The chloroplast DNA sequences of Megaleranthis saniculifolia, an endemic and monotypic endangered plant species, were completed in this study (GenBank FJ597983). The genome is 159,924 bp in length. It harbors a pair of IR regions consisting of 26,608 bp each. The lengths of the LSC and SSC regions are 88,326 bp and 18,382 bp, respectively. The structural organizations, gene and intron contents, gene orders, AT contents, codon usages, and transcription units of the Megaleranthis chloroplast genome are similar to those of typical land plant cp DNAs. However, the detailed features of Megaleranthis chloroplast genomes are substantially different from that of Ranunculus, which belongs to the same family, the Ranunculaceae. First, the Megaleranthis cp DNA was 4,797 bp longer than that of Ranunculus due to an expanded IR region into the SSC region and duplicated sequence elements in several spacer regions of the Megaleranthis cp genome. Second, the chloroplast genomes of Megaleranthis and Ranunculus evidence 5.6% sequence divergence in the coding regions, 8.9% sequence divergence in the intron regions, and 18.7% sequence divergence in the intergenic spacer regions, respectively. In both the coding and noncoding regions, average nucleotide substitution rates differed markedly, depending on the genome position. Our data strongly implicate the positional effects of the evolutionary modes of chloroplast genes. The genes evidencing higher levels of base substitutions also have higher incidences of indel mutations and low Ka/Ks ratios. A total of 54 simple sequence repeat loci were identified from the Megaleranthis cp genome. The existence of rich cp SSR loci in the Megaleranthis cp genome provides a rare opportunity to study the population genetic structures of this endangered species. Our phylogenetic trees based on the two independent markers, the nuclear ITS and chloroplast MatK sequences, strongly support the inclusion of the Megaleranthis to the Trollius. Therefore, our molecular trees support Ohwi's original treatment of Megaleranthis saniculifolia to Trollius chosenensis Ohwi.
To elucidate the taxonomic status of the genus Megaleranthis Ohwi, a monotype in Korea, its distribution and morphological characteristics were studied and a cluster analysis was performed. The cluster analysis showed that Megaleranthis was separately clustered from Trollius and Calathodes. Megaleranthis is morphologically different from Calathodes Hook.f. et Thomson in having petals, and from Trollius L. in having an involucre instead of a caulescent leaf under the flower and follicles with simple veins. The three genera above are distributed independently within Asia, although they can be found together at the boundaries where their distributions overlap: Trollius and Calathodes occur together between the Sichuan and Yunnan provinces in China, and Megaleranthis and Trollius can both be found on the northern edge of the Korean Peninsula. From both a morphological and a distributional viewpoint, Megaleranthis should be recognized as an independent genus different from both Trollius and Calathodes.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.15
no.3
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pp.75-84
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2012
The importance of the genetic value of native plants has been raised recently after the adoption of Nagoya Protocol. In this stream, this research focused on the future distribution of Megaleranthis saniculifolia which has been evolved and adapted to Korean natural environment and classified as an endemic endangered species by IUCN. The distribution of the species in future are projected based on 'present potential distribution area' by adopting SRES (Special Report on Emission Scenarios) A1B climate change scenario using 6 types of GCM (General Circulation Model). The major results of the research are as follows : habitats of Megaleranthis saniculifolia. (1) will be reduced by 44% nation wide; (2) in Chungcheongngnam Do and Jeollanam Do will be the most affected; and (3) in high altitude in Chungcheongbuk Do, Gyunggi Do and Gangwon Do will be relatively less affected.
