Хемотаксономические исследования деревьев рода Larix на территории Центральной Якутии

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.

1. Лесной фонд России. Справочник. Книга для Лесного фонда Российской Федерации / Всероссийский научно-информационный центр лесных исследований Федеральной службы леса. М.: Рослесхоз; 1999. 280 с.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Коропачинский И.Ю., Встовская Т.Н. Древесные растения азиатской России. Новосибирск: Изд-во СО РАН фил. «Гео»; 2002. 706 с.

6. Бобров Е.Г. Лесообразующие хвойные СССР. Л.: Наука; 1978. 189 с.

7. Farjon A. World checklist and bibliography of conifers. Kew: Royal Botanic Gardens; 2001. 309 р.

8. Farjon A. A bibliography of conifers: selected literature on taxonomy and related disciplines of the Coniferales. Kew: Royal Botanic Gardens; 2005. 218 р.

9. Govaerts R., Farjon A. World Checklist of Pinaceae. Kew: Royal Botanic Gardens; 2010.

10. 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.

11. Christensen K.I. Coniferopsida. In: Jonsell B. (ed.) Flora Nordica, vol. 1. The Bergius Foundation, Stockholm; 2000, pp. 91–115.

12. World Checklist Of Selected Plant Families. Kew: Royal Botanic Gardens. 2018.

13. 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.21.2.10

14. Koropachinskii 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/S1995425511020081

15. Орлова Л.В. Конспект дикорастущих и некоторых интродуцированных видов рода Larix Mill. (Pinaceae) флоры Восточной Европы. Новости систематики высших растений. 2011;43:5–18.

16. Абаимов А.П., Коропачинский И.Ю. Лиственницы Гмелина и Каяндера. Новосибирск: Наука; 1984. 121 с.

17. 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.

18. Abaimov A.P., Milyutin L.I., Lesinski J.A., Martinsson О. Variability and ecology of Siberian larch species. 1998. 123 p.

19. 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.

20. 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.

21. Семериков В.Л., Полежаева М.А. Структура изменчивости митохондриальной ДНК лиственниц Восточной Сибири и Дальнего Востока. Генетика. 2007;43(6):782–789.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. Максимов Т.Х. Круговорот углерода в лиственничных лесах якутского сектора криолитозоны: Дис. … докт. биол. наук. Красноярск; 2007. 88 с.

28. 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.

29. 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.

30. Сукачев В.Н. К истории развития лиственниц. Лесное дело. М.–Л.;1924. С. 12–44.

31. Дылис Н.В. Лиственница Восточной Сибири и Дальнего Востока. М.: Издательство Академии наук СССР; 1961. 210 с.

32. Бобров Е.Г. История и систематика лиственниц. Л.: Наука; 1972. 96 с.

33. 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.2021028322