|
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ КЛІТИННОЇ БІОЛОГІЇ І ГЕНЕТИЧНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ
ПІРКО Ярослав Васильович
УДК 575:581.9:634.946:711.1(477.60)
ПОПУЛЯЦІЙНО-ГЕНЕТИЧНА МІНЛИВІСТЬ
ТРЬОХ КОРІННИХ ВИДІВ РОДУ PINUS L.
В УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТАХ І РОЗТОЧЧІ
03.00.15. - генетика
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2001
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у відділі промислової ботаніки Донецького
ботанічного саду НАН України
Науковий керівник: доктор біологічних наук,
старший науковий співробітник
Коршиков Іван Іванович,
Донецький ботанічний сад НАН України,
завідуючий відділом
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук,
старший науковий співробітник
Терновська Тамара Костянтинівна,
Інститут агроекології та біотехнології УААН
доктор біологічних наук, професор
Царик Йосип Володимирович,
Інститут екології Карпат НАН України,
завідуючий відділом популяційної екології
Провідна установа: Дніпропетровський національний університет,
м. Дніпропетровськ
Захист відбудеться 22.05.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.202.01. при Інституті клітинної біології і генетичної інженерії НАН України за адресою: 03143, м. Київ, вул. Заболотного, 148.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту клітинної біології і генетичної інженерії НАН України (03143, Київ, вул. Заболотного, 148).
Автореферат розісланий 20.04.2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат біологічних наук Науменко В. Д.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В глобальній проблемі збереження біологічної різноманітності актуальним завданням є дослідження внутрівидового та міжвидового генетичного поліморфізму. Для вивчення популяційно-генетичної мінливості виду широко і з успіхом застосовуються як молекулярно-генетичні маркери первинні продукти спадкового коду организмів – білки, що розділяються методом електрофорезу (Созинов, 1985; Алтухов, 1989, Глазко, Созинов, 1993). За допомогою ізоферментного маркування з'ясовані особливості генетичних структур популяцій десятків видів деревних рослин, особливо хвойних, їх диференціація у межах ареалів у різних еколого-географічних зонах континентів планети, проведено критико-систематичний аналіз для окремих родів, а також вивчений зв'язок алозимної мінливості з мінливістю деяких господарсько- селекційних ознак (Алтухов, 1989; Шурхал и др., 1993; Millar et al., 1988; Ledig et al., 1983). Особливий інтерес для популяційно-генетичних досліджень представляють реліктові популяції видів, в яких повною мірою повинні зберігатися еволюційно сформовані генетичні структури (Алтухов и др., 1996), котрі вважаються "еталонами" для ведення лісового господарства за принципом "постійний ліс" (Стойко, Мазур, 1999). Такі дослідження необхідні для розробки державних і міжнародних програм щодо збереження та відтворення генофондів цінних, часто перебуваючих на межі зникнення лісових видів. З цих позицій важливим є вивчення в Українських Карпатах, найбільш залісненому районі нашої держави, реліктових популяцій сосни звичайної (Pinus sylvestris L.), генетична мінливість яких частково вже досліджувалась (Гончаренко и др., 1993; Волосянчук, 1996), а також популяцій рідкісних видів хвойних, котрі знаходяться на межах своїх ареалів, – сосни гірської (Pinus mugo Turra) та сосни кедрової європейської (Pinus cembra L.), які у високогір'ї відіграють важливу грунтозахисну і водорегулюючу роль.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано у відділі промислової ботаніки Донецького ботанічного саду НАН України. Дослідження є складовою частиною бюджетної теми: "Вивчення популяційно-генетичних механізмів стійкості хвойних у зв'язку з проблемами охорони їх генофонду, лісорозведенням і фітомоніторингом в Україні" (ГР NO198U002101).
