Phytochemical and morphological differentiation of natural populations of Satureja montana L., S. kitaibelii Wierzb. ex Heuff. and S. subspicata Bartl. ex Vis. (Lamiaceae)

Abstract

Analizirana je morfološka i fitohemijska varijabilnost, kao i diferencijacija prirodnih populacija taksona roda Satureja (Lamiaceae) sa prostora Balkana. Morfološki karakteri su izmereni kod 366 individua iz 27 prirodnih populacija S. montana ssp. montana, S. montana ssp. variegata, S. montana ssp. pisidica, S. kitaibelii, S. subspicata ssp. subspicata, S. subspicata ssp. liburnica. Proučavano je 12 morfoloških karaktera (šest karaktera lista i šest čašice). Karakteri čašice su pokazali mnogo manju intrapopulacionu varijabilnost i bolje su odslikavali razlike između taksona, naročito podvrsta unutar vrste S. subspicata. Primenjene univarijante i multivarijantne statističke metode su pokazale različite stepene diferencijacije na različitim nivoima u zavisnosti od vrste. Diferencijacije populacija je pokazana kod S. kitaibelii i delimično kod S. subspicata. Dve podvrste S. subspicata se na osnovu morfoloških karaktera jasno odvajaju. U slučaju S. montana nisu uočene diferencijacije, ni na jednom nivou, zbog velike intrapopulacione varijabilnosti. Uočene su korelacije morfoloških karaktera i pojedinih bioklimatskih parametara, uglavnom vezanih za temperaturu i padavine. Takođe, kod S. subspicata postoji i pozitivna korelacija između morfoloških karaktera i geografskog regiona, što nije bio slučaj kod druge dve vrste. Određen je sastav i relativni udeo komponenti površinskih flavonoida izolovanih sa celih listova kod 108 individua iz 25 prirodnih populacija sa Balkana. Detektovano je 11, a identifikovano 10 jedinjenja. Kod populacija S. subspicata ssp. subspicata je bilo prisutno svih 11 jedinjenja, dok je u zavisnosti od populacije broj jedinjenja kod druge dve vrste varirao 5-10 (S. montana) i 7-10 (S. kitaibelii). U profilu S. montana u većini slučajeva dominiraju 5,6- diOH-7,3'4'-triMe flavon i cirzimaritin, kod S. kitaibelii ksantomikrol i cirzimaritin, a unutar S. subspicata ksantomikrol i cirzimaritin (ssp. liburnica), odnosno ksantomikrol i 8- metoksicirzilineol (ssp. subspicata). Udeo ksantomikrola je najveći kod populacija S. subspicata ssp. liburnica (skoro 60 %). Površinski flavonoidi, analizirani statističkim metodama, na celom setu podataka, pokazuju diferencijaciju između vrsta, uključujući i podvrste. Najviše se odvaja tipska podvrsta S. subspicata od svih ostalih taksona. Iako podvrsta S. montana ssp. montana pokazuje najveću varijabilnost, kontinentalne populacije ove podvrste se preklapaju sa populacijama S. kitaibelii s jedne, dok se primorske preklapaju sa populacijama S. montana ssp. variegata, s druge strane. Populacije S. subspicata ssp. liburnica se po sastavu flavonoida nalaze između ovih primorskih i kontinentalnih populacija. Uočena je korelacija sastava površinskih flavonoida i geografske distribucije populacija, jaka kod S. subspicata i S. kitaibelii, a slaba kod S. montana...This thesis deals with morphological and phytochemical variability and differentiation of natural populations of taxa belonging to genus Satureja L. (Lamiaceae) (S. montana ssp. montana, S. montana ssp. variegata, S. montana ssp. pisidica, S. kitaibelii, S. subspicata ssp. subspicata and S. subspicata ssp. liburnica) from the Balkans. Morphological characters were measured in 366 individuals from 27 natural populations of selected taxa. In total 12 morphological characters were studied (six leaf and six calyx characters). Calyx characters varied less at the intrapopulation level and better reflected differences between the taxa, particularly between S. subspicata subspecies. Applied statistical methods (univariate and multivariate) showed diverse differentiation levels depending on the species studied. The separation between populations was observed in S. kitaibelii (complete) and in S. subspicata (partial). However, two S. subspicata subspecies were clearly differentiated. In the case of S. montana due to the high intrapopulation variability, no separation was found. Correlations between some of the morphological characters and some of the bioclimate parameters mostly related to temperature and precipitation were observed. Positive correlation between the morphological characters and the geographic region was shown only in S. subspicata. The surface flavonoids composition has been determined by HPLC and LC-MS analysis in 108 individuals from 25 natural populations. In total, 11 compounds were detected and 10 identified. All of them were present in S. subspicata ssp. subspicata, while in other two species number of compounds varied depending on the population studied (5-10 compounds in S. montana and 7-10 in S. kitaibelii). Surface flavonoids profile of S. montana, in most cases, was dominated by 5,6-diOH-7,3'4'-triMe flavone and cirsimaritin, while xanthomicrol and cirsimaritin dominated profiles of S. kitaibelii and S. subspicata ssp. liburnica. In S. subspicata ssp. subspicata xanthomicrol and 8-methoxycirsilineol were dominant. Xanthomicrol percentage was the highest in the S. subspicata ssp. liburnica (almost 60%). Flavonoids analyzed by statistical methods, in the whole dataset, showed differentiation among species including subspecies, particularly S. subspicata ssp. subspicata. Although, S. montana ssp. montana showed the highest variability of flavonoid composition, based on composition, continental populations of this subspecies overlap with S. kitaibelii populations, on one side, while coastal populations overlap with S. montana ssp. variegata populations, on the other. S. subspicata ssp. liburnica populations, based on flavonoid composition, were between those coastal and continental populations. Also, data showed a correlation between flavonoid composition and populations' geographical distribution – strong for S. subspicata and S. kitaibelii populations, and weak for S. montana..