Sadržaj diarilheptanoida u kori crne (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) i sive jove (Alnus incana (L.) Moench) kao indikator taksonomske i populacione varijabilnosti

Abstract

Ovim istraživanjem obuhvaćene su dve populacije Alnus glutinosa (L.) Gaertn. (Prilički kiseljak i Rimski most) i dve populacije Alnus incana (L.) Moench (Golijska reka i Sastavci) uzorkovane na planini Goliji. Osnovni ciljevi bili su: 1) ispitivanje varijabilnosti i odnosa populacija unutar i između vrsta u odnosu na koncentraciju diarilheptanoida u kori prirodnih populacija A. glutinosa i A. incana; 2) ispitivanje sezonske varijabilnosti diarilheptanoida u kori vrsta A. glutinosa i A. incana; 3) procena hemotaksonomskog značaja diarilheptanoida u ispitivanim vrstama; 4) procena mogućnosti primene diarilheptanoida u detekciji spontanih hibrida između A. glutinosa i A. incana; 5) ispitivanje varijabilnosti oblika, veličine i nervature lista u populacijama A. glutinosa i A. incana; 6) procena spontane hibridizacije između ove dve vrste na osnovu morfologije lista. Koncentracija najzastupljenijih diarilheptanoida (hirsutanonol-5-O-β-D-glukopiranozida, oregonina, hirsutanonola, alnuzida A, platifilozida i rubranozida A) u etanolnim ekstraktima kore ispitivanih populacija određena je pomoću UHPLC-MS/MS. Međupopulaciona varijabilnost koncentracije diarilheptanoida ispitana je pomoću parametarskih (ANOVA) i neparametarskih (Kruskal-Wallis) testova, analize glavne komponente (PCA) i diskriminantne analize (DA). Prvi uvid u kvantitativnu distribuciju odabranih diarilheptanoida kod A. glutinosa i A. incana je procenjen na osnovu analize populacija Rimski most i Sastavci. DA je pokazala 100% diskriminacije između tri grupe individua koje je izdvojila PCA, na osnovu čega je postavljena hipoteza da je jedna grupa od četiri individue hibridogenog porekla. Diarilheptanoidi su se pokazali dobrim hemotaksonomskim markerima na interspecijskom nivou i utvrđena je njihova mogućnost primene u detekciji spontanih hibrida. U narednoj vegetacijskoj sezoni, ispitana je sezonska, unutarpopulaciona, međupopulaciona i interspecijska varijabilnost koncentracije diarilheptanoida u dve geografski bliske (Rimski most i Sastavci) i dve relativno udaljene populacije crne i sive jove sa tipičnih staništa za svaku vrstu: Prilički kiseljak (A. glutinosa) i Golijska reka (A. incana). PCA je pokazala tendenciju jasnog međusobnog odvajanja grupa individua iz udaljenih populacija A. glutinosa i A. incana i preklapanja grupa individua iz geografski bliskih populacija ovih vrsta. Sve populacije su pokazale izrazit unutarpopulacioni varijabilitet, pri čemu je najheterogenija populacija Sastavci. Sezonska varijabilnost diarilheptanoida u kori uzorkovanoj u junu 2015. i aprilu 2016. godine ispitana je u populacijama Rimski most i Sastavci. Većina diarilheptanoida bila je prisutna u većoj koncentraciji u uzorcima sa istog staništa iz juna. Ovi rezultati mogu ukazati na postojanje različitih plastičnih odgovora kod ispitivanih vrsta u različitim sezonama. Geometrijskom morfometrijom je ispitana varijabilnost oblika lista u sve četiri populacije Alnus spp. PCA je pokazala kontinuum oblika listova, od oblika tipičnih za A. glutinosa do oblika tipičnih za A. incana, uz postojanje prelaznih oblika u oblasti preklapanja. Rezultati PCA ukazuju na morfološku bliskost listova vrsta A. glutinosa i A. incana, zatim na veliku varijabilnost i fenotipsku plastičnost individua u okviru populacija, kao i na verovatnoću postojanja hibrida. Potencijalni hibridi na koje je ukazala DA imaju intermedijarnu vrednost broja parova nerava (SN) između A. glutinosa i A. incana. Veličina lista, merena pomoću veličine centroida (CS), bila je značajno manja u populaciji Sastavci u odnosu na druge populacije; populacije A. glutinosa se nisu razlikovale prema SN i CS. Rezultati ukazuju na to da su alometrija lista, SN i CS relativno pouzdani indikatori delovanja sredinskih faktora.