Мета та завдання дослідження. Мета досліджень – на основі аналізу мінливості 20-21 алозимного локусу визначити особливості генетичної структури та диференціації реліктових популяцій P. sylvestris, суходільних і болотних популяцій P. mugo та популяції P. cembra у Карпатському регіоні України (Українські Карпати, Розточчя); вияснити філогенетичні взаємозв'язки між цими видами та вираженість деяких морфометричних і репродуктивних показників залежно від індивідуальної гетерозиготності. Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:
- вивчити генетичний контроль 9-10 ферментних систем даних видів;
- виявити особливості генетичної структури і диференціації суходільних і болотних популяцій P. mugo, реліктових популяцій P. sylvestris Українських Карпат і природних популяцій Розточчя, а також з'ясувати генетичну структуру популяції P. cembra;
- на основі даних алозимної мінливості проаналізувати філогенетичні взаємозв'язки близькоспоріднених P. sylvestris і P. mugo, та P. cembra, що належить до іншої підсекції;
- визначити ступінь зв'язку алозимної мінливості у P. sylvestris і P. mugo з мінливістю показників статевої репродукції.
Об'єкт дослідження. Об'єктом дослідження були природні популяції P. sylvestris, P. mugo і P. cembra в Українських Карпатах і Розточчі.
Предмет дослідження. Популяційно-генетична мінливість за 20-21 алозимними локусами трьох видів роду Pinus L. (P. sylvestris, P. mugo і P. cembra) в Українських Карпатах і Розточчі.
Методи дослідження. Електрофоретичний аналіз у поліакріламідному гелі 9-10 ген-ферментних систем, з наступним використанням алозимів для визначення рівня мінливості і диференціації популяцій трьох видів роду Pinus L. у Карпатському регіоні. Аналіз філогенетичних зв'язків між цими видами на основі даних популяційно-генетичної мінливості 20 локусів. Визначення кореляційних зв'язків між індивідуальною гетерозиготністю та мінливістю репродуктивних і морфометричних показників P. sylvestris і P. mugo.
Наукова новизна одержаних результатів. На основі даних ізоферментного аналізу вперше вивчено генетичну структуру і диференціацію природних популяцій P. mugo в Українських Карпатах. Визначені параметри основних показників генетичного поліморфізму чотирьох популяцій P. sylvestris, включаючи і реліктові, та однієї популяції P. cembra у Карпатському регіоні. На основі даних алозимної мінливості проведений аналіз філогенетичних взаємозв'язків між P. mugo, P. sylvestris і P. cembra. Досліджено зв'язок між мінливістю генетичних (моногенних) і морфометричних, а також репродуктивних показників. Встановлено, що рослини P. sylvestris і P. mugo, що відрізняються за формою шишки (індекс), мають і певні генетичні відмінності.
Практичне значення одержаних результатів. Результати проведених досліджень можуть бути використані при формуванні національних програм з генетичного моніторингу, охорони генофонду та лісовідновлення хвойних видів. Дані про генетичну структуру природних популяцій вивчених видів Pinus L. в Українських Карпатах можна застосувати при розробці регіональних програм відновлення лісів на антропогенно трансформованих територіях. Їх реалізація в подальшому буде сприяти зниженню ризику виникнення екологічних катастроф, подібних до тих, що мали місце в цьому регіоні в останні роки. Результати генетичної паспортизації дерев P. sylvestris в Карпатскому національному природному парку можна використовувати при розробці генетично оптимальних схем закладення клонових лісонасінних плантацій та у селекційно-генетичному поліпшенні цього виду. Для встановлення генотипу дерева можна використовувати пилок, що значно скорочує час і матеріальні витрати на проведення популяційно-генетичних досліджень. Одержані результати і встановлені закономірності можуть бути використані у вищих учбових закладах у процесі викладання дисциплін “Популяційна генетика”, “Дендрологія” та “Лісознавство”.
Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним завершеним дослідженням, вона базується на зібраних матеріалах та виконаних експерементальних дослідженнях, опрацьованих і проаналізованих особисто автором протягом навчання в аспірантурі в 1997 – 2000 рр. З колективно надрукованих робіт в дисертації використано матеріали, що отримані автором самостійно. Права співавторів публикацій не порушені.
