ФЕНОТИПІЧНА ПЛАСТИЧНІСТЬ ТRIFOLIUM REPENS L. ЯК ІНФОРМАТИВНА ІНДИКАТОРНА ОЗНАКА ЕКОФІТОМОНІТОРИНГУ
DOI:
https://doi.org/10.58407/bht.2.24.5Ключові слова:
референтні види, полімофізм популяцій, фенотип, «сіра пляма», генетичний поліморфізм, індекс частоти трапляння фенів, множинний алелізмАнотація
Мета роботи. Порівняльний аналіз внутрішньо- і міжпопуляційної мінливості локальних популяцій Trifolium repens за малюнком «сивої» плями на листку рослин у різних екологічних умовах.
Методологія досліджень базувалася на камеральних та польових дослідженнях, матеріали зібрано із використанням геоботанічних методів. Аналіз генетичного поліморфізму та індивідуальної мінливості проводили за загальноприйнятими методиками.
Наукова новизна. Здійснено аналіз поліморфізму популяцій Т. repens у різнофункціональних зонах урбоекосистеми. Встановлено морфогенетичну однорідність, з переважанням фенотипів О, А та С у природних популяціях. Індукована середовищем фенотипічна пластичність може бути критичним компонентом реакції на зміну середовища. Механізм збереження поліморфізму в урбосередовищі обумовлений адаптивними ефектами наддомінування, коли в популяції зберігаються різні алелі завдяки балансуючому добору, що сприяє гетерозиготності. Територіям із високим антропогенним навантаженням властива така різноманітність фенотипів: АН та ВНС. У селитебних зонах переважає фенотип ВН, а в індустріальних – ВНС, що може слугувати індикаційною ознакою.
Виявлені відмінності в біомасі стебел та листків у різних екосистемах: агрокультурні та девастовані зони мають найбільшу біомасу, а лучна екосистема вирізняється найбільшими значеннями висоти квітконоса та черешка біомаси стебел та листків, але найменшою кількістю листків. Зменшення діаметра, маси суцвіття та кількості квіток в суцвітті є неспецифічною реакцією на антропогенний вплив, з максимальним відхиленням стійкості розвитку конюшини в зоні витоптування.
Висновки. Досліджено поліморфізм популяцій T. repens методом кількісного підрахунку неоднорідності популяцій за наявністю та різноманіттям «сивої» плями на листках. Проаналізовано форму малюнка, частоту появу фенотипів, відзначено наявність рослин з унікальними фенотипами (малюнок іншого кольору, листки з 4 і більше листочками). Встановлено відмінність за частотою трапляння генотипів у різнофункціональних зонах, відмічена залежність ступеня гетерогенності популяцій від віку та виду антропогенного навантаження. Виявлено 10 фенотипічних класів, мінімальна кількість різноманітних фенів склала – 4, що вказує на різний ступінь морфогенетичного поліморфізму.