In this study, two populations of Alnus glutinosa (L.) Gaertn. (Prilički kiseljak and Rimski most) and two populations of Alnus incana (L.) Moench (Golijska reka and Sastavci) were sampled on mountain Golija with the aims to investigate: 1) variability and relations of populations within and among species based on the concentration of diarylheptanoids in the bark of natural populations of A. glutinosa and A. incana; 2) seasonal variability of diarylheptanoids in the bark of A. glutinosa and A. incana; 3) the reliability of diarylheptanoids as chemotaxonomic markers in the studied species; 4) the reliability of diarylheptanoids for the detection of spontaneous hybrids between A. glutinosa and A. incana; 5) variability of leaf shape, size and venation in the populations of A. glutinosa and A. incana; 6) spontaneous hybridization between the studied species based on leaf morphology. Six diarylheptanoids (hirsutanonol-5-O-β-D-glucopyranoside, oregonin, hirsutanonol, alnuside A, platyphylloside and rubranoside A) were quantified in bark ethanol extracts of four Alnus spp. populations by UHPLC-MS/MS. Interpopulation variability of diarylheptanoid concentration was investigated with ANOVA, Kruskal-Wallis test, principal component analysis (PCA) and discriminant analysis (DA). Quantitative distribution of selected diarylheptanoids in the bark of A. glutinosa and A. incana was first analyzed in populations Rimski most and Sastavci. DA completely discriminates three groups of individuals that were implied by PCA. Based on the results, a hypothesis is proposed that the group of four individuals is of hybridogenic origin. Diarylheptanoids proved to be good chemotaxonomic markers at the interspecific level and may also reveal hybrid species. In the next vegetation season, seasonal, within population, among population and interspecies variability of diarylheptanoid concentration were investigated in two geographically close (Rimski most and Sastavci), and two relatively distant populations of black and grey alder sampled from the typical localities for the two species: Prilički kiseljak (A. glutinosa) and Golijska reka (A. incana). PCA shows clear separation of groups of individuals that belong to distant populations of A. glutinosa and A. incana, and partial overlapping of groups of individuals from geographically close populations Rimski most and Sastavci. All populations display pronounced intrapopulation variability. The most diversified is population Sastavci. Seasonal variability of diarylheptanoid content was studied in the bark sampled from populations Rimski most (A. glutinosa) and Sastavci (A. incana) in two seasons (June 2015 and April 2016). The majority of diarylheptanoids are more abundant in samples collected in June than in April. These results may indicate different plastic responses of investigated species in different seasons. The variability of leaf shape in four investigated alder populations was examined by geometric morphometry. PCA shows a continuum of leaf shapes between shapes typical for A. glutinosa and shapes typical for A. incana, with transitional shapes in the overlapping zone. These results implicate leaf morphological similarity of A. glutinosa i A. incana, great variability and phenotypic plasticity of individuals within populations and probable hybrid occurrence. Leaves from potential hybrid individuals indicated by DA have intermediate number of pairs of secondary leaf veins (SN) between A. glutinosa and A. incana. Leaf size was measured by centroid size (CS) which was significantly lower in population Sastavci (A. incana) compared to other populations; SN and CS did not show significant differences in populations of A. glutinosa. Leaf allometry, CS and SN seem to be good indicators of the influences of environmental factors.