polymorphic only in populations which
grow together with D. ochroleuca, with exception a few examples. Thus, we conclude that variability of the
GDH locus in D. incarnata is associated with hybridization with D. ochroleuca. English translation of the pa-
per published in Russian Journal of Genetics, 2017, Vol. 53, No. 6, is available ONLINE by subscription
from: h ttp : / /w w w.s p rin g er. com/, h ttp : / /li n k.s p rin g e r. c o m /j o ur n a l/ 1117 7
Keywords: Dactylorhiza incarnata, D. ochroleuca, allozyme analysis, introgressive interspecific hybrid com-
plexes, genetic polymorphism.
... This also ignores the genetic and ecological independencies as a consequence of reproductive isolation. There are further examples of clear differences in European orchids which are therefore justifiably classified as biospecies: Gymnadenia conopsea (s.l.) 7) and G. densiflora (Stark et al. 2011) or Dactylorhiza incarnata and D. ochroleuca (Filippov et al. 2017). ...
Article
Full-text available
The pollination biology of the burnt-tip orchid Neotinea ustulata with its two pheno-logical forms was investigated in different protected areas around Vienna and in the Hohe Tauern National Park. The main pollinators of the spring form are Tachina fera and T. magnicornis, while some bumblebees, other wild bees and Cerambycidae are rarer pollinators. The main pollinator of the summer form is the tachinid fly Nowick-ia ferox. Choice experiments with intact versus manipulated Neotinea plants implied that the burnt tip of the inflorescence is an important visual and olfactory signal for the tachinid flies. The two phenological forms fulfil all criteria of biospecies (different morphology, different genetics, different smell, different ecological demands, as earlier investigations of other authors have found) with the consequence of complete reproductive isolation. It is justified to give Neotinea aestivalis the species rank instead of the typological systematization as a subspecies or just a variety. Paulus H.F., 2022: Bestäubungsbiologie der beiden phänologischen Formen von Neotinea ustulata in Österreich, mit einigen Feldexperimenten zur Klärung der biologischen Bedeutung der "verbrannten Blütenspitze" der Pflanzen. In der Umgebung von Wien und im Nationalpark Hohe Tauern wurden die Bestäu-bungsbiologie der beiden phänologischen Formen des Brandknabenkrautes Neotinea ustulata untersucht. Hauptbestäuber der Frühlingsform N. ustulata sind die beiden Raupenfliegen Tachina fera und T. magnicornis. Seltenere Bestäuber sind Hummeln, andere Wildbienen und Bockkäfer. Der Hauptbestäuber der Sommerform ist dagegen die Tachinidae Nowickia ferox neben gelegentlichen Besuchen durch Hummeln. Wahl-experimente im Gelände mit unveränderten versus manipulierter Pflanzen machten wahrscheinlich, dass die "verbrannte" Spitze der Infloreszenz ein wichtiges optisches und olfaktorisches Signal für die Raupenfliegen ist. Die beiden phänologischen For-men sind voneinander reproduktiv völlig isoliert, da sie morphologisch, ökologisch, und wie bereits andere Studien gezeigt haben, genetisch und über den Duft so ver-schieden sind, dass alle Kriterien für biologische Arten erfüllt sind. Es ist daher ge-rechtfertigt, beide Formen als getrennte Arten zu betrachten und Neotinea aestivalis als Art zu führen anstelle der völlig typologischen Systematisierung als Subspezies oder gar Varietät.
... This also ignores the genetic and ecological independencies as a consequence of reproductive isolation. There are further examples of clear differences in European orchids which are therefore justifiably classified as biospecies: Gymnadenia conopsea (s.l.) 7) and G. densiflora (Stark et al. 2011) or Dactylorhiza incarnata and D. ochroleuca (Filippov et al. 2017). ...
