Проекты

Краткое описание

Цель проекта - определить влияние межвидовой гибридизации на сохранность и генофонд охраняемых видов растений на примере представителей рода прострел (Pulsatilla Mill.).
Межвидовая гибридизация у растений распространена очень широко. В эти процессы включаются и виды, занесенные в Красные книги. Судьба межвидовых гибридов и их роль в природе различна. В одних случаях гибриды частично плодовиты и способны скрещиваться с одним или обоими из родительских видов. В других – гибриды стерильны, но обладают высоким потенциалом вегетативного размножения, вытесняя родительские виды. Какой сценарий будет реализован в каждом конкретном случае, может зависеть не только от степени плодовитости гибридов, но и от различных дополнительных условий: размеры и возраст популяции, климатические условия, стадия развития биоценоза.
Влияние межвидовой гибридизации на численность и генетическую структуру популяций родительских видов практически не изучена. В частности, это связано с тем, что до настоящего времени не было надежных критериев верификации гибридных растений, которые не всегда обладают промежуточными морфологическими признаками. С другой стороны, отдельные признаки другого вида, фиксируемые у растения, не всегда являются свидетельством гибридизации, а лишь отражают внутривидовую изменчивость в соответствии с законом гомологических рядов Н.И. Вавилова.
Секвенирование ДНК нового поколения (NGS) – современный мощный инструмент для безошибочной идентификации межвидовых гибридов. Показано, что транскрибируемые спейсеры рибосомных генов (ITS) в геномах гибридов представлены копиями обоих родителей. Эти участки ДНК широко используются в исследованиях по молекулярной филогении растений и являются наиболее надежным маркером в работах по штрих-кодированию цветковых растений.
Pulsatilla vernalis и P. pratensis (Красная книга РФ) могут скрещиваться между собой, а также с P. patens (Красная книга Ленинградской области). Эти гибриды встречаются достаточно часто в местах совместного произрастания двух или трех видов и описаны как нотовиды P. x intermedia (P. vernalis x P. patens), P. x spuria (P. vernalis x P. pratensis) и P. x hackelii (P. pratensis x P. patens). Нотовид P. x intermedia - интрогрессивный гибрид, а два других в этом отношении не изучены. Отмечены также изолированные местонахождения гибридов и совместные находки гибрида с одним из родительских видов.
Планируется изучить не менее 24 популяций, как «чистых», так и смешанных, в Ленинградской обл. и Карелии.
Мы планируем также охарактеризовать каждую исследуемую популяцию, установив её численность, возрастную структуру, потенциал размножения и степень антропогенного воздействия на неё, описать окружающий фитоценоз.
Результатом работы будет ответ на вопрос о статусе межвидовых гибридов Pulsatilla: нужно ли их приравнять к охраняемым видам как потенциальных носителей генофонда, или же наоборот, они выступают в качестве фактора угрозы численности родительских видов за счет конкуренции с ними.

Цель

1. Определить влияние межвидовой гибридизации на сохранность и генофонд охраняемых видов растений на примере представителей рода прострел (Pulsatilla Mill.).

Задачи

1. Изучить в полевых условиях 24 локации охраняемых видов рода Pulsatilla, как «чистых» (видовых), где отмечен только один вид (17), так и смешанных, где отмечены два или три вида и их гибриды (7). Оценить относительное количество гибридных растений в 24 локациях морфологическими методами.
2. Проследить закономерности произрастания разных видов прострела и их гибридов в разных местообитаниях, выявить сходство и различие местообитаний, оценить частоту и вероятность совместного произрастания разных видов.
3. Оценить вероятность поглощения редких видов P. vernalis и P. pratensis более широко распространённым видом P. patens при их совместном произрастании.
4. Разработать и представить в профильные учреждения перечень конкретных рекомендаций по охране численности видов рода Pulsatilla и, возможно, их гибридов для существующих и планируемых к созданию ООПТ, а также местонахождений, не находящихся в настоящий момент под охраной.
5. Определить локальные популяции прострелов, численность которых находится в наиболее критическом состоянии для планирования последующих работ по восстановлению и поддержанию численности на стабильном уровне.
6. Основные выводы исследований представить в виде публикаций в рецензируемых научных журналах, докладах на научных и природоохранных конференциях, СМИ и социальных сетях.
7. Предоставить партнёрам проекта заметки о результатах полевых и лабораторных исследований для публикации на официальных сайтах и в социальных сетях.
8. Подготовить к сдачи в печать не менее двух статей в рецензируемых научных журналах и не менее одних тезисов на отечественные или международные конференции.
9. Оценить в лабораторных условиях относительное количество гибридных растений в 7 смешанных и 6 выбранных в ходе выполнения проекта "чистых" (видовых) локациях.
10. Организовать сбор материала для ДНК-анализа.
11. Провести мониторинг состояния видов рода Pulsatilla и их межвидовых гибридов в период цветения и плодоношения в 24 локациях.

