Ученые «Национального научного центра морской биологии им. А. В. Жирмунского» (ННЦМБ) ДВО РАН и ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН применили комплексный подход с применением методов молекулярной и морфологической систематики к решению вопроса о Crossocarpaceae/Kallymeniaceae.

Сведения о таксономическом положении водорослей являются основополагающими при анализе региональных флор, их самобытности и путей формирования, являются основой для разработки вопросов рационального использования морских растительных ресурсов и охраны шельфа.

Сведения о таксономическом положении водорослей являются основополагающими при анализе региональных флор, их самобытности и путей формирования, являются основой для разработки вопросов рационального использования морских растительных ресурсов и охраны шельфа. Несмотря на богатую историю исследований флоры водорослей-макрофитов дальневосточных морей, сведения о её таксономическом разнообразии нуждаются в уточнении. Особенно это касается водорослей, распространенных в труднодоступных акваториях региона – Средних Курилах и на материковом побережье Охотского моря. Некоторые их этих водорослей являются эндемиками региона. По мере завершения этапов альгологических исследований на российском Дальнем Востоке, появляются флористические сводки по разным, в том числе отдаленным районам, публикуются результаты таксономических ревизий.

Интересным с точки зрения систематики является семейство Crossocarpaceae. Оно было описано Л.П. Перестенко в 1975 г. на основании некоторых особенностей женской репродуктивной системы его представителей. Исследователь включила в него 10 видов из 7 родов. Большинство этих видов и родов встречаются только в российских водах.

В 1984 г. канадские исследователи Г. Хансен и С. Линдстром посчитали особенности развития ряда представителей кроссокарповых водорослей недостаточными для выделения самостоятельного семейства и предложили перевести их в семейство Kallymeniaceae, оставив в семействе Crossocarpaceae только два рода. Таким образом, взгляды на объём этих двух семейств различались и в дальнейшем в систематике сосуществовали две позиции. Отечественные ученые признавали семейство Crossocarpaceae с семью родами, а большинство зарубежных ограничивали это семейство родами Crossocarpus и Velatocarpus. Позднее молекулярно-генетические исследования подтвердили правоту Г. Хансен и С. Линдстром и показали, что роды Kallymeniopsis, Cirrulicarpus, Hommersandia и Velatocarpus принадлежат семейству Kallymeniaceae. Более того, были редуцированы роды Kallymeniopsis и Cirrulicarpus, предложено объединить их с родом Erythrophyllum, несмотря на явные морфологические различия. Однако для окончательного вывода о том, является ли на самом деле семейство Crossocarpaceae самостоятельным, необходимо было получить данные о нуклеотидных последовательностях типового рода семейства – рода Crossocarpus.

«Мы продолжили эти исследования. Были собраны особи Crossocarpus lamuticus из залива Аян – близкого к типовому местообитанию вида, и получены данные о нуклеотидных последовательностях трех маркерных участков ДНК. Кроме того, мы проанализировали еще два вида кроссокарповых водорослей, не попавшие в более ранние исследования – Kallymeniopsis verrucosa и Beringia castanea», – рассказала ст.н.с. Лаборатории автотрофных организмов ННЦМБ ДВО РАН А. В. Скрипцова. ДНК было выделено из гербарного материала (сухих водорослей). Для выделения ДНК использовали цетилтриметиламмониум бромид (ЦТАБ), широко применяемый для выделения ДНК из растительного материала. Kallymeniopsis verrucosa и Beringia castanea были собраны на Курильских островах, Crossocarpus lamuticus – в заливе Аян летом 2019 г. С помощью ПЦР (полимеразная цепная реакция) с использованием специфических праймеров (коротких, около 20 пар нуклеотидов, цепочек нуклеотидов, которые выполняют роль «затравки» для фермента полимеразы, комплиментарно соединяясь с началом и концом нужного участка ДНК) были получены ампликоны (многочисленных копии) трех участков ДНК (участок митохондриального генома – цитохромоксидаза с субъединица 1 (около 650 пар нуклеотидов), участок хлоропластного генома – рубулозо бифосфат карбоксилаза, фрагмент ядерного генома – большая субъединица рибосомальной РНК). Далее с помощью секвенирования по Сенгеру были установлены последовательности нуклеотидов этих участков. Полученные нуклеотидные последовательности сравнивались с последовательностями тех же участков красных водорослей разных порядков. Было обнаружено, что они наиболее близки последовательностям представителей каллимениевых водорослей. На филогенетическом дереве, построенном на основании объединенных последовательностей исследованных участков, наши виды располагались среди представителей этого порядка. Кроме того, особенности строения женских репродуктивных органов и их развития после оплодотворения исследованных видов также характерны для каллимениевых водорослей. Следует отметить, что порядок Кроссокарповые, к которым ранее относились исследованные виды, был выделен Л. П. Перестенко из порядка Kallymeniales на основании некоторых небольших отличий в развитии женских половых структур после оплодотворения. Исследователь отметила, что у кроссокарповых водорослей клетки карпогонной ветви не принимают участия в формировании первой клетки слияния, тогда как у каллимениевых они входят в ее состав. Однако, образование клетки слияния по типу кроссокарповых характерно также для ряда представителей каллимениевых, т. е. этот признак не может разграничивать эти два порядка.

Таким образом, учёными сделан вывод, что все эти виды следует поместить в порядок Каллимениевые, а порядок Кроссокарповые надо упразднить. Однако детальный сравнительный морфологический анализ показал, что особенности строения таллома и женской половой системы значительно отличают представителей родов Kallymeniopsis и Cirrulicarpus от типового вида рода Erythrophyllum. Авторами предложено вернуть самостоятельность родам Kallymeniopsis и Cirrulicarpus.

Полученные данные важны для понимания филогенетических связей у красных водорослей и таксономического разнообразия макроводорослей дальневосточного региона, результаты исследований, безусловно, необходимы для рационального использования и охраны природных зарослей водорослей. Так, виды Берингия каштановая Beringia castanea и кроссокарпус ламутский Crossocarpus lamuticus – это редкие виды флоры макрофитов Дальнего Востока России, нуждающиеся в особом внимании к их состоянию в природной среде.

Результаты исследования авторов опубликованы в статье:

Skriptsova A. V., Shibneva S. Yu., Semenchenko A. A. "Evidence for the reinstatement of Kallymeniopsis and the merger of the family Crossocarpaceae within the family Kallymeniaceae (Rhodophyta)" // Botanica Marina, vol. 66, no. 1, 2023, pp. 53-66. https://doi.org/10.1515/bot-2022-0032

Источник: ННЦМБ ДВО РАН.