Article
Full-text available
The pollination biology of the burnt-tip orchid Neotinea ustulata with its two phenological forms was investigated in different protected areas around Vienna and in the Hohe Tauern National Park. The main pollinators of the spring form are Tachina fera and T. magnicornis, while some bumblebees, other wild bees and Cerambycidae are rarer pollinators. The main pollinator of the summer form is the tachinid fly Nowick-ia ferox. Choice experiments with intact versus manipulated Neotinea plants implied that the burnt tip of the inflorescence is an important visual and olfactory signal for the tachinid flies. The two phenological forms fulfil all criteria of biospecies (different morphology, different genetics, different smell, different ecological demands, as earlier investigations of other authors have found) with the consequence of complete reproductive isolation. It is justified to give Neotinea aestivalis the species rank instead of the typological systematization as a subspecies or just a variety. Paulus H.F., 2022: Bestäubungsbiologie der beiden phänologischen Formen von Neotinea ustulata in Österreich, mit einigen Feldexperimenten zur Klärung der biologischen Bedeutung der "verbrannten Blütenspitze" der Pflanzen. In der Umgebung von Wien und im Nationalpark Hohe Tauern wurden die Bestäubungsbiologie der beiden phänologischen Formen des Brandknabenkrautes Neotinea ustulata untersucht. Hauptbestäuber der Frühlingsform N. ustulata sind die beiden Raupenfliegen Tachina fera und T. magnicornis. Seltenere Bestäuber sind Hummeln, andere Wildbienen und Bockkäfer. Der Hauptbestäuber der Sommerform ist dagegen die Tachinidae Nowickia ferox neben gelegentlichen Besuchen durch Hummeln. Wahl-experimente im Gelände mit unveränderten versus manipulierter Pflanzen machten wahrscheinlich, dass die "verbrannte" Spitze der Infloreszenz ein wichtiges optisches und olfaktorisches Signal für die Raupenfliegen ist. Die beiden phänologischen Formen sind voneinander reproduktiv völlig isoliert, da sie morphologisch, ökologisch, und wie bereits andere Studien gezeigt haben, genetisch und über den Duft so verschieden sind, dass alle Kriterien für biologische Arten erfüllt sind. Es ist daher ge-rechtfertigt, beide Formen als getrennte Arten zu betrachten und Neotinea aestivalis als Art zu führen anstelle der völlig typologischen Systematisierung als Subspezies oder gar Varietät.
Article
Full-text available
Waste deposit sites of solid fuel power plants exist within the majority of large cities of the Urals, Siberia and the Far East. Fly ash deposit sites are often located in close proximity to residential areas and may be observed as a potential source of environmental hazard, which leads to the alienation of significant land lots. The problem of reclamation of ash dumps is of particular concern, and its solution is impossible without understanding the processes of vegetation and soil cover development within such territories. In this paper, we present the results of studying the processes of soil development at the sites of the abandoned ash dumps of the power station in the city of Tyumen that was formed during the work of the enterprise on local peat as a main fuel type. The fly ash deposit sites of Tyumen CHP-1 plant consist of two sites with a total area of 100 ha (Site 1 - 54.0 ha, Site 2 - 46.0 ha) (See Fig. 1). The disposal of ash and slag wastes was discontinued more than 30 years ago; currently, within the territory of the dumps there is a gradual overgrowing. The surface of the ash dumps is aligned, subsidence relief forms occur, and the elevation difference is 1-3 m. A more diverse and complex relief is typical of Site 1. The level of groundwater varies significantly, depending on the position in the relief. Modern vegetation is mosaic; two main types of plant communities are represented: woody-shrubby and grassy. We conducted field studies of the soil cover of the fly ash deposit sites of Tyumen CHP-1 plant in summer 2017. At each fly ash deposit site, a pair of soil profiles was created (See Fig. 1) under woody and grassy vegetation (Profiles 1 and 4, 2 and 3, correspondingly) (See Fig. 2). Diagnostics of soils was conducted according to the Russian Soil Classification considering additions proposed for technogenic soils (Shishov LL et al., 2004). The names of soils are also given according to the World Reference Base for Soil Resources 2015. Profile 1 (57°8'47,30''N, 65°38'8,70''E) is found at a local elevation in the peripheral part of Site 1 under depleted willow forest with willow and aspen undergrowth and a developed grassy layer. Profile 2 (57°8'23,50''N, 65°38'22,80''E) is confined to the surface of Site 2, complicated by subsidence forms under meadow-grassy association with the presence of cereals. Soil is Spolic Technosol (Epiarenic, Endoprotocalcic, Fluvic, Hyperartefactic, Laxic, Amphivitric). Profile 3 (57°8'23,90''N, 65°38'17,80''E), characterizes local decline at Site 2. Vegetation is represented by an aspen-willow forest with