resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2025-30-2-250-259resar-933Research ArticleБиологические науки. ЭкологияBiological sciences. EcologyХемотаксономические исследования деревьев рода Larix на территории Центральной ЯкутииChemotaxonomic investigations of Larix species in Central Yakutiahttps://orcid.org/0000-0001-7223-9297РожинаС. М.RozhinaS. M.

РОЖИНА Сахаяна Михайловна, младший научный сотрудник

ResearcherID: AAO-3383-2020, Scopus Author ID: 57208332809

г. Якутск

ROZHINA, Sakhaiana Mikhailovna, Junior Researcher

ResearcherID: AAO-3383-2020, Scopus Author ID: 57208332809

Yakutsk

sahayana-rozhina@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0005-5057-9713МестниковаА. А.MestnikovaA. A.

МЕСТНИКОВА Анна Александровна, лаборант

ResearcherID: rid87289

г. Якутск

MESTNIKOVA, Anna Aleksandrovna, Laboratory Assistant

ResearcherID: rid87289

Yakutsk

manyawkaye@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5980-579XCлепцовИ. В.SleptsovI. V.

СЛЕПЦОВ Игорь Витальевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

ResearcherID: J-7736-2018, Scopus Author ID: 57200540770

г. Якутск

SLEPTSOV, Igor Vitalievich, Cand. Sci. (Biol.), Senior Researcher

ResearcherID: J-7736-2018, Scopus Author ID: 57200540770

Yakutsk

neroxasg@mail.ruИнститут биологических проблем криолитозоны СО РАНРоссияInstitute for Biological Problems of Cryolithozone, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202509072025302250259Copyright © Рожина С.М., Местникова А.А., Cлепцов И.В., 20252025Рожина С.М., Местникова А.А., Cлепцов И.В.Rozhina S.M., Mestnikova A.A., Sleptsov I.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/933

В работе представлено хемотаксономическое исследование трех видов лиственниц: лиственница Каяндера (Larix cajanderi), лиственница сибирская (Larix sibirica) и лиственница Гмелина (Larix gmelinii). Изучены метаболомные профили, полученные методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором, различных органов (хвоя, кора и шишки) для выявления видовых особенностей на биохимическом уровне, а также их связи с экологическими условиями произрастания. Исследуемые образцы растений были собраны в однотипных условиях на территории Ботанического сада Института биологических проблем криолитозоны СО РАН. Анализ собранных образцов проводился методом метаболомного профайлинга с использованием газового хромато-масс-спектрометра (ГХ-МС). Результаты исследований показали, что L. gmelinii и L. cajanderi имеют близкие метаболические профили, рассчитанные методом главных компонент (PCA), что указывает на их близость на биохимическом уровне и может быть связано с аналогичными экологическими адаптациями в условиях Центральной Якутии. Напротив, L. sibirica формировала отдельный кластер, подтверждая свою идентичность и отличия в метаболическом профиле. Анализ метаболомов показал, что экологические факторы, такие как влажность, температура и условия почвы, оказывают более значительное влияние на химический состав хвои и коры указанных видов по сравнению с их таксономическими различиями. Полученные результаты подчеркивают важность учета экологических факторов при изучении систематики и дифференциации видов рода Larix, а также открывают новые пути для дальнейших исследований в области экологической биохимии хвойных древесных растений. Представленная работа может послужить основой для будущих исследований метаболомики и хемотаксономии в контексте адаптации растений к меняющимся экологическим условиям.

