Anomalous peony (Paeonia anomala L.) In the Urals and contiguous landsAnomalous peony (Paeonia anomala L.) In the Urals and contiguous lands

Modern varieties of flowering ornamental plants have high economic and social significance. Prominent representatives of active long-term plant breeding are various varieties of peonies, which are actively used in landscaping botanical gardens, urban landscapes and smallholdings. With the development of molecular genetics, the selection of ornamental varieties of flowering plants has received a new impetus in its development. Researchers have identified markers that determine important decorative and economic qualities, such as flower shape, leaf color, corolla color, variety of double flower, aroma, which allows to intensify plant breeding, and also, which is quite important, to certify new varieties. In this article, we have given an overview of the results of longterm studies of representatives of the genus Paeonia in the Urals and contiguous lands, since the mid-twentieth century to the present, both domestic and foreign scientific schools. The article presents data on the locations of the anomalous peony along the Ural mountain range, the morphology and ecology of the growth of representatives of this species, medicinal properties, the results of molecular genetic typing of various marker systems. The points requiring more detailed study are indicated: there is no complete up-to-date information on the distribution of the anomalous peony in the Urals, there is no up-to-date data on the population size, there is no information about the molecular genetic structure of the species as a whole. The anomalous peony is a red book species that has a high level of decorativeness, as well as resistance to diseases that can be used not only in pharmacology, but also in modern plant selection. It is known that the number of populations of anomalous peony is low, in places of meetings it is noted singly, less often in small groups, which is connected with the active use of this species in folk medicine. Vegetative and root systems contain a large number of biologically active components with different properties. To develop measures for the protection and rational use of representatives of Paeonia anomala growing in the Urals, it is necessary to study the species more closely in order to preserve it in nature and further use in breeding and hybridization as a source of genes that will help significantly improve the plant breeding potential of modern varieties.

1. Stern F. C. A study of the genus Paeonia. London: Royal Horticultural Society, 1946, 155 p.

2. Кемулария-Натадзе Л. М. Кавказские представители рода Paeonia L., Труды Тбилисского ботанического института, Тбилиси. 1961;21:3-51.

3. Hong D. Y. Peonies of the world: taxonomy and phytogeography. London, UK: Royal Botanic Gardens, Kew, 2010, 312 p.

4. Успенская, М. С. Пионы. Москва: Изд-во ЗАО «Фитон+», 2003, 207 с.

5. Ефимов С. В. Род Paeonia L. Современные направления интродукции и методы оценки декоративных признаков: автореф. дис. М, 2008, 24 с.

6. Комина О. В. Биологические особенности некоторых видов рода Paeonia L. при интродукции в лесостепной зоне Западной Сибири: автореф. дис. Н, 2014, 16 с.

7. Punina E. O., Machs E. M., Krapivskaya E. E., Kim E. S., Mordak E. V., Myakoshina Yu. A., Rodionov A. V. Interspecific hybridization in the genus Paeonia (Paeoniaceae): polymorphic sites in transcribed spacers of the 45S rRNA genes as indicator of natural and artificial peony hybrids, Russ. J. Genet. 2012;48:684-697. DOI: 10.1134/S1022795412070113.

8. Zhu S., Yu X., Wu Y. et al. Genetic and chemical characterization of white and red peony root derived from Paeonia lactiflora. J Nat Med. 2015;69:35-45. DOI: 10.1007/s11418-014-0857-5.

9. Wan Y., Zhang M., Hong A., Zhang Y., Liu Y. Characteristics of microsatellites mined from transcriptome data and the development of novel markers in Paeonia lactiflora. Genes. 2020;11(2):214. DOI: 10.3390/genes11020214.

10. Пунина Е. О., Мачс Э. М., Крапивская Е. Е., Родионов А. В. Полиморфные сайты в транскрибируемых спейсерах генов 35S рРНК пионов как индикатор происхождения сортов. Генетика. 2017;53(2):181-191. DOI: 10.7868/S0016675817010118.

11. Дегтярева Г. В., Ефимов С. В., Терентьева Е. И., Варлыгина Т. И., Самигуллин Т. Х., Вальехо-Роман К. М. Границы видов в комплексе родства Paeonia obovata (Paeoniaceae): значение молекулярных маркеров для понимания эволюции группы: Ботаника в современном мире: Труды XIV съезда русского ботанического общества и конференции «Ботаника в современном мире», 18-23 июня, Махачкала, 2018, 34-36.