developed litter. Soil is Spolic Technosol (Endoprotocalcic, Fluvic Hyperartefactic, Laxic, Stagnic, Amphivitric). Profile 4 (57°8'38,10''N, 65°37'30,50''E) is found at Site 1 with a pronounced technogenic filler relief. Meadow vegetation with willow, aspen and sea-buckthorn undergrowth is characteristic. Soil is Spolic Technosol (Amphiprotocalcic, Fluvic, Hyperartefactic, Laxic, Amphivitric). We studied the diversity and intensity of soil-forming processes at meso-, micro- and submicroscopic levels: in transparent sections using polarization and inversion microscopes and a scanning electron microscope equipped with an attachment for elemental analysis. We determined the granulometric composition of the technogenic deposits on a laser particle analyzer with preliminary dispersion of samples with pyrophosphate (See Fig. 3). The color of soil horizons and anthropogenic substrate was estimated by the Munsell system. The results of the conducted studies indicate that the intensity of soil-forming processes in soils developed from ash differs depending on the position in the relief, the type of vegetation, the level of groundwater, and the heterogeneity of the manmade substrate. The studied soils correspond to Spolic Technosol in accordance with the World Reference Base for Soil Resources. Technosols developed within ash deposit sites inherit the properties and material composition of the technogenic substrate, which is an alternation of fly ash and ash residue layers. The main components of the soil-forming material are silicates, aluminosilicates and ferrosilicates, particles of underburn and microspheres (See Fig. 4 and 7). The processes of soil development occur synchronously with the processes of transformation of the material composition of the initial substrate. The main soil-forming processes are: metamorphism of mineral matter (disintegration, carbonatization) (See Fig. 5), reorganization of the soil mass (coagulation and herbaceous-root structuring), metamorphism of the organic matter (the intake and transformation of plant residues and, to a lesser extent, humification) (See Fig. 6), and migration of matter and gley formation. Several soil-forming processes are diagnosed only at micro- and submicromorphological levels. The quantity and diversity of pedogenic carbonates is an important indicator of the intensity of soil formation. Concretions and microcrystalline forms of calcite are most numerous and well expressed in soils with the most formed on well-drained areas in the peripheral parts of the ash dump under the sparse tree vegetation with a developed grassy layer.
Article
Full-text available
The genus Dactylorhiza Neck. ex Nevski is well known as taxonomically difficult group due to its youth, hybridization ability and high phenotypic plasticity. The aim of our research was to define taxonomical structure of this genus in the Komi Republic using molecular and morphological approaches. The studies have been carried out during 2015-2016. 16 coenopopulations were investigated (See Table 1). From each coenopopulation (CP), we collected 30 generative plants (totally 480 samples) and then measured 19-22 morphological features (See Table 2, Fig. 1). Also, DNA was extracted from 1-2 plant samples from each CP (totally 26 samples) using «DNeasy Plant Mini Kit» (Qiagen, Germany). Primers ITS5 5’-ggaagtaaaagtcgtaacaagg-3’ and ITS-4 5'-tcctccgcttattgatatgc-3' were used for amplification the fragment ITS1-5.8S-ITS2; primers KIM 3F 5’-cgtacagtacttttgtgtttacgag-3’ and KIM 1R 5’-acccagtccatctggaaatcttggttc-3’ – for amplification the fragment matK. Nucleotide sequences were aligned with the ClustalW algorithm and edited manually in the Mega 7.0 software package. Phylogenetic trees were built in the Mega 7.0. Cluster analysis of all studied coenopopulations using all morphometric traits revealed two large clusters (See Fig. 2): top cluster (the group of D. maculata s. l.) and bottom cluster, divided into two groups corresponding to the D. incarnata s. l. (CP 15 and 16) and allotetraploids (CP 11–14). The most important traits were: the length of bract, the width of spur and labellum, the width of lower leaves and the number of flowers. These traits may be used as diagnostic for dividing the genus. More detail study of the separate species based on morphometric data (and using the data on phytocoenology) allowed us to reveal the following species – Dactylorhiza fuchsii, D. maculata, D. incarnata s. l. (including D. cruenta), D. baltica and D. traunsteineri. Phylogenetic tree (See Fig. 3) was created using molecular and phylogenetic analysis based on the comparison of rDNA sequences ITS1-5.8S-ITS2 (GenBank IDs: МН016576–МН016603). It is clear that the genus Dactylorhiza is divided in some groups: D. incarnata s. l. (group 1), D. baltica (group 2) and third heterogeneous group that includes all other samples. Additional analysis of D. baltica (the species with the most difficult systematic) using the gene matK (See Fig. 4) confirmed its occurrence in the region.