This paper presents a chemotaxonomic investigation of three larch species: Cajander larch (Larix cajanderi), Siberian larch (Larix sibirica), and Gmelin larch (Larix gmelinii). We examined the metabolomic profiles obtained through gas chromatography coupled with mass spectrometry detector of various plant organs, including needles, bark, and cones of Larix sibirica, Larix gmelinii, and Larix cajanderi. The objective of this study was to identify species-specific biochemical characteristics and their correlation with environmental growth conditions. Plant samples were collected under controlled conditions from the Botanical Garden of the Institute for Biological Problems of Cryolithozone SB RAS. The results of our study indicate that L. gmelinii and L. cajanderi share similar metabolic profiles, as revealed by principal component analysis (PCA). This finding suggests a biochemical similarity between the two species, which may reflect their related ecological adaptations to the environmental conditions of Central Yakutia. In contrast, Larix sibirica was observed to form a distinct cluster, thereby confirming its unique identity and differences in metabolic profile. The metabolomic analysis indicated that environmental factors, including soil conditions, humidity, and temperature, have a more pronounced impact on the chemical composition of the needles and bark of these species than their taxonomic distinctions. These results highlight the importance of considering environmental factors when investigating the taxonomy and differentiation of Larix species. Furthermore, this research opens new avenues for further exploration in the field of environmental biochemistry concerning coniferous woody plants. This study may serve as a foundational reference for future investigations into metabolomics and chemotaxonomy in relation to plant adaptation to changing environmental conditions.

