Биологи представили наиболее полную на сегодняшний день эволюционную родословную растений из семейства лютиковых. Ученые проанализировали последовательности ДНК 227 видов и пересмотрели родственные связи между многими родами лютиковых. Полученные данные помогут специалистам точнее определять границы между разными представителями семейства, а потому создавать более эффективные программы по сохранению редких и исчезающих видов.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Taxon.
Лютиковые (семейство Ranunculaceae) — одно из самых крупных семейств цветковых растений, в котором насчитывается около 2500 видов. Многие лютиковые используются в садоводстве в качестве декоративных цветов (например азиатский лютик и дельфиниум) и в фармацевтике как источник биологически активных веществ (сон-трава, василистник и другие).
Однако из-за хозяйственной деятельности человека 113 видов лютиковых, в числе которых лютик саянский и беквичия ледниковая, находятся под угрозой исчезновения. Чтобы их защитить и сохранить разнообразие лютиковых, ученым важно понимать, как именно разные виды связаны друг с другом, в том числе генетически. При этом разнообразие лютиковых до сих пор остается не до конца понятным. Например, есть спорные виды и роды, которые по внешним признакам могут относиться как к лютиковым, так и к другим родственным семействам.
Ученые из Центрального сибирского ботанического сада СО РАН (Новосибирск), Института ботаники Китайской академии наук (Пекин) и Парижского университета (Париж) с коллегами провели наиболее полный на сегодняшний день генетический анализ семейства лютиковых.
Авторы определили родственные связи между 227 видами растений, входящими практически во все ныне признаваемые роды лютиковых. Для анализа ученые использовали участок ядерной ДНК и четыре участка пластидной ДНК. Первый довольно быстро меняется в ходе эволюции, а потому позволяет различить даже очень близкие виды. Четыре других гена более постоянны, поэтому по ним биологи отслеживали более древние и редкие события эволюции родов и подсемейств.
Оказалось, что наиболее древние представители лютиковых — это подсемейство Glaucidioideae, в котором сегодня известен всего один вид — Глауцидиум пальчатый, травянистое растение из горных районов Японии. Это подсемейство выделилось в отдельную группу раньше всех остальных.
Кроме того, авторы выяснили, что некоторые лютиковые, ранее считавшиеся близкими, на самом деле долгое время развивались независимо друг от друга и генетически отдалились. Например род весенних белых цветов Энемион (Enemion) на самом деле представляет собой четыре разных рода, которые образовались 4–1 миллиона лет назад от общего предка.
Вместе с тем генетический анализ показал, напротив, слияние некоторых родов: ранее самостоятельный род Пароксиграфис (Paroxygraphis), встречающийся исключительно в Гималаях, оказался частью широко распространенного в Азии рода Оксиграфис (Oxygraphis).
«Основываясь на полученных результатах, мы предложили новую классификацию лютиковых на уровне подсемейств, триб (промежуточных рангов) и родов, в которой признаются 5 подсемейств, 14 триб, включая одну впервые описанную трибу, и 58 родов, включая три впервые описанных рода. Такая работа важна для природоохранной деятельности: если мы знаем истинные родственные связи между растениями, мы можем корректно оценивать биоразнообразие различных регионов и правильно расставлять приоритеты для сохранения исчезающих видов. Мы также выполнили секвенирование полных геномов для многих таксонов, но эти данные будут опубликованы в последующих работах. В будущем мы планируем продолжить изучение холодолюбивых флор, а также расширить наши интересы для исследования засушливых территорий», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Эрст, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Гербарий» Центрального сибирского ботанического сада СО РАН.
Новейшая классификация показывает, что молекулярные данные не всегда стыкуются с внешними признаками растений, и ряд внешне близких групп эволюционировал независимо друг от друга. С учетом этих новых данных будет меняться ранг некоторых таксонов (систематических групп), их названия и охранный статус. Например, род Прострел (Pulsatilla) полностью войдет в род Ветреница (Anemone), поскольку он не образует отдельные ветви развития и на молекулярном дереве занимает центральное положение в роде Anemone.
«Пренебрегать новой классификацией нельзя, так как она основана на большом комплексе данных — так называемой "интегративной таксономии" — и войдет в международную систему классификации растений APG4. Эта работа также важна для исследования арктической флоры, так как названия и охранный статус некоторых растений этого региона, вероятно, нужно будет пересмотреть», — подчеркивает Андрей Эрст.
Авторы отмечают, что проведенное исследование имеет еще одно важное прикладное значение: оно позволило оценить потенциал растений Арктики и Гималаев как источников биологически активных веществ. В частности, в ходе экспедиций по сбору ботанического материала ученые обнаружили в арктических и гималайских растениях полезные соединения с антиоксидантной, противораковой и противовирусной активностью.
В работе принимали участие сотрудники Томского государственного университета (Томск) Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН (Иркутск) и Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск).
Ранее ученые выяснили, что холодолюбивые растения, характерные для современных альпийских лугов и Арктики, появились на разных континентах почти одновременно — примерно 14 миллионов лет назад. Это связано с значимым похолоданием во всех регионах планеты.
Источник: пресс-служба Российского научного фонда.
Заглавное фото: лаборатория российских коллег в Пекине, разбор живых материалов из экспедиций для геномного, биохимического и цитогенетического анализа. Источник: Андрей Эрст / Из личного архива.