Апробація результатів дисертації. Результати роботи апробовані на конференції “Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку” (м. Донецьк, 3-6 вересня 1998), на конференції молодих вчених-ботаніків України (м. Ніжин, 14-17 вересня 1999), на X Всеукраїнській науковій конференції аспірантів та студентів “Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів” (м. Донецьк, 11-13 квітня 2000), на Мiжнародній науково-практичній конференції “Нацiональнi природнi парки: проблеми становлення i розвитку” (м. Яремча, 14-17 вересня 2000), на VII конференції молодих вчених "Проблеми фiзiологiї рослин i генетики на рубежi третього тисячолiття" (м. Київ, 18-20 жовтня 2000); а також на засіданнях лабораторії фізіології стійкості рослин ім. В.П.Тарабріна і Вченої ради Донецького ботанічного саду НАН України.
Публикації. За темою дисертації опубліковано 12 робіт, з них 6 статей в періодичних наукових спеціальних виданнях України, що входять до переліку, затвердженого ВАК України.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел (215 публікацій, в тому числі - 73 іноземних) та додатку. Дисертація викладена на 187 сторінках машинопису, з яких 42 сторінки займають 43 таблиці, 9 сторінок - 9 ілюстрацій, 35 сторінок - список використаних джерел, 16 сторінок - додаток.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
ПОЛІМОРФІЗМ БІЛКІВ ЯК ОСНОВНИЙ ПРЕДМЕТ В АНАЛІЗІ ПОПУЛЯЦІЙНО-ГЕНЕТИЧНОЇ РІЗНОМАНІТНОСТІ ВИДУ
(огляд літератури)
Огляд літератури складається з двох підрозділів, в яких розглядаються проблеми генетичного поліморфізму білків і сучасне використання його у дослідженнях генетичної мінливості, структури, підрозділеності популяцій хвойних.
ОБ'ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
В Українських Карпатах і Розточчі під час самостійних експедиційних обстежень у 1998-1999 рр. для досліджень були визначені чотири популяції P. sylvestris, п'ять популяцій P. mugo, і одна – P. cembra в основних місцях розповсюдження цих видів. Їх схематичне розташування зображено на рисунку 1. На верхній межі поширення хвойних лісів на північному макросхилі Чорногірського хребта, на території Карпатського національного природного парку (КНПП), в діапазоні висот 1380 – 1650 м над рівнем моря (н. р. м.) були виділені п'ять локальних популяцій P. mugo. Ізоляційні бар'єри через наявність гірських хребтів і різної висоти над рівнем моря, між
популяціями Б2 та Б або П і Б становили близько 1 км, а найбільшою була відстань (понад 4 км) між популяціями К та Г. В популяції П, що знаходиться на схилі гори Пожижевська у межах 1400 – 1650 м н. р. м., кількість досліджених дерев становила 61. В популяціях Б (1380 м н. р. м.) та Г (1350 м н. р. м.) на сфагнових болотах по обидва боки гори Брескул вивчали відповідно 34 і 18 дерев. У популяції К, на схилі гори Малий Козел (1600 м н. р. м.), кількість особин у вибірці була 21, а в популяції Б2 на кам'янистих розсипах гори Брескул (1560 м н. р. м.) – 30 дерев. Середній вік дерев у всіх досліджуваних вибірках був близько 120 років.
