Географические особенности распределения растений Tulipa suaveolens Roth (Liliaceae, Magnoliophyta) по окраске цветка в европейской части ареала

Ареал полихромного Tulipa suaveolens охватывает почти всю ПонтийскоКаспийскую степь – от юго-востока Украины до западного Казахстана. Уникальной особенностью этого вида является высокое разнообразие окраски цветка, особенности географического распределения которого неочевидны. Исследована изменчивость растений по окраске листочков околоцветника в 56 популяциях Tulipa suaveolens в европейской части ареала. Определение цвета листочков околоцветника проводилось по цифровым фотографиям в соответствии с цветовой моделью Lab по двум хроматическим компонентам: a − красной и b − желтой. Сделан вывод о том, что в европейской части ареала вида ярко выражен градиент окраски листочков околоцветника в направлении с юго-запада на северовосток, по которому интенсивность «красной» хроматической составляющей снижается. Сходный градиент имеет место и при возрастании высоты над уровнем моря мест произрастания популяций. Показано, что хроматическая составляющая a имеет пространственную автокорреляцию и зависит от многолетних биоклиматических параметров среды – температуры и осадков. То есть выявленные географические тренды в распределении окраски цветка Tulipa suaveolens на исследуемой части ареала являются следствием естественного отбора, вызванного абиотическими факторами. 

1. Кашин А. С., Петрова Н. А., Шилова И. В. Состояние ценопопуляций и морфологическая изменчивость Tulipa gesneriana (Liliaceae) на севере Нижнего Поволжья // Ботанический журнал. 2016a. Т. 101, вып. 12. С. 1430 − 1465. https://dx.doi.org/10.1134/S0006813616120061

2. Кашин А. С., Крицкая Т. А., Шанцер И. А. Генетический полиморфизм Tulipa gesneriana L. по данным ISSR маркирования // Генетика. 2016б. Т. 52, вып. 10. С. 1134 − 1145. https://dx.doi.org/10.7868/S0016675816100040

3. Кашин А. С., Петрова Н. А., Шилова И. В., Крицкая Т. А., Угольникова Е. В. Динамика жизненности популяций Tulipa gesneriana L. (Liliaceae, Liliopsida) в Нижнем Поволжье и на прилегающих территориях // Поволжский экологический журнал. 2017. № 3. С. 260 − 274. https://dx.doi.org/10.18500/1684-7318-2017-3-260-274

4. Петрова Н. А., Кашин А. С., Корнеев М. Г., Аникин В. В. Энтомофауна опылителей Tulipa suaveolens Roth в Нижнем Поволжье // Бюллетень Ботанического сада Саратовского государственного университета. 2019. Т. 17, вып. 1. С. 3 – 17. https://dx.doi.org/10.18500/1682- 1637-2019-1-3-17

5. Талиев В. И. Процесс видообразования в роде Tulipa // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 1930. Т. 24, вып. 2. С. 57 − 122.

6. Arista M., Talavera M., Berjano R., Ortiz P. L. Abiotic factors may explain the geographical distribution of flower colour morphs and the maintenance of colour polymorphism in the scarlet pimpernel // Journal of Ecology. 2013. Vol. 101, iss. 6. P. 1613 – 1622. https://dx.doi.org/10.1111/1365-2745.12151

7. Armbruster W. S. Can indirect selection and genetic context contribute to trait diversification? A transition-probability study of blossom-colour evolution in two genera // Journal of Evolutionary Biology. 2002. Vol. 15, iss. 3. P. 468 − 486. https://dx.doi.org/10.1046/j.1420- 9101.2002.00399.x

8. Bivand R., Wong D. W. S. Comparing implementations of global and local indicators of spatial association // TEST. 2018. Vol. 27, iss. 3. P. 716 − 748. https://dx.doi.org/10.1007/s11749-018-0599-x

9. Botschantzeva Z. P. Tulips: Taxonomy, Morphology, Cytology, Phytogeography and Physiology. Rotterdam : Balkema, 1982. 230 p.