Обоснование социальной значимости

Межвидовая гибридизация у растений распространена очень широко, до 25% видов являются межвидовыми гибридами. С одной стороны, гибридизация - это элемент видообразования и прогрессивной эволюции, но, с другой – она может способствовать поглощению редких видов более распространёнными. В эти процессы вовлечены и виды, занесённые в Красные книги федерального и регионального уровней. Судьба гибридов и их роль в природе могут быть различны. В ряде случаев гибриды частично плодовиты и скрещиваются с одним или обоими из родительских видов (интрогрессивная гибридизация), постепенно замещая родительские виды. Влияние межвидовой гибридизации на численность и генетическую структуру популяций родительских видов в мире изучена очень фрагментарно, в частности, потому, что до настоящего времени не было надёжных критериев идентификации гибридных растений, поскольку они не всегда обладают промежуточными морфологическими признаками (так называемые «криптогибриды»). Применение молекулярных методов позволяет обнаружить криптогибриды, и их выявление имеет большое значение для сохранения редких видов.
Иногда криптогибриды выявляются случайно, но чаще этому способствует массовый анализ образцов молекулярными методами, который стал более широко применяться в последние годы.
У ряда как зарубежных, так и отечественных исследователей сформировалось мнение, что процессы гибридизации и интрогрессии представляют опасность для редких видов.
Современные методы исследования, такие как секвенирование ДНК нового поколения (NGS), дают мощный инструмент для безошибочной идентификации межвидовых гибридов.
В качестве мероприятий по защите охраняемых видов всё чаще предпринимается интродукция/реинтродукция, т. е. перенос растений или семенного материала на участки, не затронутые хозяйственной деятельностью или восстановление численности локальных популяций, находящихся в критическом состоянии. Перед этим необходимо убедиться, что переносимые образцы не являются гибридами или криптогибридами.
Виды прострелов Pulsatilla vernalis и P. pratensis, занесённые в Красную книгу РФ, могут скрещиваться между собой, а также с P. patens, который занесён в Красную книгу Ленинградской области. Гибриды встречаются в местах совместного произрастания двух или трёх видов и описаны как нотовиды P.× intermedia (P. vernalis × P. patens), P. × spuria (P. vernalis × P. pratensis) и P. × hackelii (P. pratensis x P. patens). Нотовид P. × intermedia - интрогрессивный гибрид, а два других в этом плане не изучены. Известны также изолированные находки гибридов или гибрида и лишь одного родительского вида.
Все виды прострелов в Ленинградской обл. и Карелии приурочены в основном к возвышенным участкам в сосновых борах; их местообитания страдают от хозяйственной деятельности (вырубка леса, добыча песка и щебня) и рекреационной нагрузки.
В Ленинградской обл. все виды находятся на границе своих ареалов, что делает их ещё более уязвимыми. Известно не менее 7 локаций совместного произрастания двух и даже трёх видов прострелов, и в каждой отмечены гибриды. Как эти гибриды влияют на численность родительских видов - неизвестно. Изменения климата сдвигают границы ареалов видов; и в перспективе зона совместного произрастания их может расширяться, что приведёт к более частой межвидовой гибридизации.
Возрастной состав и жизненность популяций P. vernalis в Ленинградской обл. исследовались около 50 лет назад, а в Карелии данные параметры не изучались, также как и для P. pratensis и P. patens в Ленинградской обл. Кроме того, в связи с тем, что P. vernalis и P. pratensis в настоящее время не занесены в Красную книгу Ленинградской области, мониторинг состояния их локальных популяций на территории региона уполномоченными органами государственной власти не организуется.
В Ленинградской обл. локальные популяции всех видов прострелов за последние 50 лет стали гораздо малочисленнее, а многие из них исчезли, особенно в центральной и южной частях Карельского перешейка.
Все виды Pulsatilla и их гибриды – многолетние травянистые растения с высокими декоративными свойствами. Все они, безусловно, заслуживают введения в культуру как ранневесенние красивоцветущие растения.
Главным результатом работы по проекту будет ответ на вопрос о статусе межвидовых гибридов охраняемых видов Pulsatilla: нужно ли их приравнять к охраняемым видам как потенциальных носителей генофонда и разрабатывать мероприятия по охране, в том числе на законодательном уровне, или же наоборот, они выступают в качестве фактора угрозы численности родительских видов за счёт конкуренции с ними.
Планируемые комплексные исследования будут служить моделью для решения аналогичных задач, касающихся других охраняемых видов и в других регионов России.
Ссылки на исследования участников проекта и других отечественных и зарубежных исследователей приведены в прикрепленном файле с развёрнутым описанием проекта в разделе 3.1.

География проекта

Ленинградская область (Выборгский, Приозерский, Всеволожский, Кингисеппский, Лужский и Бокситогорский р-ны) и Республика Карелия (Лахденпохский район). ООПТ регионального значения Ленинградской области - «Болото Озёрное», «Гряда Вярямянселькя», «Кургальский», «Озеро Мелководное», «Ореховский», «Раковые озёра», «Шалово-Перечицкий», планируемые к созданию ООПТ «Барышевский оз», «Моторное – Заостровье», «Низовское болото», «Ямницкая Чисть».

Объекты природы и (или) люди,
для которых будет реализован проект

1. Локальные популяции охраняемых видов прострелов: P. vernalis (Красная книга РФ - категория статуса редкости 1, Красная книга Республики Карелия), P. pratensis (Красная книга РФ), P. patens (Красная книга Ленинградской области) и их гибридов в Ленинградской области и Республики Карелия.
2. ООПТ регионального значения Ленинградской области - «Болото Озёрное», «Гряда Вярямянселькя», «Кургальский», «Озеро Мелководное», «Ореховский», «Раковые озёра», «Шалово-Перечицкий», планируемые к созданию ООПТ «Барышевский оз», «Моторное – Заостровье», «Низовское болото», «Ямницкая Чисть».
3. Государственные природоохранные учреждения - ЛОГБУ "Дирекция особо охраняемых природных территорий Ленинградской области", Комитет по природным ресурсам Ленинградской области, Министерство природных ресурсов и экологии Республики Карелия, Министерство природных ресурсов и экологии РФ.
4. Государственные научные учреждения - Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН, Карельский научный центр РАН.
5. Специалисты иных профильных природоохранных и научно-исследовательских учреждений. Натуралисты и любители природы.