Russian Journal of GeneticsRussian Journal of GeneticsГенетика0016-67583034-5103The Russian Academy of Sciences66720010.31857/S0016675824090062aebyzmГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙResearch ArticleGenetic evaluation of Juniperus Communis var. oblonga (Cupressaceae) in Caucasus Regions of Russia based on nSSR MarkersГенетическая оценка Juniperus communis var. oblonga hort. ex Loudon. в кавказском регионе России, основанная на nSSR-маркерахHantemirovaE. V.ХантемироваЕ. В.
Russian Federation
hantemirova@ipae.uran.ruInstitute of Plant and Animal Ecology, Ural Division of the Russian Academy of SciencesИнститут экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук10092024609415326022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0016-6758/article/view/667200

Ten populations of Caucasian juniper J. communis var. oblonga were analyzed using seven microsatellite nSSR loci to draw conclusions about migration routes and genetic relationships with populations in the northern part of their range. These new data were combined with data previously obtained from the main Eurasian range. The results of nSSR analysis confirm the data on the cpDNA structure of J. communis var. oblonga about the existence of a deep divergence between the populations of the eastern part of the Greater Caucasus and the populations of the main range, which is likely due to the long-term isolation of juniper in this part of the Caucasus. At the same time, the results indicate the existence of a juniper gene flow from the main range towards the Western Caucasus, which was more intense with seeds. The migration routes of birds established during interglacial periods contributed to the dispersal of seeds over long distances and contacts of juniper from the main part of its range with juniper in the western part of the Caucasus, which was reflected in the structure of nuclear DNA.

Десять популяций кавказского можжевельника J. communis var. оblonga были проанализированы с помощью семи ядерных микросателлитных локусов (nSSR), чтобы сделать выводы о путях миграции и генетических связях с популяциями северной части ареала. Эти новые данные были объединены с ранее полученными из основного евроазиатского ареала. Результаты анализа nSSR подтверждают данные по структуре хпДНК J. communis var. оblonga о существовании глубокого расхождения между популяциями восточной части Большого Кавказа и популяциями основного ареала, что, вероятно, связано с длительной изоляцией можжевельника в этой части Кавказа. В то же время результаты свидетельствуют о существовании у можжевельника генного потока из основного ареала в сторону Западного Кавказа, который был интенсивнее с семенами. Установившиеся в межледниковые периоды маршруты миграций перелетных птиц способствовали расселению семян на большие расстояния и контактам можжевельника основной части ареала с можжевельником западной части Кавказа, что отразилось на структуре изменчивости ядерной ДНК.