Anatomical features of seed coat were examined on Trollius, Calathodes, and Caltha of Ranunculaceae to evaluate the taxonomic circumscription of Megaleranthis saniculifolia, which is monotypic and endemic in Korea. Megaleranthis saniculifolia showed the exotestal type of seed coat exhibiting a well-developed palisade structure in exotesta and its external surface of exotesta cells was concave. On the other hand, the shape of exotesta cells in Caltha was cuboidal and the outer surface was smooth. The exotesta of Calathodes seeds was formed of the palisade structure like M. saniculifolia, but the outer surface of exotesta cells was smooth. The palisade structure was much better developed in the exotesta of Calathodes as well as Megaleranthis seeds than in the exotesta of Trollius seeds. The outer surface of exotesta cells in Trollius was either convex or concave according to the species examined. Since the genera of the subtribe Calthinae of the family display differences in seed sculpturing and the anaotmy of seed coat, these characteristics are useful to access taxonomic relationships among them. The morphological and anatomical features of seed coat suggest that Megaleranthis be possibly allied with Trollius rather than Caltha or Calathodes. Concave surface of seed coat cells and well-developed palisade structure of exotesta are shared by M. saniculifolia and some species of Trollius in common.
Background: Temperature-driven variation in pollinator assemblage and activity are important information, especially at high altitudes, where rising temperature trends exceed global levels. Temporal patterns of pollinators in a flowering season can be used as a proxy to predict the changes of high-altitude plants' mutualistic relationships. We observed a spring temperature change in one population of a high-altitude endemic species, Megaleranthis saniculifolia on Mt. Sobaeksan, and related it to pollinator assemblage and activity changes. Methods: This study was conducted at two sites, each facing different slopes (NE and NW), for two times in the spring of 2013 (early-flowering, April 27-28, vs. mid-flowering, May 7-8, 2013). We confirmed that the two sites were comparable in snowmelt regime, composition of flowering plants, and flower density, which could affect pollinator assemblage and activity. Pollinator assemblage and activity were investigated at three quadrats ($1m^2$ with 5-m distance) for each site, covering a total of 840 min observation for each site. We analyzed correlations between the temperature and visitation frequency. Results: Twelve pollinator species belonging to four orders were observed for M. saniculifolia at both sites during early- and mid-flowering times. Diptera (five species) and hymenopteran species (four species) were the most abundant pollinators. Pollinator richness increased at both sites toward the mid-flowering time [early vs. mid = 7 (NE) and 3 (NW) vs. 9 (NE) and 5 (NW)]. Compared to the early-flowering time, visitation frequency showed a fourfold increase in the mid-flowering time. With the progression of spring, major pollinators changed from flies to bees. Upon using data pooled over both sites and flowering times, hourly visitation frequency was strongly positively correlated with hourly mean air temperature. Conclusions: The spring temperature change over a relatively brief flowering period of M. saniculifolia at high altitudes can alter pollinator assemblages through pollinator dominance and visitation frequency changes. Thus, this study emphasizes information on intra- and inter-annual variations in the mutualistic relationship between pollinators and M. saniculifolia to further assess the warming impacts on M. saniculifolia's reproductive fitness.
Alpine plants with a scarcity of pollinators in harsh environments have been believed to undergo selfing for reproductive assurance; however, contradictory evidence is also available. Snowmelt regimes in alpine areas function to change life history characteristics of alpine plants such as flowering time and duration; yet the effects of snowmelt regimes have never been tested in alpine plants in Korea. This study was conducted to investigate the dichogamy, mating systems, and flowering characteristics of Megaleranthis saniculifolia populations [early and late snowmelt plots (ESP and LSP, respectively)] in a subalpine area of Sobaeksan Mountain in Korea. M. saniculifolia exhibited incomplete protogyny in that despite early maturation of pistils, maturation times of pistils and stamens within flowers were partly overlapped. Control and hand-outcrossing treatments produced significantly higher number of follicles and seeds per flower than autonomous and hand-selfing treatments. Based on the aggregate fruit set, the auto-fertility index (AI) and self-compatibility index (SI) were 0.33 and 0.50, respectively. Snowmelt occurred 10 days earlier in ESP than in LSP, thereby ESP and LSP showed distinct differences with regard to flower longevity and season, but showing no difference in peak flowering dates. We concluded that M. saniculifolia is an incomplete protogynous and largely outcrossing plant requiring pollinator service. Temporal variation in snowmelt time and subsequent changes in flowering characteristics under climate change may further threaten the population persistence of M. saniculifolia which has already been designated as endangered species in Korea.