Завантаження
Посилання
Antosiewicz, D. M. (2000). Adaptation of plants to an environment polluted with heavy metals Biol. Plant., 6(2), 599-601. https://doi.org/10.5586/asbp.1992.026
Caradus, J. R., Hay, M. J., Mackay, A. D., et al. (1993). Variation within white clover (Trifolium repens L.) for phenotypic plasticity of morphological and yield related characters, induced by phosphorus supply. New Phytologist, 123(1), 175-184. https://www.jstor.org/stable/2557783
Cooper, H. F, Grady, K. C, Cowan, J. A. et al. (2019). Genotypic variation in phenological plasticity: Reciprocal common gardens reveal adaptive responses to warmer springs but not to fall frost. Glob. Change Biol., 25(1),187-200. https://doi.org/10.1111/gcb.14494
Cortijo, S., Wardenaar, R., Colomé-Tatché, M., et al. (2014). Mapping the epigenetic basis of complex traits. Science, 343(6175), 1145-8. https://doi.org/10.1126/science.1248127
Cubas, P., Vincent, C., & Coen, E. (1999). An epigenetic mutation responsible for natural variation in floral symmetry. Nature, 401(6749), 157-61. https://doi.org/10.1038/43657
David, L., Matt, G., & Sanderson, A. (2001). Molecular Analysis of White Clover Population Structure in Grazed Swards during Two Growing Seasons. Crop Science, 41(4), 1143-1149. https://doi.org/10.2135/cropsci2001.4141143x
Dubin, M. J., Zhang, P., Meng, D. et al. (2015). DNA methylation in Arabidopsis has a genetic basis and shows evidence of local adaptation. Elife, 4:e05255. https://doi.org/10.7554/eLife.05255
Gao, L., Geng, Y., Li, B., Chen, J., & Yang, J. (2010). Genome-wide DNA methylation alterations of Alternanthera philoxeroides in natural and manipulated habitats: Implications for epigenetic regulation of rapid responses to environmental fluctuation and phenotypic variation. Plant Cell Environ., 33(11), 1820-1827. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2010.02186.
Han, S. S., Sun, H. J., Eun, C. H. et al. (2022). Morphological classification and molecular marker development of white clover (Trifolium repens L.) parents and hybrids. Plant Biotechnol. Rep., 16, 721–728. https://doi.org/10.1007/s11816-022-00803-8
Helgadottir, A., Dalmannsdottir, S., & Collins, R. P. (2001). Adaptational Changes in White Clover Populations Selected Under Marginal Conditions. Annals of Botany, 88 (Special Issue), 771-780. https://doi.org/10.1093/annbot/88.suppl_1.771
Herrera, C. M., & Bazaga, P. (2011). Untangling individual variation in natural populations: ecological, genetic and epigenetic correlates of long-term inequality in herbivory. Mol. Ecol., 20(8), 1675-88. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2011.05026.x
Hirano, R. (2005). Ecogeographic and genetic survey of white clover (Trifolium repens L.) on St. Kilda. School of Biosciences University of Birmingham. Birmingham, UK 9. 26-78.
Ibañez, V. N., Masuelli, R. W., & Marfil, C. F. (2021). Environmentally induced phenotypic plasticity and DNA methylation changes in a wild potato growing in two contrasting Andean experimental gardens. Heredity, 126, 50–62. https://doi.org/10.1038/s41437-020-00355-z
IPCC (2014). Climate Change 2014: Synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, In: Core Writing Team, R.K. Pachauri, L.A. Meyer (eds). IPCC, Geneva, Switzerland.
Kelly, M., (2019). Adaptation to climate change through genetic accommodation and assimilation of plastic phenotypes. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci., 8, 374(1768), 20180176. https://doi.org/10.1098/rstb.2018.0176
Kooke, R. F., Wardenaar, R., Becker, F., et al. (2015). Epigenetic basis of morphological variation and phenotypic plasticity in Arabidopsis thaliana. Plant Cell., 27(2), 337-48. https://doi.org/10.1105/tpc.114.133025
Kryzhanovska, M. M., Golub, N. Ya., Prokopiak, M. Z., & Goliney, G. M. (2021). Study of intrapopulation polymorphism of Trifolium repens L. Lanivtsi city under conditions of anthropogenic load of different intensity. Factors of experimental evolution of organisms, 29, 185-190. https://doi.org/10.7124/FEEO.v29.1429 (in Ukrainian)