У Розточчі, в популяції Ставчанського лісництва (250 – 300 м н. р. м.; квартал 36; виділи 1, 3; вік дерев – 115 – 150 років; квартал 37, виділи 1-4, вік дерев – 130 – 160 років) було закладено пробну площу РС (31 дерево), а в популяції Верещецького лісництва (250 – 300 м н. р. м.; квартали 10, 11, 12, 17, 18, вік дерев – 100 – 130 років) – пробну площу РВ (30 дерев). В Українських Карпатах пробну площу М (20 дерев) закладено на сфагновому болоті у Мізуньському лісництві Вигодського держлісгоспу (500 м н. р. м.; квартал 13, виділ 18, вік дерев 50 – 75 років); а пробну площу ВГ (26 дерев) – в урочищі “Сісня” в Горганському лісництві Делятинського держлісгоспу (800 – 850 м н. р. м.; квартал 9, виділи 4, 5, 17, 19; вік дерев – 100 – 150 років). Пробну площу сосни кедрової європейської (ГА) закладено в популяції на горі Гаджина (1400 м н. р. м.) Чорногірського макросхилу. Кількість особин у вибірці – 21, вік дерев – 100-150 років. Популяції для досліджень були визначені при консультативній допомозі д. б. н. К. А. Малиновського, д. б. н. Й. Й. Царика, а також адміністрації і співробітників КНПП, заповідника “Розточчя”, Вигодського держлісгоспу. З кожного дерева збирали по 5-20 жіночих шишок, виміряли їх довжину та товщину, визначали кількість фертильних лусок, повного, пустого та недорозвиненого насіння.
Для проведення ізоферментного аналізу використовували здорове насіння, зібране з дерев 10 пробних площ, зазначених вище. З метою встановлення генотипу кожної з 292 особин проводили електрофорез 9-10 ферментів, екстрагованих з ендоспермів насіння. Електрофоретичне розділення ферментів виконували на приладі ЕЛФ-2 конструкції К. А. Трувеллера, М. Н. Нефедова (1974) в вертикальних пластинках 7,5% поліакріламідного геля за методикою Б. Девіс (1964) в модифікації В. Д. Сафонова і М. П. Сафонової (1971). Гістохімічне проявлення зон ферментативної активності проводили за стандартними методиками (Корочкин и др., 1977; Левитес, 1986; Гончаренко и др., 1989). Для визначення генотипу аналізували ферменти 6-20 і більше ендоспермів насіння. В аналізах рівня генетичної мінливості і диференціації популяцій використовували найбільш уживані методи та показники, що застосовують у популяційно-генетичних дослідженнях (Алтухов, 1989; Животовский, 1990; Гончаренко и др., 1992). Міжвибіркову гетерогенність частот алелів і генотипів оцінювали за допомогою критерію ?2 і показника подібності (r) та критерію ідентичності (I) за Л. А. Животовським (1979).
Генетичний контроль ізоферментних систем у ТРЬОХ ВИДІВ роду Pinus L. в Українських Карпатах і Розточчі
В результаті проведених досліджень у трьох аборигенних видів роду Pinus L. в Українських Карпатах і Розточчі виявлено 80 електрофоретичних варіантів – продуктів 20 спільних локусів. Кількість алелів і генотипів, встановлену у досліджуваних видів за поліморфними локусами, наведено у таблиці 1. Для проведення в подальшому філогенетичних досліджень були уніфіковані позначення алелів за системою С. Пракаша (Prakash,1969). Базисним видом був P. sylvestris. Алелі, що траплялися у цього виду з найбільшою частотою, позначали як 1,00. Електрофоретичну рухомість усіх інших алелів, включаючи і алозимні варіанти, виявлені у P. mugo і P. cembra, обраховували відносно алелів 1,00 P. sylvestris. Винятками були локуси Mdh-1, який аналізували тільки у P. cembra та Idh-2, що вивчали у P. mugo.
Аспартатамінотрансфераза (GOT, К. Ф. 2.6.1.1). Цей фермент спостерігали на гелевих пластинках у вигляді чотирьох зон активності, що кодуються трьома локусами: Got-1, Got-2, Got-3. Локуси Got-1 та Got-2 представлені на гелях поодинокими, а Got-3 – двома синхронно мігруючими смугами активності. У P. cembra всі локуси мономорфні. У P. mugo та P. sylvestris в локусі Got-1 виявлений поліморфізм. В цілому у трьох видів сосни в локусі Got-1 визначено 5 алелів, Got-2 – 7 алелів, а в локусі Got-3 – 5 алелів. Алелі Got-10,80, Got-20,60, Got-21,14, Got-31,08 характерні тільки для P. mugo; Got-10,90 і Got-2null – тільки для P. sylvestris; а Got-11,09, Got-21,21 і Got-31,40 – були притаманні P. cembra (зустрічалися з частотою 1,00).
