Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation 2013. 2(1):19-26.
Article first published online: 30 APR 2013 | DOI: 10.17581/bp.2013.02102
Geometric Morphometric Analysis of Shape Variation in the Cone-Scales of Pinus pumila (Pall.) Regel (Pinaceae) in Kamchatka
Valentina P. Vetrova
Kamchatka Branch of Pacific Geographical Institute FEB RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky 683024 Russia
The purpose of this study was to test geometric morphometrics as a tool for analyzing phenotypic diversity of Pinus pumila (Pall.) Regel (Pinaceae). The study was conducted on the Kamchatka Peninsula. A sample of seed-bearing scales of mature cones was collected from 420 specimens in 14 coenopopulations, which represented the main ecotypes and associations of P. pumila in this region. Seven landmarks on one side of the cone-scales were chosen to characterize their shape. Patterns of shape variation within the sample were depicted using Generalized Procrustes Analysis (GPA). The results indicate that shape variables, relative deformations determined by methods of geometric morphometrics, can be used as reliable markers to estimate phenotypic diversity in P. pumila. Inter-population shape variability of P. pumila cone-scales is mainly determined by the latitudinal factor, which may date back to the expansion of P. pumila over Kamchatka in the postglacial age.
Ветрова В. П. Геометрический морфометрический анализ изменчивости формы семенной чешуи Pinus pumila (Pall.) Regel (Pinaceae) на Камчатке Цель настоящей работы – протестировать геометрическую морфометрию как инструмент для анализа фенотипической изменчивости кедрового стланика P. pumila (Pall.) Regel (Pinaceae). Исследование было проведено на полуострове Камчатка. Семенные чешуи зрелых шишек была собраны на 420 растениях в 14 ценопопуляциях, представляющих основные экотопы и сообщества P. pumila в данном районе. Семь меток на одной стороне чешуй было выбрано для описания их формы. Основные особенности вариации формы чешуй в исследованной выборке были выявлены с помощью прокрустова анализа данных. Было показано, что переменные формы – относительные деформации, определенные методами геометрической морфометрии могут использоваться в качестве надежных маркеров для оценки фенотипического разнообразия P. pumila. Межпопуляционная изменчивость формы семенных чешуй P. pumila определяется главным образом географической широтой, что может быть связано с историей его расселения на полуострове в послеледниковый период.
Keywords: geometric morphometrics, cone morphology, phenotypic diversity, Siberian dwarf pine, геометрическая морфометрия, морфология шишек, фенотипическое разнообразие, кедровый стланик
FULL TEXT PDF
References
Adams DC, Rohlf FJ & Slice DE 2004. Geometric morphometrics: ten years of progress following the "revolution". Italian Journal of Zoology 71:5-16. CrossRef
Adrianova IY, Vasyutkina EA & Krestov PV 2011. Ecogeographic variation in the generative organs of larch in the Russian Far East. Russian Journal of Ecology 42(1):9-16. CrossRef
Bookstein FL 1991. Morphometric tools for landmark data: geometry and biology. Cambridge University Press, Cambridge, 435 pp.
Goncharenko GG, Padutov VE & Silin AE 1991. Genetic subdivision and differentiation in natural populations of stone pines. Doklady Akademii Nauk SSSR 317(6):1477-1483 (in Russian with English summary). [Гончаренко Г. Г., Падутов В. Е., Силин А. Е. 1991. Степень генетической подразделенности и дифференциации в природных популяциях кедровых сосен//Доклады академии наук СССР. Т. 317, No 6. С. 1477-1483.].
Goncharenko GG, Padutov VE & Silin AE 1993. Allozyme variation in natural populations of Eurasian pines. I. Population structure, genetic variation and differentiation in Pinus pumila (Pall.) Regel from Chukotka and Sakhalin. Silvae Genetica 42(4-5):237-253.
Khomentovsky PA 2004. Ecology of the Siberian Dwarf Pine Pinus pumila (Pallas) Regel on Kamchatka. Science Publishers, Inc., Enfield, New Hampshire, 226 pp.
Krutovskii KV, Politov DV & Altukhov YP 1990. Interspecific genetic differentiation of Eurasian stone pines on isozyme loci. Russian Journal of Genetics 26(4):694-707 (in Russian with English summary). [Крутовский К. В., Политов Д. В., Алтухов Ю. П. 1990. Межвидовая генетическая дифференциация кедровых сосен Евразии по изоферментным локусам//Генетика. Т. 26, No 4. С. 694-707.].
Krutovskii KV, Politov DV & Altukhov YP 1994. Study of genetic differentiation and phylogeny of stone pine species using isozyme loci. In: Proceedings of International workshop on sub alpine stone pines and their environment: The status of our knowledge (W. C. Schmidt & F.-K. Holtmeier, eds.), pp. 19-30, USDA Forest Service Intermountain Research Station Ogden, Utah.
Mamaev SA 1973. Intraspecific variability of woody plants (on example of Pinaceae family). Nauka, Moscow, 284 pp. (in Russian). [Мамаев С. А. 1973. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений (на примере семейства Pinaceae). Москва: Наука. 284 с.].
Neshataeva VY 2009. Vegetation of Kamchatka peninsula. KMK, Moscow, 537 pp. (in Russian). [Нешатаева В. Ю. 2009. Растительность полуострова Камчатка. Москва: КМК. 537 с.].
