ИСТИНА

Разнообразие живых организмов представляет собой результат эволюционного процесса, который в свою очередь способствует выживанию наиболее приспособленных форм и сохранению определенных генотипов в череде поколений. Большинство эволюционных адаптаций в той или иной степени связаны с репродукцией. У цветковых (покрытосеменных) растений репродуктивный успех является следствием эволюции репродуктивных структур (цветков, соцветий, плодов и семян), способов опыления и распространения плодов и семян. Исследования в области репродуктивной биологии - одна из наиболее актуальных областей современной биологии растений. Предлагаемый проект направлен на изучение репродуктивной биологии растений на примере видов самого большого рода в отделе покрытосеменных – астрагала (Astragalus), произрастающего на территории Ирана и России. В составе этого рода насчитывают до 3000 видов, в Иране произрастает около 850 видов, в России и сопредельных странах – около 900. Многие виды являются эндемиками или нуждаются в специальных охранных мерах, велико разнообразие жизненных форм. В рамках проекта планируется изучить признаки продуктивности и их изменчивость, строение и онтогенез репродуктивных структур, репродуктивный успех в филогенетическом контексте, а также в связи с длительностью жизненного цикла (однолетний или многолетний) и размером генома. С помощью ДНК-маркеров на основе ПЦР будет оценен уровень полиморфизма в природных популяциях для определения преобладающего способа воспроизводства. Полученные результаты помогут понять основные направления эволюции репродуктивной стратегии в изучаемой группе и у покрытосеменных в целом, а также будут иметь большое значение для сохранения редких видов.

Diversity of living organisms comprises the result of evolutionary process, which in its turn promotes the survival of the fittest forms and conservation of certain genotypes through numerous generations. Most of evolutionary adaptations are connected with reproduction in a certain degree. In flowering plants (angiosperms), the reproductive success is a consequence of evolution of generative structures (such as flowers, inflorescences, fruits, and seeds), strategies of pollination and dispersal of fruits/seeds. Studies in reproductive biology are among the frontiers of contemporary plant science. The suggested project is aimed at reproductive biology of plants exemplified with species of the largest angiosperm genus, Astragalus, inhabiting territories of both Russia and Iran. This genus includes up to 3000 species, ca. 850 of them are growing in Iran and ca. 900 in Russia and neighboring countries. Many of species are endemic and deserve special conservation and protection. The variability of life forms of Astragalus is also high. When working on the project, we are planning to investigate features of productivity and their variation, morphology and ontogeny of reproductive structures, as well as reproductive success, in phylogenetic context and in connection with duration of life cycle (annual or perennial) and genome size. Using PCR-based DNA markers, the degree polymorphism in natural populations of Astragalus spp. will be evaluated to estimate the prevailing strategy of reproduction. The obtained results will enable to trace the main pathways of reproductive strategy in studied group and angiosperms. These data will be also of significant value for conservation of endangered species.

К концу первого года реализации проекта планируется получить следующие результаты. 1. Будет собран материал для детального морфологического анализа (цветки, соцветия, апексы побегов с развивающимися репродуктивными структурами), установления размера генома (семена) и изучения внутрипопуляционного полиморфизма (листья, семена). Планируется собрать материал как минимум по основным видам астрагалов европейской части России (Центральный и Южный федеральный округа). 2. Будут оптимизированы условия ПЦР для исследования внутрипопуляционного полиморфизма с использованием различных ДНК-маркеров. По итогам будет однозначно сделан вывод о том, какие маркеры обладают наибольшей воспроизводимостью и могут быть использованы в дальнейшей работе. 3. Будет проведено исследование морфологии репродуктивных структур и их количественных признаков (размер цветка, число семязачатков и пр.) у части собранных видов для последующего включения в сравнение.

Участники проекта имеют опыт изучения структуры и онтогенеза цветков и соцветий различных Бобовых, отраженный в публикациях руководителя проекта. Ранее проведена характеристика ряда аспектов строения соцветий у трибы Виковых (Fabeae), полученные результаты сопоставлены с имеющейся системой трибы и сделаны выводы о путях эволюции соцветий в группе. Ранее получены данные о генетической регуляции признаков цветка и соцветия на примере модельного объекта - гороха посевного. Отработана методика изучения репродуктивных характеристик у Виковых – размера цветка, числа семязачатков и пыльцевых зёрен в цветке, структуры соцветия и нек. др. Оптимизирована и успешно применена к видам трибы Виковых методика определения размера генома методом проточной цитофлуориметрии. Имеется многолетний опыт оценки ДНК-полиморфизма генотипов бобовых (на примере гороха посевного). Разработаны алгоритмы генотипирования сортов и линий с использованием молекулярных маркеров различных типов. У А.К. Сытина есть многолетний опыт исследований систематики и изменчивости астрагалов Восточной Европы и Кавказа, обобщённый в виде более чем 100 научных публикаций и диссертации на соискание учёной степени доктора биологических наук, а также участия в монографии «A taxonomic revision of the genus Astragalus L. (Leguminosae) in the Old World». Получены приоритетные данные относительно систематики астрагалов, путей их распространения в Восточной Европе и на Кавказе. Основное внимание было уделено однолетним видам рода, описан ряд новых видов. Охарактеризовано разнообразие архитектурных моделей у однолетних астрагалов. Собрана обширная коллекция материала (гербарные образцы, фиксированные цветки и соцветия на разных стадиях) по европейским и кавказским видам. Полученные на предыдущих этапах работы российскими исполнителями результаты являются оригинальными, отражены в виде публикаций в рецензируемых журналах - как российских, так и зарубежных.

По итогам реализации проекта планируется получить следующие результаты. 1. Будет изучен ход морфогенеза цветка и соцветия у ряда модельных видов, по возможности относящихся к разным секциям рода. Полученные данные могут быть использованы для дальнейшей детализации системы Astragalus. 2. Будут описаны параметры, характеризующие репродуктивную стратегию у астрагалов: количество и размер цветков в соцветии, количество пыльцевых зерен и семязачатков в цветке, P/O ratio, число сформированных бобов и их выполненность. Будут проведены статистическая обработка данных и сопоставление их как с системой рода, так и с результатами, полученными ранее в отношении других триб семейства. 3. Для ряда видов рода будет установлен размер гаплоидного генома (C-value) и оценена корреляция между ним и такими показателями, как длительность жизненного цикла (однолетник или многолетник) и количественные признаки репродуктивной сферы. 4. Будет описана структура андроцея и нектарников у представителей Astragalus и ряда родов, относящихся к той же группе (Клада, лишённая обращённого повтора хлоропластной ДНК: IRLC) – Lathyrus, Cicer, Galega, Glycyrrhiza и др. Это позволит охарактеризовать признаки андроцея и нектарников астрагалов в филогенетическом контексте. 5. С использованием ДНК-маркеров будет описан молекулярно-генетический полиморфизм в природных популяциях астрагалов, характеризующий стратегию опыления. 6. Полученные данные будут обобщены в филогенетическом контексте с учётом имеющихся (и, отчасти, полученных в ходе проекта) представлений о систематике рода. В результате будут, с одной стороны, охарактеризованы эволюционные тенденции формирования репродуктивных адаптаций в роде Astragalus и, с другой стороны, предложены меры по сохранению редких и угрожаемых видов. Планируемые результаты также могут иметь значение для планирования селекционных программ в отношении различных Бобовых - в том числе астрагалов, часть которых рассматривают как перспективные кормовые и лекарственные растения.