Article
Full-text available
28.03.2016 г. Представлены результаты изучения полиморфизма и генетической структуры популяций Dacty-lorhiza salina и D. incarnata, произрастающих в Забайкальском крае и Бурятии, по данным аллозим-ного анализа восьми генных локусов (PGI, NADHD, SKDH, GDH, PGM, DIA, ADH, IDH). Установле-на специфичность аллельной структуры локусов SKDH, PGM и IDH для D. salina и D. incarnata, по которым виды достоверно отличаются друг от друга. Показано, что в Забайкалье сформировались межвидовые интрогрессивно гибридные комплексы, имеющие разную генетическую структуру. В местах массового произрастания D. incarnata встречаются единичные растения D. salina, межвидо-вые гибриды первого и последующих поколений. В местах массового произрастания D. salina обна-ружены только гибриды, не являющиеся гибридами первого поколения. Они были гетерозиготны-ми не по трем локусам с дифференцирующими аллелями обоих родителей-SKDH, PGM и IDH, а лишь по одному из них. Степень генетической дифференциации между пятью популяциями D. sa-lina в среднем составляла 7.5%, а для D. incarnata-7.1%, что в соответствии со шкалой оценки Райта относится к средним значениям. Среднее значение F ST для всех изученных популяций двух близких видов рода Dactylorhiza составило 0.478, что свидетельствует об очень высокой степени генетической дифференциации между D. salina и D. incarnata, произрастающих в Забайкалье. Наиболее сильно виды различаются по аллельной структуре локусов SKDH, PGM и IDH (F ST равнялся 0.705, 0.976 и 0.762, соответственно). Дисперсионный анализ данных (AMOVA) показал, что между популяциями D. salina и D. incarnata, в зоне перекрывания их ареалов в Забайкальском крае и Бурятии, имеются существенные различия, и в варьировании частот аллелей восьми локусов (71%, d.f. = 9), и в измен-чивости генотипов (61%, d.f. = 9). Несмотря на то что между D. salina и D. incarnata существует явный поток генов в результате межвидовой гибридизации, генетическая дифференциация популяций этих близких видов сохраняется на высоком уровне. Ключевые слова: Dactylorhiza salina, D. incarnata, аллозимный анализ, межвидовые интрогрессивно гибридные комплексы, генетический полиморфизм.
Article
Full-text available
Аверьянов Л.В. 1988. Конспект рода Dactylorhiza Neck. ex Nevski (Orchidaceae), 1. Новости Сист. Высш. раст. т. 25: 48-67. Averyanov L.V. 1988. Conspectus generis Dactylorhiza Neck. Ex Nevski (Orchidaceae), 1. Nov. Syst. Pl. Vasc. (Leningrad) 25: 48-67 (in Russian).
Article
Full-text available
The results of studying the polymorphism and genetic structure of populations of D. salina and D. incarnata growing in Zabaykalsky krai and Buryatia are represented according to the data of allozyme analysis of eight genetic loci (PGI, NADHD, SKDH, GDH, PGM, DIA, ADH, and IDH). The specificity of the allelic structure of loci SKDH, PGM, and IDH is established, for which D. salina and D. incarnata reliably differ from each other. It is shown that interspecies introgressive hybrid complexes with different genetic structures were formed in Transbaikalia. Places of mass growth of D. incarnata were observed to have single plants of D. salina, the interspecies hybrids of the first and subsequent generations. Places of mass growth of D. salina were observed to contain only the hybrids that are not hybrids of the first generation. They were heterozygous not for three loci with differentiating alleles of both parents, SKDH, PGM, and IDH, but for only one of them. The degree of genetic differentiation among five populations of D. salina was on average 7.5% and that of D. incarnata was 7.1%, which in accordance with Wright’s estimation relates to mean values. The average value of FST for all studied populations of the two related species of the genus Dactylorhiza was 0.478, indicating a very high degree of genetic differentiation between D. salina and D. incarnata growing in Transbaikalia. The greatest differences between the species are for the allelic structure of loci SKDH, PGM, and IDH (FST was equal to 0.705, 0.976, and 0.762, respectively). Analysis of molecular variance (AMOVA) showed that populations of D. salina and D. incarnata in the zone where their ranges in Zabaykalsky krai and Buryatya overlap have essential differences both for the variation of alleles frequencies of eight loci (71%, d.f. = 9) and for the variability of genotypes (61%, d.f. = 9). Despite the fact that D. salina and D. incarnata explicitly share a gene flow as a result of interspecies hybridization, the genetic differentiation of populations of these related species remains at a high level.