Глутаматдегідрогеназа (GDH, К. Ф. 1.4.1.2). При гістохімічному забарвленні проявляється одна зона активності ферменту, що контролюється одним локусом. У P. cembra досліджуваний локус був мономорфним, а у P. mugo та P. sylvestris – поліморфним. В цьому локусі виявлено 4 алелі, з них Gdh-11,17 тільки у P. mugo, а Gdh-11,06 – виключно у P. cembra.
Діафораза (DIA, К. Ф. 1.6.4.3). Електрофоретичний спектр цього ферменту складається з чотирьох зон активності, що контролюються чотирма локусами Dia-1, Dia-2, Dia-3 та Dia-4. Смуги Таблиця 1
Кількість алелів і генотипів поліморфних локусів у досліджених популяціях P. sylvestris, P. mugo і P. cembra в Українських Карпатах та Розточчі
Локус P. mugo P. sylvestris P. cembra
Алелі Генотипи Алелі Генотипи Алелі Генотипи
Got-1 3 4 3 4 1 1
Got-2 5 7 4 5 1 1
Got-3 4 5 3 4 1 1
Gdh-1 3 4 2 3 1 1
Dia-1 4 8 3 4 2 2
Dia-2 3 4 2 2 2 2
Dia-4 3 4 3 4 2 2
Mdh-2 3 3 2 2 2 2
Mdh-3 4 6 4 6 1 1
Mdh-4 3 5 4 7 1 1
Sod-4 1 1 1 1 2 3
Fdh-1 3 4 3 4 1 1
Adh-1 2 2 2 2 2 3
Adh-2 1 1 1 1 2 3
Acp-2 3 6 3 3 4 5
Lap-1 4 8 4 4 2 2
Lap-2 3 4 4 5 3 5
зони, яка контролюється локусом Dia-3, при гістохімічному забарвленні проявлялися нестабільно, тому в подальшому її не аналізували. В локусі Dia-1 виявлено 5 алелів; в Dia-2 і Dia-4 по три алелі. Алель Dia-11,06 був характерним тільки для P. cembra, а Dia-21,10 – для P. mugo.
Малатдегідрогеназа (MDH, К. Ф. 1.1.1.37). На електрофоретичній пластинці відмічено багато зон активності ферменту, що кодуються чотирма локусами – Mdh-1, Mdh-2, Mdh-3 та Mdh-4. Локус Mdh-1 у P. mugo та P. sylvestris проявлявся нестабільно, тому його не аналізували. У P. cembra цей локус був поліморфним з двома алельними варіантами. Сумарна кількість алелів, виявлених у досліджуваних видів, за локусом Mdh-2 становила три, Mdh-3 – шість і Mdh-4 – чотири. Алелі Mdh-21,04, Mdh-30,83, Mdh-30,94 відмічені тільки у P. mugo; Mdh-3null, Mdh-31,02, Mdh-40,90– у P. sylvestris.
Супероксиддисмутаза (SOD, К. Ф. 1.15.1.1). На електрофореграмах цей фермент представлений чотирма зонами активності, що кодуються чотирма локусами Sod-1, Sod-2, Sod-3 та Sod-4. У P. mugo та P. sylvestris досліджувані локуси були мономорфні, в той час як у P. cembra за локусом Sod-4 виявлено поліморфізм, що досить рідко зустрічається у хвойних. Алелі Sod-11,08, Sod-21,13, Sod-40,69, Sod-40,93 властиві виключно P. cembra.
Форміатдегідрогеназа (FDH, К. Ф. 1.2.1.2). При проявленні цього ферменту на гелевих пластинках відмічено одну зону активності, що кодується одним локусом – Fdh-1. В цілому у трьох видів виявлені 4 алелі. Рідкий алель Fdh-10,80 зафіксований тільки у P. mugo, а Fdh-1null, з низькою частотою, траплявся у P. sylvestris.