12. Fan Y., Yang L., Wang Q., DA Silva T., Jaime A., Yu X. Assessment of genetic diversity in 55 herbaceous peony cultivars with SSR markers. Genetika. 2023;55:387-400. DOI: 10.2298/GENSR2301387F.

13. Degtjareva G., Efimov S. The genetic diversity of Paeonia anomala (Paeoniaceae), as indicated by nuclear ITS and plastid ycf1 molecular markers. BIO Web of Conferences. 2021;38:1-4.

14. Lu L., Tang Y., Xu H. Selection and verification of reliable internal reference genes in stem development of herbaceous peony (Paeonia lactiflora Pall.). Physiology and Molecular Biology of Plants. 2023;29:773-782. DOI: 10.1007/s12298-023-01325-5.

15. Tanhuanpää P., Juhanoja S., Oskarsson L., Marstein M, Hartikainen M. Dear old peonies–for gene banks and gardeners; microsatellite fingerprinting of herbaceous peonies in Fennoscandia. Genetic Resources and Crop Evolution. 2021;68:3413-3426. DOI: 10.1007/s10722-021-01201-9.

16. Ni Jia, Qing-Yan Shu, Dan-Hua Wang. Identification and characterization of anthocyanins by High-performance Liquid Chromatography-Electrospray Ionization-Mass Spectrometry in Herbaceous Peony Species. Journal of the American society for horticultural science. 2008;133:418-426. DOI: 10.21273/JASHS.133.3.418.

17. Hong D. Y. Peonies of the world. Pt. 2: Polymorphism and diversity. London: Kew Publ., 2011, 112 p.

18. Angiosperm Phylogeny Group. An update of the Angiosperm Phylogeny Group classification for the orders and families of flowering plants: APG IV. Bot. J. Linn. Soc. 2016;181:1-20.

19. Sang T., Crawford D. J., Stuessy T. F. Chloroplast DNA phylogeny, reticulate evolution, and biogeography of Paeonia (Paeoniaceae). Am. J. Bot. 1997;89:1120-1136.

20. Дегтярева Г. В., Ефимов С. В., Терентьева Е. И., Самигуллин Т. Х., Вальехо-Роман К. М. Вклад молекулярных данных в современное представление о филогении и биоразнообразии рода Paeonia (Paeoniaceae). Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. 2019;18:22-25. DOI: 10.14258/pbssm.2019004.

21. Samigullin T. H. Logacheva M. D., Degtjareva G. V., Efimov S. V., Terentieva E. I., Vallejo-Roman C. M. Complete plastome sequence of Paeonia lactiflora Pall. (Paeoniaceae: Saxifragales), Mitochondrial DNA Part B. 2018;3:1110-1111. DOI: 10.1080/23802359.2018.1501311.

22. Sang T., Crawford D. J., Stuessy T. F. Documentation of reticulate evolution in peonies (Paeonia) using internal transcribed spacer sequences of nuclear ribosomal DNA: implications for biogeography and concerted evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1995;92:6813-6817.

23. Sang T., Pan J., Zhang D., Ferguson D., Wang C., Pan K. Y., Hong D. Y. Origins of polyploids: as example from peonies (Paeonia) and a model for angiosperms. Biol. J. Linn. Soc. 2004;82:561-571. DOI: 10.1111/j.1095-8312.2004.00341.x.

24. Pan J., Zhang D., Sang T. Molecular phylogenetic evidence for the origin of a diploid hybrid of Paeonia (Paeoniaceae). Am. J. Bot. 2007;94:400-408. DOI: 10.3732/ajb.94.3.400.

25. Halda J. J., Waddick J. W. The genus Paeonia. Portland, 2004, 228 p.

26. Пунина Е. О. и др. Род Paeonia (Paeoniaceae) в России и на сопредельных территориях: ревизия с использованием методов кариосистематики и молекулярной систематики: Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века: материалы всеросс. конференции, 22-27 сентября, Петрозаводск 2008, 69-72.