Article
Full-text available
Проведен анализ 10 генных локусов 9 ферментных систем (PGI, 6PGD, NADHD, SKDH, GDH, PGM, DIA, ADH, GOT-1, GOT-2) у особей C. calceolus , C. macranthon, C. shanxiense и C. x ventricosum, произрастающих на юге дальнего Востока России. Аллели локусов 6-PGD, NADHD, GDH, ADH, GOT-1 и PGI оказались диагностическими для C. calceolus и C. macranthon. Особи C. x ventricosum были гетерогизотными по всем диагностическим для C. calceolus и для C. macranthon аллелям. Особи C. shanxiense из Приморского края и Сахалина оказались мономорфны по всем 10 изученным локусам и их аллельную структуру можно считать диагностической для данного вида. Аллельная структура фрагментов популяции C. calceolus западной и восточной частей ареала распространения вида различалась по двум ферментным системам - PGI и SkDH: аллели, отсутствующие у особей C. calceolus из западной части ареала, встречались у представителей вида в восточной части ареала с высокой частотой (28 - 41 % и 55 – 68 %, соответственно). Эти аллели были обнаружены у особей C. shanxiense. Генетическая структура C. shanxiense имела сходство с аллельной структурой C. calceolus только из восточной части ареала, т.е. там, где эти 2 вида произрастают совместно. Можно предположить, что дополнительные аллели у особей C. calceolus из восточного фрагмента популяции появились в результате гибридизации с C. shanxiense. Результаты настоящего исследования показывают, что особи C. calceolus, встречающиеся на территории России, образуют две группы, которые представляют собой два разных объекта (единицы) сохранения генетического разнообразия. Высказано предположение, что особи C. x ventricosum на юге Приморского края формируются в результате гибридизации между C. macranthon и гибридными особями C. calceolus x C. shanxiense. Тем самым, они отличаются от особей, произрастающих на Урале и Западной Сибири, которые произошли в результате гибридизации между C. macranthon и C. calceolus. Популяция C. x ventricosum, предположительно, также содержит две группы особей, различающиеся по генетической структуре, которые должны рассматриваться как две разные единицы сохранения данного таксона.
Article
Full-text available
We announce the release of an advanced version of the Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software, which currently contains facilities for building sequence alignments, inferring phylogenetic histories, and conducting molecular evolutionary analysis. In version 6.0, MEGA now enables the inference of timetrees, as it implements our RelTime method for estimating divergence times for all branching points in a phylogeny. A new Timetree Wizard in MEGA6 facilitates this timetree inference by providing a graphical user interface (GUI) to specify the phylogeny and calibration constraints step-by-step. This version also contains enhanced algorithms to search for the optimal trees under evolutionary criteria and implements a more advanced memory management that can double the size of sequence data sets to which MEGA can be applied. Both GUI and command-line versions of MEGA6 can be downloaded from www.megasoftware.net free of charge.
Article
Eleven Danish populations of the diploid Dactylorhiza incarnata s.lat. have been examined for allozyme variation in DIA, PGD, PGI, PGM, SKD, TP1, and UGPP. The results reveal a deficiency of heterozygotes in several populations. Possible reasons for this deficiency are considered. The results also indicate that no genetic barrier seems to prevent gene flow between D. incarnata var. incarnata, var. dunensis, and var. ochrantha — and some indication exists that a considerable amount of gene exchange takes place between sympatric populations of var. incarnata and var. ochrantha. On the other hand, there is no sign of recent introgression between D. incarnata s.lat. and any of the sympatric tetraploid species (D. maculata, D. majalis, D. purpurella s.lat.). It is suggested that knowledge on the various degrees of genetic integrity of morphologically recognizable entities should be elaborated and subsequently utilized for a biosystematic approach to Dactylorhiza.
Article
Apochromic forms of the Eurasian Dactylorhiza incarnata s.l. were studied in northern Europe to reveal their genetic (allozyme) and morphological diversity and to assess their systematic significance. The study included eight localities with sympatric populations of plants with anthocyanin-pigmented and apochromic flowers. Parallel samples of the two morphs were taken from each locality. Genetic variation was only found at the allozyme loci pgd, pgi and ugpp. Statistically significant differences in allele frequencies between the two colour morphs were found in two localities and demonstrate that the occurrence of apochromic individuals in D. incarnata s.l. is not always because of spontaneous mutation. At least in some localities the apochromic plants form distinct breeding groups (but local populations of different colour morphs may also be composed of several more or less distinct breeding groups). Based on molecular and morphometric data, it is proposed that the apochromic study populations from calcareous fens should be referred to D. incarnata var. ochroleuca, whereas the apochromic study populations from non-calcareous fens are better treated as aberrant local populations of var. incarnata s.l. Possible evolutionary patterns and processes are discussed and guidelines for identification of var. ochroleuca from morphological features are given. © 2009 The Linnean Society of London, Botanical Journal of the Linnean Society, 2009, 159, 396–407.