Крижановська М. М., Голуб Н. Я., Прокоп’як М. З., Голіней Г. М. Вивчення внутрішньопопуляційного поліморфізму Trifolium repens L. м. Ланівці в умовах антропогенного навантаження різної інтенсивності. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2021. Т. 29. С. 185-190. DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v29.1429
Lira-Madeiros, C. F., Parisod, C., Fernandes, R. A. et al. (2010). Epigenetic variation in mangrove plants occurring in contrasting natural environment. PLoS ONE, 5(4), e10326 1-8. https://doi.org/10.1371
Ma, S., Han, C., Zhou, J. et.al. (2020). Fingerprint identification of white clover cultivars based on SSR molecular markers Molecular Biology Reports, 47(11), 1-9. https://doi.org/10.1007/s11033-020-05893-7
Marfil, C. F., Asurmendi, S., & Masuelli, R.W. (2012). Changes in micro RNA expression in a wild tuber-bearing Solanum species induced by 5-Azacytidine treatment. Plant Cell. Rep., 31(8), 1449-61. https://doi.org/10.1007/s00299-012-1260-x
Marfil, C. F., Camadro, E. L., & Masuelli, R. W. (2009). Phenotypic instability and epigenetic variability in a diploid potato of hybrid origin, Solanum ruiz-lealii. BMC Plant Biol., 9(21), 1-16. https://doi.org/10.1186/1471-2229-9-21
Medrano, M., Herrera, C. M., & Bazaga, P. (2014). Epigenetic variation predicts regional and local intraspecific functional diversity in a perennial herb. Mol. Ecol., 23(20),4926-38. https://doi.org/10.1111/mec.12911
Morozova, T. V. (2020). Aspects of environmental monitoring. Kyiv (in Ukrainian)
Морозова Т. В. Аспекти екологічного моніторингу. Київ, 2020. 380 с.
Nicotra, A. B, Atkin, O. K, Bonser, S. P. et al. (2010). Plant phenotypic plasticity in a changing climate. Trends plant Sci., 15(12), 684-92. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2010.09.008
Nicotra, A. B., Segal, D. L., Hoyle, G. L. et al. (2015). Adaptive plasticity and epigenetic variation in response to warming in an Alpine plant. Ecol. Evolution., 5(3), 634-47. https://doi.org/10.1002/ece3.1329
Richards, C. L., Alonso, C., Becker, C. et al. (2017). Ecological plant epigenetics: Evidence from model and non-model species, and the way forward. Ecol. Lett., 20(12), 1576-1590. https://doi.org/10.1111/ele.12858
Richards, E. J. (2006). Inherited epigenetic variation revisiting soft inheritance. Nat. Rev. Genet., 7(5), 395-401. https://doi.org/10.1038/nrg1834
Sokolova, G. G., & Borodulina, I. D. (2018). Polymorphism in populations of white clover Ukrainian Journal of Ecology, 8(4), 375-378. http://surl.li/svfay
Tashiro, R. M., Han, Y., Monteros, M. J., Bouton, J. H., & Parrott, W. A. (2010). Leaf Trait Coloration in White Clover and Molecular Mapping of the Red Midrib and Leaflet Number Traits. Grop. Science, 50(4), 1260-1268. https://doi.org/10.2135/cropsci2009.08.0457
Verhoeven, K. J. F., Jansen, J. J., van Dijk, P. J., & Biere, A. (2010). Stress-induced DNA methylation changes and their heritability in asexual dandelions. N. Phytologist, 185(4), 1108-18. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2009.03121.x.
Verhoeven, K. J. F., Von Holdt, B. M., & Sork, V. L. (2016). Epigenetics in ecology and evolution: what we know and what we need to know. Mol. Ecol., 25(8), 1631-8. https://doi.org/10.1111/mec.13617
Welham, C., Turkington, R., & Sayre, C. (2002). Morphological plasticity of white clover Ancestors of white clover (Trifolium repens L.) in response to spatial and temporal resource heterogeneity. Oecologia, 130(2), 231-238. https://doi.org/10.1007/s004420100791
Zhang, Y. Y., Fischer, M., Colot, V., & Bossdorf, O. (2013). Epigenetic variation creates potential for evolution of plant phenotypic plasticity. N. Phytologist, 197(1), 314-322. https://doi.org/10.1111/nph.12010
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Тетяна Морозова
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