10. Briscoe A. D., Chittka L. The evolution of color vision in insects // Annual Review of Entomology. 2001. Vol. 46. P. 471 − 510. https://dx.doi.org/10.1146/annurev.ento.46.1.471

11. Carter I. E., Weir K., McCall M. W., Parker A. R. Variation in the circularly polarized light reflection of Lomaptera (Scarabaeidae) beetles // Journal of the Royal Society Interface. 2016. Vol. 13, iss. 120. Article number 20160015. https://dx.doi.org/10.1098/rsif.2016.0015

12. Cheng D. H., Jiang X. H., Sun Y., Wang J. Color image segmentation : Advances and prospects // Pattern Recognition. 2001. Vol. 34, iss. 12. P. 2259 − 2281. https://dx.doi.org/10.1016/S0031- 3203(00)00149-7

13. Chittka L., Waser N. M. Why red flowers are not invisible to bees // Israel Journal of Plant Sciences. 1997. Vol. 45. P. 169 − 183. https://dx.doi.org/10.1080/07929978.1997.10676682

14. Chittka L., Spaethe J., Schmidt A., Hickelsberger A. Adaptation, constraint, and chance in the evolution of flower color and pollinator color vision // Cognitive Ecology of Pollination: Animal Behavior and Floral Evolution. Cambridge : Cambridge University Press, 2001. P. 106 − 126.

15. Christenhusz M. J. M., Govaerts R., David J. C., Hall T., Borland K., Roberts P. S., Tuomisto A., Buerki S., Chase M. W., Fay M. F. Tiptoe through the tulips – cultural history, molecular phylogenetics and classification of Tulipa (Liliaceae) // Botanical Journal of the Linnean Society. 2013. Vol. 172. P. 280 – 328. https://dx.doi.org/10.1111/boj.12061

16. Coberly L., Rausher M. Analysis of a chalcone synthase mutant in Ipomoea purpurea reveals a novel function for flavonoids : Amelioration of heat stress // Molecular Ecology. 2003. Vol. 12, iss. 5. P. 1113 − 1124. https://dx.doi.org/10.1046/j.1365-294x.2003.01786.x

17. Conner J. K. Genetic mechanisms of floral trait correlations in a natural population // Nature. 2002. Vol. 420. P. 407 − 410. https://dx.doi.org/10.1038/nature01105

18. Ellison A. M., Buckley H. L., Miller T. E., Gotelli N. J. Morphological variation in Sarracenia purpurea (Sarraceniaceae) : Geographic, environmental, and taxonomic correlates // American Journal of Botany. 2004. Vol. 91, iss. 11. P. 1930 − 1935. https://dx.doi.org/10.3732/ajb.91.11.1930

19. Everett D. The Genus Tulipa. Tulips of the World. Kew : Kew Publishing, Royal Botanic Gardens, 2013. 380 p.

20. Faegri K., Pijl L. V. D. The Principles of Pollination Ecology. 3rd ed. Oxford : Pergamon Press, 1979. 256 p.

21. Fick S. E., Hijmans R. J. WorldClim 2 : New 1-km spatial resolution climate surfaces for global land areas // International Journal of Climatology. 2017. Vol. 37, iss. 12. P. 4302 − 4315. https://dx.doi.org/10.1002/joc.5086

22. Fox J., Weisberg S. An R Companion to Applied Regression. 3rd ed. Thousand Oaks : Sage, 2019. 608 p.

23. Franiel I., Więski K. Leaf features of silver birch (Betula pendula Roth). Variability within and between two populations (uncontaminated vs Pb-contaminated and Zn-contaminated site) // Trees. 2005. Vol. 19. P. 81 − 88. https://dx.doi.org/10.1007/s00468-004-0366-3

24. Frey F. M. Opposing natural selection from herbivores and pathogens may maintain floralcolor variation in Claytonia virginica (Portulacaceae) // Evolution. 2004. Vol. 58, iss. 11. P. 2426 − 2437. https://dx.doi.org/10.1111/j.0014-3820.2004.tb00872.x

