Models of shoot formation in plants in light of molecular-genetic data, with representatives of Minuartia s. l. (Caryophyllaceae) as a case study. I. Monopodial models

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Molecular phylogeny has gained a crucial role for plant taxonomy in recent years. In some cases sequence comparison of the chloroplasts or nuclear genes and even whole genomes led to novel and unexpected results in taxonomic positions. For example, after publication of phylogenetic data a genus Minuartia s. l. was considered to be a paraphyletic group and subjected to taxonomic revision according to cladistics concepts. As a result, several new genera were identified and some genera were restored including Cherleria L., which includes 19 species. The genus Cherleria is of particular interest due to significant habitual differences in its representatives. Thus, to clarify the relationships between intergeneric taxa a search for new taxonomically significant traits is needed. For these purposes, the biomorphological characteristics of representatives of six model species of Cherleria were studied. In the article the most significant biomorphological characteristics such as the model of shoot formation, the morphology of the cushion, the nature of shoot branching, the presence or absence of specialized vegetative shoots for capturing space, the growth strategy and the structure of the monocarpic shoot are proposed to aid for identification of taxonomic position. Analysis of the biomorphological features of the studied species identified four growth strategies: a) the strategy of centrifugal growth; b) the strategy of centrifugal growth with the rare appearance of radially directed lateral specialized shoots of the semi-rosette type; c) the strategy of vector growth by active branching at the early stages of development, with subsequent “fading” in formation of lateral axes; d) the strategy of vector growth with the help of semi-rosette plagiotropic shoots with the subsequent filling of the internal space of the cushion due to orthotropic rosette shoots. Comparison of molecular phylogeny and biomorphology data allows us to identify biomorphological apomorphies: monopodial plagiotropic-semi-rosette–orthotropic-rosette model of shoot formation with specialized semi-rosette shoots for capturing territory, the presence of dicyclic monocarpic shoots, as well as plesiomorphies: monopodial rosette model of shoot formation, formation of a densely filled cushion, monocyclic, simply arranged monocarpic shoots. Based on these data, we put forward an assumption that for the genus Cherleria the initial model of shoot formation was the monopodial rosette model.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. G. Shatova

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: zaychenko_so@mail.ru
Russian Federation, Leninskie Gory, 1, Bld. 12, Moscow, 119991

A. C. Zernov

Lomonosov Moscow State University

Email: zernov72@yandex.ru
Russian Federation, Leninskie Gory, 1, Bld. 12, Moscow, 119991