лиственницаметаболомный анализLarixхемотаксономиягазовая хроматографияхимический составlarchmetabolomic analysisLarixchemotaxonomygas chromatographychemical compositionРабота выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № 0297–2021-0025, рег. № АААА-А21-121012190035–9) и с применением оборудования ЦКП ФИЦ «ЯНЦ СО РАН» (грант № 13.ЦКП.21.0016).This study was conducted within the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (theme No. 0297–2021-0025, reg. No. AAAA-A21-121012190035–9), using scientific equipment provided by the Core Shared Research Facilities of the Federal Research Centre “The Yakut Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences” (grant No. 13.SCF.21.0016).ReferencesЛесной фонд России. Справочник. Книга для Лесного фонда Российской Федерации / Всероссийский научно-информационный центр лесных исследований Федеральной службы леса. М.: Рослесхоз; 1999. 280 с.Forest Fund of Russia. Handbook. Book for the Forest Fund of the Russian Federation / All-Russian Scientific and Information Center for Forest Research of the Federal Forestry Service. Moscow: Rosleskhoz Publ.; 1999. 280 p. (In Russ.)Сукачев В.Н. О двух новых ценных для лесного хозяйства древесных породах. Труды и исследования по лесничему хозяйству и лесной промышленности. 1931;(10):1–20.Sukachev V.N. On two new valuable tree species for forestry. Trudy i issledovaniya po lesnichemu khozyaystvu i lesnoy promyshlennosti = Works and research on forestry and forest industry. 1931;(10):1-20. (In Russ.)Колесников Б.П. К систематике и истории развития лиственниц секции Pauciseriales Patshke. В кн.: Комаров В.Л. (ред.) Материалы по истории флоры и растительности СССР. М.–Л.: Изд-во Акад. наук СССР; 1946. С. 21–86.Kolesnikov B.P. On the systematics and development history of larches of the Pauciseriales Patshke section. In: Komarov V.L. (ed.) Materials on the history of flora and vegetation of the USSR. Moscow–Leningrad: Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1946, pp. 21–86. (In Russ.)Коропачинский И.Ю. Голосеменные, Гречиховые, Камнеломковые, Бобовые, Рутовые, Крушиновые-Лоховые, Ворсянковые, Вьюнковые, Вербеновые. В кн.: Сосудистые растения советского Дальнего Востока = Plantae vasculares orientis extremi sovietici. Том. 4. Л.: Наука; 1989. С. 9–25.Koropachinsky I.Yu. Gymnosperms, Buckwheat, Saxifrage, Legumes, Rutaceae, Buckthorn-Fleecy, Villus, Convolvulus, Verbena. In: Vascular plants of the Soviet Far East = Plantae vasculares orientis extremi sovietici. Volume 4. Leningrad: Nauka; 1989, pp. 9–25. (In Russ.)Коропачинский И.Ю., Встовская Т.Н. Древесные растения азиатской России. Новосибирск: Изд-во СО РАН фил. «Гео»; 2002. 706 с.Koropachinsky I.Yu., Vstovskaya T.N. Woody plants of Asian Russia. Novosibirsk: Publishing House of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, “Geo”; 2002. 706 p. (In Russ.)Бобров Е.Г. Лесообразующие хвойные СССР. Л.: Наука; 1978. 189 с.Bobrov E.G. Forest-forming conifers of the USSR. Leningrad: Nauka; 1978. 189 p. (In Russ.)Farjon A. World checklist and bibliography of conifers. Kew: Royal Botanic Gardens; 2001. 309 р.Farjon A. World checklist and bibliography of conifers. Kew: Royal Botanic Gardens; 2001. 309 р.Farjon A. A bibliography of conifers: selected literature on taxonomy and related disciplines of the Coniferales. Kew: Royal Botanic Gardens; 2005. 218 р.Farjon A. A bibliography of conifers: selected literature on taxonomy and related disciplines of the Coniferales. Kew: Royal Botanic Gardens; 2005. 218 р.Govaerts R., Farjon A. World Checklist of Pinaceae. Kew: Royal Botanic Gardens; 2010.Govaerts R., Farjon A. World Checklist of Pinaceae. Kew: Royal Botanic Gardens; 2010.Farjon A., Filler D. An atlas of the world’s conifers: an analysis of their distribution, biogeography, diversity and conservation status. Leiden, Boston: Brill; 2013. 524 р.Farjon A., Filler D. An atlas of the world’s conifers: an analysis of their distribution, biogeography, diversity and conservation status. Leiden, Boston: Brill; 2013. 