Алкогольдегідрогеназа (ADH, К. Ф. 1.1.1.1). Цей фермент на гелевих пластинках був у вигляді двох зон активності, що кодуються двома локусами Adh-1 та Adh-2. Локус Adh-2 був мономорфним у P. mugo і P. sylvestris. У досліджених видів у локусі Adh-1 виявлені 4 алелі, а у локусі Adh-2 – 3 алелі. Алелі Adh-11,09, Adh-11,15, Adh-20,83, Adh-20,87 були характерні тільки P. cembra.
Кисла фосфатаза (ACP, К. Ф. 3.1.3.2). При гістохімічному забарвленні на гелевих пластинках проявляється до п'яти зон активності ферменту, проте, для аналізу використовували тільки одну, найбільш чітку. Ця зона кодувалася локусом Acp-2 і була представлена сіма алелями. Алелі Acp-2null, Acp-20,80, Acp-20,93 та Acp-20,96 траплялися тільки у P. sylvestris.
Лейцинамінопептидаза (LAP, К. Ф. 3.4.11.1). У P. mugo та P. sylvestris цей фермент проявлявся у вигляді двох зон активності, що контролюються локусами Lap-1 та Lap-2. У P. cembra відмічено три зони активності ферменту, які контролюються локусами Lap-1, Lap-2 та Lap-3. При цьому локус Lap-3 проявлявся слабо, тільки – при достатньо великому навантаженні субстратом. В локусі Lap-1 виявлені 4 алелі, Lap-2 – 5 алелів. Рідкий алель Lap-2null відмічений у P. sylvestris, а Lap-20,90 – у P. cembra.
Ізоцитратдегідрогеназа (IDH, К.Ф. 1.1.1.42) Цю ферментну систему аналізували тільки у P. mugo. На гелевих пластинках проявлялася у вигляді двох зон активності, які кодуються двома локусами: Idh-1 та Idh-2. Локус Idh-1 проявлявся дуже слабо, тільки – при великому навантаженні субстратом. Щодо локуса Idh-2, то він був мономорфним та представлений одним алелем.
Аналіз сегрегації електрофоретичних варіантів гетерозигот підтверджує те, що виявлені алелі кожного локусу у вивчених видів наслідуються як моногенні ознаки. При порівнянні електрофоретичних варіантів GOT і GDH гаплоїдних ендоспермів та пилку дерев P. mugo встановлено, що останній можна використовувати для визначення генотипу конкретної рослини (Пирко, 1999).
Популяційно-генетична мінливість трьох корінних видів роду Pinus L. в Українських Карпатах і Розточчі
Pinus sylvestris L. в Українських Карпатах і Розточчі. Алельну різноманітність 4 популяцій P. sylvestris в Українських Карпатах і Розточчі представлено 51 електрофоретичним варіантом. Найбільшу кількість алелів (5) виявлено в локусі Got-2, і тільки по 2 – в поліморфних локусах Gdh-1, Dia-2, Mdh-2 і Adh-1. Локуси Sod-1, Sod-2, Sod-3, Sod-4 і Adh-2 були мономорфними. У всіх популяціях за всіма 20 локусами частота алеля 1,00 була вище 0,500. Найбільш мінливим був локус Mdh-3, за яким були гетерозиготними 50,5% дерев, а найнижча гетерозиготність притаманна локусам Got-1 (2,8%), Dia-2 (1,9%) і Adh-1 (0,9%). Згідно з оцінками за стандартним c2-тестом міжпопуляційна гетерогенність частот алелів властива 5 з 15 поліморфних локусів: Dia-4, Fdh-1, Mdh-4, Got-1 і Mdh-3. Тестування на відповідність закону Харді-Вайнберга показало, що всі чотири популяції знаходяться в стані генетичної рівноваги. У досліджених популяціях сосни звичайної виявлено 64 генотипи, половина з яких (32) були гомозиготами. Індекси Pg, які характеризують середню кількість генотипів на локус, варіювали від 2,15 (болотна популяція М) до 2,55 (популяція РС, Розточчя), складаючи в середньому для виду 2,29 генотипи на локус. З 64 виявлених генотипів – 34 (53%) були однакові для всіх досліджених популяцій.