References

  1. Актуальные проблемы современной биоморфологии, 2012 / Под ред. Савиных Н. П. Киров: Радуга – ПРЕСС. 610 с.
  2. Барыкина Р. П., 1971. Особенности первых этапов онтогенеза Podophyllum emodi Wall. и P. peltatum L. // Бот. журн. Т. 56. № 7. С. 921–931.
  3. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К., 1989. Экология: Особи, популяции и сообщества. М.: Мир. Т. 1. 667 с.
  4. Гатцук Л. Е., 1994. Иерархическая система струк-турно-биологических единиц растительного организма, выделенных на макроморфологическом уровне // Успехи экологической морфологии растений и ее влияние на смежные науки. М.: Прометей. С. 18–19.
  5. Гатцук Л. Е., 1995. Комплементарные модели побега и их синтез // Бот. журн. Т. 80. № 6. С. 1–4.
  6. Зайченко С. Г., Зернов А. С., 2021. Биоморфология в таксономии растений, на примере кавказских Minuartia s. l. (Сaryophyllaceae) // Журн. общ. биологии. Т. 85. № 5. С. 368–381.
  7. Савиных Н. П., 2008. Применение концепции модульной организации к описанию структуры растения // Современные подходы к описанию структуры растений. Киров: Вятский государственный университет. С. 47–69.
  8. Серебряков И. Г., 1952. Морфология вегетативных органов высших растений. М.: Сов. наука. 391 с.
  9. Серебряков И. Г., 1954. О методах изучения ритмики сезонного развития растений в геоботанических стационарах // Доклады совещания по стационарным геоботаническим исследованиям. М.; Л.: Изд-во АН СССР. С. 145–159.
  10. Серебряков И. Г., 1962. Экологическая морфология растений. М.: Высшая школа. 378 с.
  11. Серебряков И. Г., 1964. Жизненные формы высших растений и их изучение // Полевая геоботаника. М.: Изд-во АН СССР. Т. 3. С. 146–208.
  12. Серебрякова Т. И., 1977. Об основных “архитектурных моделях” травянистых многолетников и модусах их преобразования // Бюл. МОИП. Отд. биол. Т. 82. Вып. 5. С. 112–128.
  13. Серебрякова Т. И., 1981. Жизненные формы и модели побегообразования наземно-ползучих многолетних трав // Жизненные формы: Структура, спектры и эволюция. М.: Наука. С. 161–179.
  14. Серебрякова Т. И., 1987. О вариантах моделей побегообразования у многолетних трав // Морфогенез и ритмы развития высших растений: Межвузовский сб. науч. тр. М.: МГПИ им В. И. Ленина. С. 1–19.
  15. Современные подходы к описанию структуры растений, 2008 / Под ред. Савиных Н. П., Бобровова Ю. А. Киров: ООО “Лобань”. 355 с.
  16. Хохряков А. П., Мазуренко М. Т., 1968. Типы побегов и их эволюция у жимолостных // Бюл. ГБС. Вып. 70. С. 64–69.
  17. Шафранова Л. М., 1968. Анатомическая структура побегов Potentilla fruticosa L., P. parviflora Fisch. и P. bifurca L. в связи с переходом от кустарничков к травам у лапчаток (Potentilla L.) // Бюл. МОИП. Отд. биол. Вып. 1. С. 140–154.
  18. Шафранова Л. М., 1980. О метамерности и метамерах у растений // Журн. общ. биологии. Т. 41. № 3. С. 437–447.
  19. Шафранова Л. М., 1981. Ветвление растений: процесс и результат // Жизненные формы: структура, спектры и эволюция. М.: Наука. С. 179–212.
  20. Шафранова Л. М., 1993. Растение как объект гомологизации // Жизненные формы: онтогенез и архитектура. М.: Прометей. С. 219–222.
  21. Шафранова Л. М., Гатцук Л. Е., 1994. Растение как пространственно-временная метамерная (модульная) система // Успехи экологической морфологии растений и ее влияние на смежные науки: Межвузовский сб. науч. тр. М.: Прометей. С. 6–7.
  22. Dillenberger M. S., Kadereit J. W., 2014. Maximum polyphyly: Multiple origins and delimitation with plesiomorphic characters require a new circumscription of Minuartia (Caryophyllaceae) // Taxon. V. 63. № 1. P. 64–88.
  23. Fior S., Karis P. O., Casazza G., Minuto L., Sala F., 2006. Molecular phylogeny of the Caryophyllaceae (Caryophyllales) inferred from chloroplast matK and nuclear rDNA ITS sequences // Am. J. Bot. V. 93. P. 399–411.
  24. Greenberg A. K., Donoghue M. J., 2011. Molecular systematics and character evolution in Caryophyllaceae // Taxon. V. 60. P. 1637–1652.
  25. Harbaugh D. T., Nepokroeff M., Rabeler R. K., McNeill J., Zimmer E. A., Wagner W. L., 2010. A new lineage-based tribal classification of the family Caryophyllaceae // Int. J. Plant Sci. 171. P. 185–198.
  26. McNeill J., 1962. Taxonomic studies in the Alsinoideae I: Genetic and infrageneric groups // Notes Roy. Bot. Gard. Edinburgh. V. 24. P. 79–155.
  27. Moore A. J., Dillenberger M. S., 2017. A conspectus of the genus Cherleria (Minuartia s. l., Caryophyllaceae) // Willdenowia. V. 47. № 1. P. 5–14.
  28. Moore A. J., Kadereit J. W., 2013. The evolution of substrate differentiation in Minuartia series Laricifoliae (Caryophyllaceae) in the European Alps: in situ origin or repeated colonization? // Am. J. Bot. V. 100. Р. 2412–2425.
  29. Moore A. J., Messick J. A., Kadereit J. W., 2021. Range and niche expansion through multiple interspecific hybridization: A genotyping by sequencing analysis of Cherleria (Caryophyllaceae) // BMC Ecol. Evol. V. 21. Art. 40.
  30. Troll W., 1964. Die Infloreszenzen. Bd 1. Jena: Fischer Verlag. 615 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Scheme of the structure of C. arctica shoots: 1 – monocarpic shoot; 2 – leafy shoot of the rosette type; 3 – shoot of the rosette type with dead leaves. n, n + 1, n + 2 – order of branching of the shoot axes.

Download (153KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scheme of the structure of C. baldaccii shoots.

Download (303KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Scheme of the formation of the cushion of C. baldaccii: a, b – growth of plagiotropic shoots in the radial direction from the center to the periphery, c – formation of axillary apogeotropic rosette shoots. 1 – rosette shoot, 2 – non-rosette shoot.

Download (115KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Scheme of the structure of the MC of C. baldaccii. 1 – flower.

Download (55KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Scheme of the structure of C. biflora shoots.

Download (142KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Scheme of the structure of C. doerfleri shoots.

Download (171KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Scheme of the structure of the MC C. doerfleri.

Download (55KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Scheme of the structure of C. garckeana shoots.

Download (185KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Scheme of the structure of C. sedoides shoots.

Download (304KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Scheme of the formation of the cushion C. sedoides: a – formation of rosette-type shoots, b, c – development of shoots with shortened internodes, d – formation of a plagiotropic semi-rosette shoot.

Download (130KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».