524 р.Christensen K.I. Coniferopsida. In: Jonsell B. (ed.) Flora Nordica, vol. 1. The Bergius Foundation, Stockholm; 2000, pp. 91–115.Christensen K.I. Coniferopsida. In: Jonsell B. (ed.) Flora Nordica, vol. 1. The Bergius Foundation, Stockholm; 2000, pp. 91–115.World Checklist Of Selected Plant Families. Kew: Royal Botanic Gardens. 2018.World Checklist Of Selected Plant Families. Kew: Royal Botanic Gardens. 2018.Ветрова В.П., Синельникова Н.В., Барченков А.П. Изменчивость и дифференциация Larix cajanderi, L. dahurica и L. sibirica по форме семенных чешуй шишек. Turczaninowia. 2018;21(2):86–100. https://doi.org/10.14258/turczaninowia.21.2.10Vetrova V.P., Sinelnikova N.V., Barchenkov A.P. Variability and differentiation of Larix cajanderi, L. dahurica and L. sibirica on shape of cone scales. Turczaninowia. 2018;21(2):86–100. (In Russ.) https://doi.org/10.14258/turczaninowia.21.2.10Koropachinskii I.Y., Milyutin L.I. Botanical-geographical and forestry aspects of introgressive hybridization of the Gmelin’s larch (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) and Cajander larch (L. cajanderi Mayr). Contemporary Problems of Ecology. 2011;4:167–177. https://doi.org/10.1134/S1995425511020081Koropachinskii I.Y., Milyutin L.I. Botanical-geographical and forestry aspects of introgressive hybridization of the Gmelin’s larch (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) and Cajander larch (L. cajanderi Mayr). Contemporary Problems of Ecology. 2011;4:167–177. https://doi.org/10.1134/S1995425511020081Орлова Л.В. Конспект дикорастущих и некоторых интродуцированных видов рода Larix Mill. (Pinaceae) флоры Восточной Европы. Новости систематики высших растений. 2011;43:5–18.Orlova L.V. The synopsis of wild and some introduced species of the genus Larix Mill. (Pinaceae) in the flora of the East Europe. Novitates Systematicae Plantarum Vascularium. 2011;43:5–18. (In Russ.)Абаимов А.П., Коропачинский И.Ю. Лиственницы Гмелина и Каяндера. Новосибирск: Наука; 1984. 121 с.Abaimov A.P., Koropachinsky I.Yu. Larix gmelinii and Larix cajanderi. Novosibirsk: Nauka; 1984. 121 p. (In Russ.)Барченков А.П., Милютин Л.И. Изменчивость генеративных органов лиственниц Гмелина и Каяндера в Восточной Сибири. Хвойные бореальной зоны. 2008;25(1–2):37–43.Barchenkov A.P., Milyutin L.I. Variability of generative organs of Gmelin and Cajander larches in Eastern Siberia. Conifers of the Boreal Zone. 2008;25(1-2):37–43. (In Russ.)Abaimov A.P., Milyutin L.I., Lesinski J.A., Martinsson О. Variability and ecology of Siberian larch species. 1998. 123 p.Abaimov A.P., Milyutin L.I., Lesinski J.A., Martinsson О. Variability and ecology of Siberian larch species. 1998. 123 p.Semerikov V.L., Zhang H., Sun M., Lascoux M. Conflicting phylogenies of Larix (Pinaceae) based on cytoplasmic and nuclear DNA. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2003;27(2):173–184.Semerikov V.L., Zhang H., Sun M., Lascoux M. Conflicting phylogenies of Larix (Pinaceae) based on cytoplasmic and nuclear DNA. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2003;27(2):173–184.Kozyrenko M.M., Artyukova E.V., Reunova G.D., et al. Genetic diversity and relationships among Siberian and Far Eastern larches inferred from RAPD analysis. Russian Journal of Genetics. 2004;(40):401–409.Kozyrenko M.M., Artyukova E.V., Reunova G.D., et al. Genetic diversity and relationships among Siberian and Far Eastern larches inferred from RAPD analysis. Russian Journal of Genetics. 2004;(40):401–409.Семериков В.Л., Полежаева М.А. Структура изменчивости митохондриальной ДНК лиственниц Восточной Сибири и Дальнего Востока. Генетика. 2007;43(6):782–789.Semerikov V.L., Polezhaeva M.A. Structure of mitochondrial DNA variability of larches in Eastern Siberia and the Far East. Genetics. 2007;43(6):782–789. (In Russ.)Polezhaeva M.A., Lascoux M., Semerikov V.L. Cytoplasmic DNA variation and biogeography of Larix Mill. in Northeast Asia. Molecular Ecology. 2010;19(6):1239–1252.Polezhaeva M.A., Lascoux M., Semerikov V.L. Cytoplasmic DNA variation and biogeography of Larix Mill. in Northeast Asia. Molecular Ecology. 