На підставі алельних частот 20 локусів у досліджених популяціях P. sylvestris були обраховані основні показники генетичного поліморфізму (табл. 2). Доля поліморфних локусів за 99%-ним критерієм в середньому становила 62,9%, середня кількість алелей на локус (А) – 2,013, а середньозважені оцінки Но та Не були відповідно 0,187±0,007 і 0,192±0,007. Для реліктових популяцій сосни звичайної у Карпатах властива незначна нестача гетерозигот. Значення основних показників генетичного поліморфізму в природних популяціях P. sylvestris у районі досліджень знаходились у межах їх варіабельності стосовно популяцій цього виду в інших частинах ареалу (Старова та ін., 1991; Гончаренко и др., 1993).
Таблиця 2
Значення основних показників генетичного поліморфізму в природних популяціях P. sylvestris Українських Карпат і Розточчя
Популя-ції Доля поліморфних локусів Середня кіль-кість алелів на локус Середня очікувана гетеро-зиготність Середня наявна гетеро-зиготність Ефективна кількість алелів на локус Індекс фіксації Райта
Р95 Р99 А Не Но ne F
Українські Карпати
ВГ 0,550 0,600 1,850 0,186±0,015 0,177±0,014 1,307 0,048
М 0,550 0,600 1,800 0,188±0,017 0,185±0,017 1,315 0,016
Середнє* 0,550 0,600 1,828 0,187±0,011 0,180±0,011 1,310 0,034
Розточчя
РВ 0,500 0,600 2,000 0,170±0,013 0,188±0,014 1,272 -0,106
РС 0,500 0,700 2,300 0,203±0,014 0,213±0,014 1,339 -0,049
Середнє* 0,500 0,651 2,152 0,187±0,010 0,201±0,010 1,306 -0,077
Середнє* для виду 0,521 0,629 2,013 0,187±0,007 0,192±0,007 1,308 -0,029
Примітка. *– середньозважені оцінки
Для визначення ступеня підрозділеності популяцій P. sylvestris за алельними частотами 20 локусів були розраховані параметри F-статистик Райта і G-статистики Нея. Коефіцієнт інбридингу особини відносно популяції (Fis) становив в середньому -0,008, а коефіцієнт інбридингу особини відносно комплексу популяцій (виду), Fit, дорівнював 0,012. Параметри Fst і Gst, які характеризують підрозділеність популяцій, мали дуже близькі та невисокі значення – 0,020 – 0,022. Це свідчить, що ” 98% всієї генетичної мінливості P. sylvestris у Карпатському регіоні припадає на внутріпопуляційну і тільки 2% – на міжпопуляційну мінливість.
Коефіцієнт генетичної дистанції Нея (1972), коливаючись у діапазоні від 0,005 між розміщеними поруч популяціями (РВ та РС), до 0,011 – між просторово ізольованими (М та РВ), в середньому для 4-х популяцій був 0,008 (табл. 3, над діагоналлю). Це свідчить про незначну диференціацію популяцій P. sylvestris в Українських Карпатах і Розточчі. В той же час за складом і частотами генотипів вони вірогідно відрізнялися, про що свідчать показники генетичної
подібності (r) за Л. А. Животовським (1979), розраховані на основі частот генотипів (табл. 3, під діагоналлю).
Таблиця 3
Генетичні дистанції Нея (1972) та показники генетичної подібності Л. А. Животовського (1979) між популяціями P. sylvestris Українських Карпат і Розточчя
Популяції ВГ РВ РС М
ВГ ------ 0,006 0,010 0,010
РВ 0,957*** ------ 0,005 0,011
РС 0,947*** 0,963*** ------ 0,007
М 0,939*** 0,948*** 0,937*** ------
Примітка. *** – різниця між популяціями вірогідна при Р<0,999
На основі значень дистанцій Нея методом UPGMA побудовано дендрограму, з якої видно, що розміщені поруч популяції Розточчя РВ і РС об'єднались в один кластер, а найбільші генетичні відмінності властиві популяції М (рис. 2). В цілому, проведені дослідження свідчать, що популяції сосни звичайної в Українських Карпатах і Розточчі, незважаючи на певну ізольованість від основного ареалу, мають досить високий рівень генетичної мінливості але слабо диференційовані.