Monophyly and intergeneric relationships of the tribe Helleboreae, sensu Tamura, and related genera were studied using a 1,100-bp segment at the 5'end of the 26S ribosomal RNA gene. Forty-one OTUs, including eight species of the Helleboreae, were either directly sequenced or obtained from previous publications. Data were analyzed using distance and discrete character methods to infer phylogenetic relationships among the included taxa. The inferred phylogeny did not support monophyly of either Helleboreae or Cimicifugeae whose members were intermixed in our inferred phylogeny. This result is congruent with our previous study, which recommended against finely subdividing, suprageneric higher taxa within the R-chromosome group (subfamily Ranuncluloideae, sensu lato) until more molecular data were accumulated. Our data convincingly suggest the presence of the following three monophyletic groups: the Cimicifuga group (the clade of Actaea, Cimicifuga, Souliea, Eranthis, Anemonopsis, and Beesia), the Trollius group (the clade of Trollius, Megaleranthis, Adonis), and a clade including Anemonopsis and Beesia. Our data also suggest that Trollius and Megaleranthis might be congeners and Eranthis a paraphyletic group.
The basic information of ovule and seed characteristics was investigated for five monotypic and endemic genera in the Korean peninsula as categorized by the Flora of Korea category. The carpels and seeds were sectioned with a rotary microtome. Mature seeds were coated with platinum using an ion sputter and observed using a scanning electron microscope. As a result, Abeliophyllum was found to be anatropous and a unitegmic ovule, with a slightly colliculate seed surface and exotestal seed coat type. The ovule of Coreanomecon was anatropous and bitegmic, having a distinct echinate seed surface, and exo-endotestal seed coat type with a prismatic crystal in the mesotesta. The ovule of Hanabusaya was anatropous and a unitegmic, with a long reticulate seed surface sculpture, and distinct exotestal seed coat type. In addition, a wing developed at the opposite side of the raphe bundle. Megaleranthis was an anatropous and bitegmic ovule, having a small pentagonal disk shape, a concave seed surface and exotestal seed coat type. Finally, Pentactina was also anatropous and a unitegmic ovule, reticulate seed sculpture, and endotestal seed coat type. These data will be proving to be a source of good information for securing bio-sovereignty in the near future.
Vegetation, environmental characteristics and soil analysis of Megaleranthis saniculifolia Ohwi habitats were investigated to propose the basal data for conservation and restoration. M. saniculifolia was distributed around an altitude of 770~1,440 m with an inclination of $0{\sim}20^{\circ}$, and mostly formed discontinuous populations in northern part of valley. The vascular plants from 78 quadrates of 11 habitats were identified 111 taxa. Importance value of M. saniculifolia was 27.05%, and highly ranked 5 species such as Veratrum oxysepalum (5.67%), Corydalis turtschaninovii (5.32%), Aruncus dioicus var. kamtschaticus (4.35%), Meehania urticifolia (4.06%) and Anemone koraiensis (3.91%) were considered to be an affinity with M. saniculifolia. Dominant species of woody plants in 78 quadrates were represented as Cornus controversa, Juglans mandshurica, Quercus mongolica, Acer pseudo-sieboldianum and A. mono in tree (B1) layer, A. pseudo-sieboldianum and Carpinus cordata in subtree (B2) layer, Deutzia glabrata and Prunus padus in shrub (S) layer. Average species diversity was 1.16, and dominance and evenness were found to be 0.12 and 0.81, respectively. Average field capacity was 26.41%, and the organic matter and soil pH were 7.83% and 5.83. Correlation coefficients based on environmental factors, vegetation and soil analysis were showed that the positive correlations between slope degrees and pH, slope degrees and organic matter, dominance and importance value, species diversity and richness, whereas between species diversity and dominance, and importance value and dominance were showed negative correlations.
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