2010;19(6):1239–1252.Ларионова А.Я., Орешкова Н.В. Генетический полиморфизм лиственниц. Изоэнзимный полиморфизм. В кн.: Ефремов С.П., Милютин Л.И. (ред.) Биоразнообразие лиственниц Азиатской России. Новосибирск: ГЕО; 2010. С. 51–71.Larionova A.Ya., Oreshkova N.V. Genetic polymorphism of larches. Isoenzyme polymorphism. In: Efremov S.P., Milutin L.I. (eds.) Larch biodiversity of Asian Russia. Novosibirsk: GEO; 2010, pp. 51–71. (In Russ.)Oreshkova N.V., Vetrova V.P., Sinelnikova N.V. Genetic and phenotypic diversity of Larix cajanderi Mayr in the north of the Russian Far East. Contemporary Problems of Ecology. 2015;(8):9–20.Oreshkova N.V., Vetrova V.P., Sinelnikova N.V. Genetic and phenotypic diversity of Larix cajanderi Mayr in the north of the Russian Far East. Contemporary Problems of Ecology. 2015;(8):9–20.Синельникова Н.В., Пахомов М.Н. Морфологическая изменчивость лиственницы Каяндера (Larix cajanderi Mayr) в Оротукской котловине (долина р. Колыма). Turczaninowia. 2011;14(3):62–68.Sinelnikova N.V., Pakhomov M.N. Morphological variability of Cajander larch (Larix cajanderi Mayr) in the Orotuk basin (Kolyma river valley). Turczaninowia. 2011;14(3):62–68. (In Russ.)Журавлев Ю.Н., Козыренко М.М., Васюткина Е.А. и др. ДНК-полиморфизм. В кн.: Ефремов С.П., Милютин Л.И. (ред.) Биоразнообразие лиственниц Азиатской России. Новосибирск: ГЕО; 2010. С. 72–91.Zhuravlev Yu.N., Kozyrenko M.M., Vasyutkina E.A., et al. DNA polymorphism. In: Efremov S.P., Milutin L.I. (eds.) Biodiversity of larches of Asian Russia. Novosibirsk: GEO; 2010, pp. 72–91. (In Russ.)Максимов Т.Х. Круговорот углерода в лиственничных лесах якутского сектора криолитозоны: Дис. … докт. биол. наук. Красноярск; 2007. 88 с.Maksimov T.Kh. Carbon cycle in larch forests of the Yakut sector of the cryolithozone: Diss. … Doct. Sci, Krasnoyarsk; 2007. 88 p. (In Russ.)Петрова Н.В., Сазанова К.В., Медведева Н.А., Шаварда А.Л. Особенности метаболомного профиля на разных стадиях онтогенеза Prunella vulgaris (Lamiaceae) при выращивании в климатической камере. Химия растительного сырья. 2018;(3):139–147. https://doi.org/10.14258/jcprm.2018033798.Petrova N.V., Sazanova K.V., Medvedeva N.A., Shavarda A.L. Metabolomic profile at the different stages of Prunella vulgaris (Lamiaceae) ontogenesis at growing in the climate chamber. Khimiya Rastitelnogo Syrya. 2018;(3):139–147. https://doi.org/10.14258/jcprm.2018033798. (In Russ.)Goryachkina O.V., Badaeva E.D. Muratova E.N., Zelenin A.V. Molecular cytogenetic analysis of Siberian Larix species by fluorescence in situ hybridization. Plant Systematics and Evolution. 2013;299:471–479. (In Russ.) https://doi.org/10.1007/s00606-012-0737-y.Goryachkina O.V., Badaeva E.D. Muratova E.N., Zelenin A.V. Molecular cytogenetic analysis of Siberian Larix species by fluorescence in situ hybridization. Plant Systematics and Evolution. 2013;299:471–479. (In Russ.) https://doi.org/10.1007/s00606-012-0737-y.Сукачев В.Н. К истории развития лиственниц. Лесное дело. М.–Л.;1924. С. 12–44.Sukachev V.N. On the development history of larches. Forestry. Moscow-Leningrad;1924, pp. 12-44. (In Russ.)Дылис Н.В. Лиственница Восточной Сибири и Дальнего Востока. М.: Издательство Академии наук СССР; 1961. 210 с.Dylis N.V. Larch of Siberia and the Far East. Moscow: Publishing House of the USSR Academy of Sciences; 1961. 210 p. (In Russ.)Бобров Е.Г. История и систематика лиственниц. Л.: Наука; 1972. 96 с.Bobrov E.G. History and systematics of larches. Leningrad: Nauka; 1972. 96 p. (In Russ.)Слепцов И.В., Рожина С.М. Эколого-географические особенности накопления метаболитов в хвое Larix cajanderi на территории Якутии Химия растительного сырья. 2021;(2):275-280. https://doi.org/10.14258/jcprm.2021028322Sleptsov I.V., Rozhina S.M. Ecological and geographical features of the accumulation of metabolite in the needles of Larix cajanderi in the territory of Yakutia. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya. 2021;(2):275–280. (In Russ.) https://doi.org/10.14258/jcprm.2021028322

The authors declare that there are no conflicts of interest present.