Pavlinov IY 2001. Geometric morphometrics -a new analytical approach to comparison of digitized images. In: Information technologies in biodiversity research, pp. 65-90, St. Petersburg (in Russian). [Павлинов И. Я. 2001. Геометрическая морфометрия -новый аналитический подход к сравнению компьютерных образов//Информационные и телекоммуникационные ресурсы в зоологии и ботанике. Санкт-Петербург. С. 65-90.]
Pavlinov IY & Mikeshina NG 2002. Principles and Methods of Geometric Morphometrics. Zhurnal obscheii biologii 63(6):473-493 (in Russian with English summary). [Павлинов И. Я., Микешина Н. Г. 2002. Принципы и методы геометрической морфометрии//Журнал общей биологии. Т. 63, No 6. С. 473-493.].
Politov DV, Krutovskii KV & Altukhov YP 1992. Characteristics of population genetics of stone pine species using isozyme loci. Russian Journal of Genetics 28(1):93-114 (in Russian with English summary). [Политов Д. В., Крутовский К. В., Алтухов Ю. П. 1992. Характеристика генофондов популяций кедровых сосен по совокупности изоферментных локусов//Генетика. Т. 28, No 1. С. 93-114.].
Politov DV &. Krutovskii KV 2004. Phylogenetics, genogeography and hybridization of 5-needle pines in Russia and neighboring countries. In: Fiveneedle pine species: genetic improvement, dis ease resistance, and conservation. Proceedings of IUFRO Working Party (July 24-25, 2001, Medford, OR) (R. A. Sniezko et al., eds.), pp. 85-97. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station, Colorado.
Popov PP 2005. European and Siberian spruces. Nauka, Novosibirsk, 232 pp. (In Russian). [Попов П. П. 2005. Ель европейская и сибирская. Новосибирск: Наука. 232 с.].
Pravdin LF 1964. Pinus sylvestris. Nauka, Moscow, 189 pp. (in Russian). [Правдин Л. Ф. 1964. Сосна обыкновенная. Москва: Наука. 189 с.]
Putenikhin VP, Farukshina ZX & Shiganov GG 2004. Sukachev larch in Urals. Nauka, Moscow, 267 pp. (in Russian). [Путенихин В. П., Фарукшина Г. Г., Шиганов З. Х. 2004. Лиственница Сукачева на Урале. Москва: Наука. 267 с.].
Putenikhin VP, Shiganov GG & Farukshina ZX 2005. Sibe rian spruce in the Southern Urals and Bashkirya. Nauka, Moscow, 180 pp. (in Russian). [Путенихин В. П., Шиганов Г. Г., Фарукшина З. Х. 2005. Ель сибирская на Южном Урале и в Башкирском Предуралье. Москва: Наука. 180 с.].
Rohlf FJ & Marcus LF 1993. A revolution in morphometrics. Trends in Ecology and Evolution 8(4):129-132. CrossRef
Rohlf FJ 1998. On applications of geometric morphometrics to studies of ontogeny and phylogeny. Systematic Biology 47:147-158. CrossRef
Rohlf FJ 2010. Program tpsDig, version 2.16. Ecology and Evolution, SUNY at Stony Brook, http://life.bio.sunysb.edu/morph, last accessed 25.04.2013.
Rohlf FJ 2010. Program tpsUtility, version 1.47. Ecology and Evolution, SUNY at Stony Brook, http://life.bio.sunysb.edu/morph, last accessed 25.04.2013.
Sheets HD 2000. Program TwoGroup6h. Dept. of Physics, Canisius College, Buffalo NY, http://www.canisius.edu/~sheets/morphsoft.html
Sheets HD 2001. Integrated Morphometrics Programs. Dept. of Physics, Canisius College, Buffalo NY, http://www.canisius.edu/~sheets/morphsoft.html
Sheets HD 2003. Program PLSMaker. Dept. of Physics, Canisius College, Buffalo NY, http://www.canisius.edu/~sheets/morphsoft.html, last accessed 25.04.2013.
Sochava VB 1986. Problems of physical geography and geobotany. Nauka, Novosibirsk, 344 pp. (in Russian). [Сочава В. Б. 1986. Проблемы физической географии и геоботаники. Новосибирск: Наука. 344 с.]
STATISTICA Data Analysis Software System, Version 8.0, Stat-Soft Inc., 2007.
Tani N, Tomaru N, Araki M & Ohba K 1996. Genetic diversity and differentiation in populations of Japanese stone pine (Pinus pumila) in Japan. Canadian Journal of Forest Research 26(8):1454-1462. CrossRef
Vetrova VP & Savenkova YV 2010. On assessment of variability and differentiation of Pinus pumila populations in Kamchatka. Vest nik SVNZ DVO RAN 3:80-89 (in Russian with English summary). [Ветрова В. П., Савенкова Ю. В. 2010. К оценке изменчивости и дифференциации популяций кедрового стланика на Камчатке//Вестник СВНЦ ДВО РАН. No3. С. 80-89.].
Zelditch ML, Swiderski DL, Sheets HD & Fink WL 2004. Geometric morphometrics for biologists: a primer. Elsevier Academic Press, New York, 290 pp.
Zhyvotovskii LA 1991. Population biometrics. Nauka, Moscow, 271 pp. (in Russian). [Животовский Л. А. 1991. Популяционная биометрия. Москва: Наука. 271 с.]
|
|