25. Gupta S. D., Ibaraki Y. Plant Image Analysis : Fundamentals and Applications. Boca Raton : CRC Press, 2015. 400 p.

26. Hampe A. Fecundity limits in Frangula alnus (Rhamnaceae) relict populations at the species? Southern range margin // Oecologia. 2005. Vol. 143. P. 377 − 386. https://dx.doi.org/10.1007/s00442- 004-1811-0

27. Irwin R. E., Strauss S. Y. Flower color microevolution in wild radish : Evolutionary response to pollinator mediated selection // The American Naturalist. 2005. Vol. 165. P. 225 – 237. https://dx.doi.org/10.1086/426714

28. Kashin A. S., Petrova N. A., Shilova I. V. Some features of the environmental strategy of Tulipa gesneriana L. (Liliaceae, Liliopsida) // Biology Bulletin. 2017. Vol. 44, iss. 10. P. 1237 – 1245. https://dx.doi.org/10.1134/S1062359017100053

29. Körner C. The use of ‘altitude’ in ecological research // Trends in Ecology and Evolution. 2007. Vol. 22, iss. 11. P. 569 − 574. https://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2007.09.006

30. Kritskaya T. A., Kashin A. S., Perezhogin Yu. V., Murtazaliev R. A., Anatov D. M., Friesen N. Genetic diversity of Tulipa suaveolens (Liliaceae) and its evolutionary relationship with early cultivars of T. gesneriana // Plant Systematics and Evolution. 2020. Vol. 306. Article number 33. https://dx.doi.org/10.1007/s00606-020-01667-7

31. Kritskaya T. A., Kashin A. S., Petrova N. A., Leweke M. ISSR analysis of Tulipa suaveolens (Liliaceae) populations in the European part of the species range // Nordic Journal of Botany. 2021. Vol. 39. Article number NJB12575. https://dx.doi.org/10.1111/njb.02967

32. Nieuwhof M., van Eijk J. P., Eikelboom W. Relation between flower colour and pigment composition of tulip (Tulipa L.) // Netherlands Journal of Agricultural Science. 1989. Vol. 37, iss. 4. P. 365 − 370. https://dx.doi.org/10.18174/njas.v37i4.16621

33. Nieuwhof M., van Raamsdonk L. W. D., van Eijk J. P. Pigment composition of flowers of Tulipa species as a parameter for biosystematic research // Biochemical Systematics and Ecology. 1990. Vol. 18, iss. 6. P. 399 − 404. https://dx.doi.org/10.1016/0305-1978(90)90083-R

34. R Core Team // R: A Language and Environment for Statistical Computing. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing, 2021. Available at: http://www.r-project.org/index.html (accessed 4 November 2021).

35. Rausher M. D. Evolutionary transitions in flower color // International Journal of Plant Sciences. 2008. Vol. 169, iss. 1. P. 7 – 21. https://dx.doi.org/10.1086/523358

36. Richards A. J. Primula. Portland : Timber Press, 2003. 346 p.

37. Rodríguez-Gironés M. A., Santamaría L. Why are so many bird flowers red? // PLOS Biology. 2004. Vol. 2, iss. 10. Article number e350. https://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.0020350

38. Schemske D. W., Bierzychudek P. Spatial differentiation for flower color in the desert annual Linanthus parryae : Was Wright right? // Evolution. 2007. Vol. 61, iss. 11. P. 2528 – 2543. https://dx.doi.org/10.1111/j.1558-5646.2007.00219.x

39. Shipunov A., Kosenko Y., Volkova P. Floral polymorphism in common primrose (Primula vulgaris, Primulaceae) of the Northeastern Black sea coast // Plant Systematics and Evolution. 2011. Vol. 296. P. 167 − 178. https://dx.doi.org/10.1007/s00606-011-0484-5

40. Streisfeld M., Kohn J. R. Environment and pollinator‐mediated selection on parapatric floral races of Mimulus aurantiacus // Journal of Evolutionary Biology. 2007. Vol. 20, iss. 1. P. 122 − 132. https://dx.doi.org/10.1111/j.1420-9101.2006.01216.x