27. Красная книга Российской Федерации (растения и грибы), URL: https://kologrivskiy-les.ru/wp-content/uploads/2020/04/KRASNAYA-KNIGA-Rasteniya-i-gribyMoskva-2008-g.pdf. Ссылка активна на 20.07.2023.

28. Корытин Н. С. Красная книга Свердловской области: животные, растения, грибы. Екатеринбург: Мир, 2018, 450 с.

29. Атлас ареалов и ресурсо в лекарственных растений СССР, URL: http://flowerlib.ru/books/item/f00/s00/z0000002/index.shtml. Ссылка активна на 20.07.2023.

30. Oidovsambuu S., Kim C. Y., Kang K., Dulamjav B., Jigjidsuren T., Nho C.W. Protective effect of Paeonia anomala extracts and constituents against tert-butylhydroperoxide-induced oxidative stress in HepG2 cells. Planta. Med. 2013;79(2):116-122. DOI: 10.1055/s-0032-1328062.

31. Васфилова Е. С. и др. Дикорастущие лекарственные растения Урала: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2014, 204 с.

32. Накарякова Н. И. Разработка лекарственных препаратов на основе пиона садовых сортов: дис. …канд. фарм. наук: 14.04.01. Пермская государственная фармацевтическая академия, Пермь, 2018, 190 с.

33. Yan Z., Xie L., Li M., Yuan M., Tian Y., et al. Phytochemical components and bioactivities of novel medicinal food – Peony roots, Food Res. Int. 2020;140(27):109902. DOI: 10.1016/j.foodres.2020.109902.

34. Реут А. А., Миронова Л. Н. Исследование элементного и аминокислотного состава растительного сырья некоторых представителей рода Paeonia L. Субтропическое и декоративное садоводство. 2013;48:200-203.

35. Ecosystema, URL: http://ecosystema.ru. Ссылка активна на 20.07.2023.

36. Zhou Shi-Liang, Zou Xin-Hui, Zhou Zhi-Qin, Liu Jing, Xu Chao, Yu Jing, Wang Qiang, Zhang Da-Ming et al. Multiple species of wild tree peonies gave rise to the ‘king of flowers’, Paeonia suffruticosa Andrews”, 2014, URL: http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/281/1797/20141687. Ссылка активна на 17.07.2023. DOI: 10.1098/rspb.2014.1687.

37. Успенская М. С., Мурашев В. В. История селекции пиона древовидного. Сборник научных трудов ГНБС. 2017;145:155-161.

38. Сосновец А. А., Фомичева В. Ф. Ускоренное выращивание пионов из семян. Цветоводство. 1962;6:9.

39. Былов В.Н. Селекция и гибридизация пионов. Интродукция и селекция цветочных декоративных растений, М., Наука. 1978, 77-82.

40. Миронова Л. А., Реут А. А. Пионы. Достижения отечественных селекционеров. Вавилов. журн. генетики и селекции. 2013;2:349-358.

41. Золотарёва Н. В., Подгаевская Е. Н., Золотарёв М. П. Находки редких видов высших растений в Свердловской области. Бюллетень МОИП. Отд. биол. 2015;120(6):81-83.

42. Красная книга Курганской области, URL: http://www.priroda.kurganobl.ru/assets/files/Ohrana/krasnKniga/Fauna.pdf. Ссылка активна на 20.07.2023.

43. Миркин Б. М. Красная книга Республики Башкортостан. Уфа: МедиаПринт, 2011, 384 с.

44. Красная книга Ханты-Мансийского автономного округа – Югры: животные, растения, грибы, URL: http://www.oopt.aari.ru/ref/736. Ссылка активна на 20.07.2023.

45. Лагунов А. В. Красная книга Челябинской области: животные, растения, грибы. М.: Реарт, 2017, 504 с.

46. Дёгтева С. В. Красная книга Республики Коми. Сыктывкар: Коми республиканская типография, 2019, 768 с.

47. Петрова О. А. Красная книга Тюменской области: Животные, растения, грибы. Кемерово: ООО «ТЕХНОПРИНТ», 2020, 460 с.

48. iNaturalis, URL: https://www.inaturalist.org. Ссылка активна на 20.07.2023.

49. Leitch A. R. Biological relevance of polyploidy: ecology to genomics. Biological Journal of the Linnean Society. 2004;82:651-663.