J. communis var. oblonganuclear DNAnSSRgenetic diversityGreater CaucasusJ. communis var. оblongaядерная ДНКnSSRгенетическое разнообразиеБольшой КавказМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation122021000090-5Petit R.J., Aguinagalde I., de Beaulieu J.L. et al. Glacial refugia: Hotspots but not melting pots of genetic diversity // Science. 2003. V. 300. P. 1563–1565. doi:10.1126/science.1083264Tribsch A., Stuessy T. Evolution and phylogeography of arctic and alpine plants in Europe: Introduction // Taxon. 2003. V. 52. P. 415–416. doi:10.2307/3647443Tarasov P.E., Volkova V.S., Webb T. et al. Last glacial maximum biomes reconstructed from pollen and plant macrofossil data from northern Eurasia // J. Biogeogr. 2000. V. 27. P. 609–620. doi:10.1046/j.1365-2699.2000.00429.xMaliouchenko O., Palme A.E., Buonamici A. et al. Comparative phylogeography of two European birch species, Betula pendula and B. pubescens, with high level of haplotype sharing // J. Biogeogr. 2007. V. 34. P. 1601–1610. doi: 10.1111/j.1365-2699.2007.01729.xPalme A.E., Su Q., Rautenberg A. et al. Postglacial recolonization and cpDNA variation of silver birch, Betula pendula // Mol. Ecol. 2003. V. 12. P. 201–212.Semerikov V.L., Semerikova S.A., Polezhaeva M.A. et al. Southern montane populations did not contribute to the recolonization of West Siberian Plain by Siberian larch (Larix sibirica): A range-wide analysis of cytoplasmic markers // Mol. Ecol. 2013. V. 22. P. 4958–4971.Polezhaeva M.A., Lascoux M., Semerikov V.L. Cytoplasmic DNA variation and biogeography of Larix Mill. in Northeast Asia // Mol. Ecol. 2010. V. 19. P. 1239–1252.Prost S., Guralnick R.P., Waltari E. et al. Losing ground: Past history and future fate of Arctic small mammals in a changing climate // Glob. Change Biol. 2013. V. 19. P. 1854–1864.Bruxaux J., Zhao W., Hall D. et al. Scots pine – panmixia and the elusive signal of genetic adaptation // New Phytol. 2024. В печати. https://doi.org/10.1111/nph.19563Mao K., Hao G., Liu J. et al. Diversification and biogeography of Juniperus (Cupressaceae): Variable diversification rates and multiple intercontinental dispersals // New Phytol. 2010. V. 188. P. 254–272.Hantemirova E.V., Heinze B., Knyazeva S.G. et al. A new Eurasian phylogeographical paradigm? Limited contribution of southern populations of the recolonization of high latitude populations in Juniperus communis L. (Cupressaceae) // J. Biogeogr. 2017. V. 44. I. 2. P. 271–282. doi: 10.1111/jbi. 12867.Willis K.J., Van Andel T.H. Trees or not trees? The environments of central and eastern Europe during the Last Glaciation // Quaternary Sci. Rev. 2004. V. 23. P. 2269–2287.Князева С.Г., Хантемирова Е.В. Cравнительный анализ генетической и морфолого-анатомической изменчивости можжевельника обыкновенного (Juniperus communis L.) // Генетика. 2020. Т. 56. № 1. С. 55–66.Галушко А.И. Флора Северного Кавказа. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост. ун-та, 1978. 318 с.Джанаева В.М. Определитель семейства можжевеловых. Фрунзе: Илим, 1969. 93 с.Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств. СПб: Мир и семья, 1995. 990 с.Имханицкая Н.Н. Критическая заметка о кавказских видах секции Juniperus рода Juniperus L. (Cupressaceae) // Новости систематики высших растений. Л.: Наука, 1990. Т. 27. С. 5–16.Farjon A. World Checklist and Bibliography of Conifers. England: The Royal Bot. Gardens, 2001. 309 p.19. Adams R.P. Systematics of Juniperus section Juniperus based on leaf essential oils and RAPD DNA fingerprinting // Biochem. Syst. Ecol. 2000. V. 28. P. 515–528.20. Adams R.P., Demeke T. Systematic relationships in Juniperus based on random amplified polymorphic DNAs (RAPDs) // Taxon. 1993. V. 42. P. 553–572.Adams R.P., Hsieh C., Murata J., Pandey R.N. Systematics of Juniperus from eastern Asia based on Random Amplified Polymorphic DNAs (RAPDs) // Biochem. Syst. Ecol. 2002. V. 30. P. 231–241.Adams R.P., Pandey R.N. Analysis of Juniperus communis and its varieties based on DNA fingerprinting // Biochem. Syst. Ecol. 2003. V. 31. P. 1271–1278.Adams R.P., Murata J., Takahashi H., Schwarzbach A.E. Taxonomy and evolution of Juniperus communis: Insight from DNA sequencing and SNPs // Phytologia. 2011. V. 93. I. 2. P. 185–196.Хантемирова Е.В., Беркутенко А.Н., Семериков В.Л. Систематика и геногеография Juniperus communis L. по данным изоферментного анализа // Генетика. 2012. Т. 48. № 9. С. 1077–1084.Хантемирова Е.В., Бессонова В.А. Генетическое разнообразие можжевельника обыкновенного (Juniperus communis L.) в Евразии и на Аляске по данным анализа ядерных микросателлитов // Генетика. 2023. Т. 59. № 3. С. 316–326.Devey M.E., Bell J.S., Smith D.N. et al. A genetic linkage map for Pinus radiata based on RFLP, RAPD and microsatellite markers // Theor. Appl. Genet. 1996. V. 92. P. 673–679.Michalczyk I.M., Sebastiani I.F., Buonamici A. et al. Characterization of highly polymorphic nuclear microsatellite loci in Juniperus communis L. // Mol. Ecol. Notes. 2006. V. 6. P. 346–348. doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01227.xRumeu B., Sosa P.A., Nogales M., Gonzalez-Perez M.A. Development and characterization of 13 SSR markers for an endangered insular juniper (Juniperus cedrus Webb & Berth.) // Conserv. Genet. Resources. 2013. V. 5. P. 457–459. doi: 10.1007/ s12686-012-9827-y29. Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus genotype data // Genetics. 2000. V. 155. P. 945–959. doi:10.1093/genetics/155.2.945Nei M. Genetic distance between populations // Am. Nat. 1972. V. 106. P. 283–292. http://dx.doi.org/10.1086/282771Семериков Н.В., Петрова И.В. Демографическая история сосны обыкновенной в плейстоцене в Северной Евразии и Кавказском регионе на основе анализа ядерных микросателлитных локусов // Сиб. экол. журн. 2023. Т. 5. С. 573–590.Grigoryeva O., Krivonogov D., Balakirev A. et al. Phylogeography of the forest dormouse Dryomys nitedula (Gliridae, Rodentia) in Russian Plain and the Caucasus // Folia Zool. 2015. V. 64. № 4. P. 361–364.Semerikov N.V., Petrova I.V., Sannikov S.N. et al. Cytoplasmic DNA variation does not support a recent contribution of Pinus sylvestris L. from the Caucasus to the main range // Tree Genet. Genomes. 2020. V. 16. P. 59. https://doi.org/10.1007/s11295-020-01458-8Hampe A., Arroyo J., Jordano P., Petit R.J. Rangewide phylogeography of a bird-dispersed Eurasian shrub: Contrasting Mediterranean and temperate glacial refugia // Mol. Ecol. 2003. V. 12. P. 3415–3426.Ekhvaia J., Simeone M.K., Silakadze N., Abdaladze O. Morphological diversity and phylogeography of the Georgian durmast oak (Q. petraea subsp. iberica) and related Caucasian oak species in Georgia (South aucasus) // Tree Genet. Genomes. 2018. V. 14. P. 17.Petrova I.V., Sannikov S.N., Tembotova F.I. et al. Genogeography of Pinus sylvestris L. populations in the Greater Caucasus and Crimea // Russ. J. Ecol. 2017. V. 48. P. 524–531. https://doi.org/10.1134/s106741361706008xRoy M., Pozzi A.C., Gareil R. et al. Alder and the Golden Fleece: High diversity of Frankia and ectomycorrhizal fungi revealed from Alnus glutinosa subsp. barbata roots close to a Tertiary and glacial refugium // PeerJ. 2017. V. 18. https://doi.org/10.7717/peerj.3479Michev T.M., Profirov L.A., Karaivanov N.P., Michev B.T. Migration of soaring birds over Bulgaria // Acta Zool. Bulg. 2012. V. 64. I. 1. P. 33–41.