41. Thompson J. N. The Geographic Mosaic of Coevolution. Chicago : University of Chicago Press, 2005. 443 p.

42. Torskangerpoll K., Nørbæk R., Nodland E., Øvstedal D. O., Andersen Ø. M. Anthocyanin content of Tulipa species and cultivars and its impact on tepal colours // Biochemical Systematics and Ecology. 2005. Vol. 33, iss. 5. P. 499 − 510. https://dx.doi.org/10.1016/j.bse.2004.12.001

43. Van Eijk J. P., Nieuwhof M., van Keulenand H. A., Keijzer P. Flower colour analyses in tulip (Tulipa L.). The occurrence of carotenoids and flavonoids in tulip tepals // Euphytica. 1987. Vol. 36. P. 855 − 862. https://dx.doi.org/10.1007/BF00051870

44. Veiga T., Guitiána J., Guitiána P., Guitiánb J., Munillaa I., Sobralc M. Flower colour variation in the montane plant Gentiana lutea L. (Gentianaceae) is unrelated to abiotic factors // Plant Ecology and Diversity. 2016. Vol. 9, iss. 1. P. 105 – 112. https://dx.doi.org/10.1080/17550874.2015.1074626

45. Venables W. N., Ripley B. D. Modern Applied Statistics with S. New York : Springer, 2002. 510 p.

46. Vignolini S., Moyroud E., Glover B. J., Steiner U. Analysing photonic structures in plants // Journal of the Royal Society Interface. 2013. Vol. 10, iss. 87. Article number 20130394. https://dx.doi.org/10.1098/rsif.2013.0394

47. Volkova P. A., Schanzer I. A., Meschersky I. V. Colour polymorphism in common primrose (Primula vulgaris Huds.) : Many colours-many species? // Plant Systematics and Evolution. 2013. Vol. 299, iss. 6. P. 1075 − 1087. https://dx.doi.org/10.1007/s00606-013-0780-3

48. Volkova P. A., Bog M., Zablocka B., Oberprieler C. Elevation does not matter? Genome screening using AFLP fails to reveal selection along elevational transects : A case study of Caucasian Primula vulgaris Huds. (Primulaceae) // Flora. 2021. Vol. 274. Article number 151726. https://dx.doi.org/10.1016/j.flora.2020.151726

49. Wang Y., Liang E., Sigdel S. R., Liu B., Camarero J. J. The coupling of treeline elevation and temperature is mediated by non-thermal factors on the Tibetan plateau // Forests. 2017. Vol. 8, iss. 4. Article number 109. https://dx.doi.org/10.3390/f8040109

50. Wang Y., Chen L., Yang Q., Hu Z., Guo P., Xie Q., Chen G. New insight into the pigment composition and molecular mechanism of flower coloration in tulip (Tulipa gesneriana L.) cultivars with various petal colors // Plant Science. 2022. Vol. 317. Article number 111193. https://dx.doi.org/10.1016/j.plantsci.2022.111193

51. Warrant E. J. Polarisation Vision : Beetles See Circularly Polarised Light // Current Biology. 2010. Vol. 20, iss. 14. P. 610 − 612. https://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2010.05.036

52. Warren J., Mackenzie S. Why are all colour combinations not equally represented as flower‐colour polymorphisms? // New Phytologist. 2001. Vol. 151, iss. 1. P. 237 − 241. https://dx.doi.org/10.1046/ j.1469-8137.2001.00159.x

53. Yuan Y., Ma X., Shi Y., Tang D. Isolation and expression analysis of six putative structural genes involved in anthocyanin biosynthesis in Tulipa fosteriana // Scientia Horticulturae. 2013. Vol. 153. P. 93 − 102. https://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2013.02.008

54. Zhao D., Tao J. Recent advances on the development and regulation of flower color in ornamental plants // Frontiers in Plant Science. 2015. Vol. 6. Article number 261. https://dx.doi.org/10.3389/fpls.2015.00261

55. Zonneveld B. The systematic value of nuclear genome size for «all» species of Tulipa L. (Liliaceae) // Plant Systematics and Evolution. 2009. Vol. 281. P. 217 – 245. https://dx.doi.org/10.1007/ s00606-009-0203-7