50. Кайгалов И. В. Размер генома рода Paeonia L. в различные периоды вегетации: магистерская диссертация по направлению подготовки: 06.04.01, Биология. Барнаул, 2019.

51. Meng J., Guo J., Li T., Chen Z., Li M., Zhao D., Tao J. Analysis and Functional Verification of PlPM19L Gene Associated with Drought-Resistance in Paeonia lactiflora Pall, Int. J. Mol. Sci. 2022;10;23(24):15695. DOI: 10.3390/ijms232415695.

52. Sun J., Wu Y., Shi M., Zhao D., Tao J. Isolation of PlANS and PlDFR genes from

53. herbaceous peony (Paeonia lactiflora Pall.) and its functional characterization in Arabidopsis and tobacco. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2020;141:435-445. DOI: 10.1007/s11240-020-01802-9

54. Liu L., Wu Y., Zhao D., Tao J. Integrated mRNA and microRNA transcriptome analyses provide insights into paclobutrazol inhibition of lateral branching in herbaceous peony. 3 Biotech. 2020;10(11):496. DOI: 10.1007/s13205-020-02489-7.

55. Zhao D., Luan Y., Shi W., Tang Y., Huang X., Tao J. Melatonin enhances stem strength by increasing lignin content and secondary cell wall thickness in herbaceous peony. Journal of Experimental Botany. 2022;73(17):5974-5991. https://doi.org/10.1093/jxb/erac165.

56. Tang Y., Lu L., Sheng Z., Zhao D., Tao J. An R2R3-MYB network modulates stem strength by regulating lignin biosynthesis and secondary cell wall thickening in herbaceous peony. The Plant Journal. 2023;113(6)1237-1258. DOI: 10.1111/tpj.16107.

57. Wu Y., Hao Z., Tang Y., Zhao D. Anthocyanin Accumulation and Differential Expression of the Biosynthetic Genes Result in a Discrepancy in the Red Color of Herbaceous Peony (Paeonia lactiflora Pall.) Flowers. Horticulturae. 2022;8(4):349. https://doi.org/10.3390/horticulturae8040349.

58. Zhang T., Tang Y., Luan Y., Cheng Z., Wang X., Tao J., Zhao D. Herbaceous peony AP2/ERF transcription factor binds the promoter of the tryptophan decarboxylase gene to enhance high-temperature stress tolerance. Plant Cell Environ. 2022;45(9):2729-2743. DOI: 10.1111/pce.14357.

59. Wu Y., Li T., Cheng Z., Zhao D., Tao J. R2R3-MYB Transcription Factor PlMYB108 Confers Drought Tolerance in Herbaceous Peony (Paeonia lactiflora Pall.). Int J Mol Sci. 2021;22(21):11884. DOI: 10.3390/ijms222111884.

60. Sun J., Chen T., Wu Y., Tao J. Identification and functional verification of PlFT gene associated with flowering in herbaceous peony based on transcriptome analysis. Ornamental Plant Research. 2021;1(1):1-15. DOI: 10.48130/OPR-2021-0007.

61. Ji X., Wang M. Xu Z., Wang K., Sun D., Niu L. PlMYB308 Regulates Flower Senescence by Modulating Ethylene Biosynthesis in Herbaceous Peony. Front Plant Sci. 2022;13:872442. DOI: 10.3389/fpls.2022.872442.

62. Çetiz Mehmet Veysi, Emine Akyuz Turumtay, Nesibe Arslan Burnaz, Fatma Neriman Özhatay, Erdal Kaya, Abdulrezzak Memon, Halbay Turumtay. Phylogenetic analysis based on the ITS, matK and rbcL DNA barcodes and comparison of chemical contents of twelve Paeonia taxa in Türkiye. Molecular Biology Reports. 2023;50(6):5195-5208. DOI: 10.1007/s11033-023-08435-z.

63. Ефимов С. В., Дегтярева Г. В., Терентьева Е. И., Самигуллин Т. Х., Вальехо-Роман К. М. Взаимоотношение видов Paeonia anomala, P. intermedia и P. hybrida (Paeoniaceae) по данным о последовательностях ITS ядерной рибосомной ДНК и ycf1 хлоропластной ДНК: Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: Сборник научных статей по материалам XV международной научно-практической конференции, 23-26 мая, Барнаул, 2016 г., 112-116.