Pinus mugo Turra в Українських Карпатах. В 5 популяціях P. mugo в Українських Карпатах за результатами електрофоретичного аналізу 10 ферментних систем виявлені 56 алельних варіантів 21 структурного локуса, з яких Sod-1, Sod-2, Sod-3, Sod-4, Adh-2 і Idh-2 – мономорфні. У загальній вибірці P. mugo більше половини дерев гетерозиготні за локусами Dia-1, Lap-1 і Acp-2. Низька гетерозиготність властива локусам Got-1 і Mdh-2, всього 4,3%, а також локусу Adh-1 – 6,2%. Вірогідну міжвибіркову алельну і генотипічну гетерогенність встановлено за допомогою ?2-тесту для 10 з 15 мінливих локусів. В досліджених популяціях сосну гірську представлено 80 генотипами, з яких 30 – однакові для всіх популяцій. Індекс генотипічного поліморфізму (Pg) в середньому для виду становив 2,65 генотипи на локус. Аналіз попарних порівнянь алельної гетерогенності показав, що найбільше дивергувала одна з висотних популяцій P. mugo (Б2). Вагомий вклад в алельну гетерогенність досліджених популяцій P. mugo вносить локус Mdh-4.
Основні показники генетичного поліморфізму, наведені в таблиці 4, свідчать, що в болотних і суходільних популяціях P. mugo доля поліморфних локусів в середньому становила 0,619 (Р99). Середні значення інших показників генетичної мінливості були трохи менші в болотних, ніж в суходільних популяціях. У досліджених популяціях P. mugo у кожного дерева в середньому 21,3% генів перебувають у гетерозиготному стані. Слід зазначити, що середнє значення наявної гетерозиготності (Но) у популяціях P. mugo в Українських Карпатах (Но=0,213±0,006) було близьким до раніше одержаного (Но=0,220±0,017) при вивченні популяцій цього виду в Польських Татрах (Siedlewska, Prus–Glowacki, 1994). В цілому популяції P. mugo в Українських Карпатах знаходяться в стані, близькому до рівноваги, згідно з законом Харді-Вайнберга, хоча невеликі позитивні значення індексу фіксації Райта свідчать про незначний дефіцит гетерозигот.
Таблиця 4
Значення основних показників генетичної мінливості в природних популяціях P. mugo в Українських Карпатах
Популяція Доля поліморфних локусів Середня кількість алелів на локус Середня очікувана гетеро-зиготність Середня наявна гетеро-зиготність Ефек-тивна кількість алелів на локус Індекс фіксації Райта
Р95 Р99 А Не Но ne F
Суходільні
К 0,476 0,619 1,952 0,225±0,017 0,236±0,016 1,436 -0,049
П 0,619 0,667 2,381 0,224±0,010 0,207±0,010 1,393 0,076
Б2 0,476 0,524 1,857 0,206±0,013 0,213±0,013 1,395 -0,034
Середнє* 0,554 0,619 2,160 0,219±0,008 0,214±0,008 1,616 0,023
Болотні
Б 0,571 0,619 2,000 0,197±0,013 0,182±0,012 1,360 0,076
Г 0,524 0,619 1,952 0,207±0,017 0,225±0,017 1,402 -0,087
Середнє* 0,555 0,619 1,983 0,200±0,011 0,197±0,010 1,375 0,015
Середнє для виду* 0,554 0,619 2,104 0,213±0,006 0,209±0,006 1,393 0,020
Примітка. *– середньозважені оцінки
Показники F статистики Райта також свідчать про невелику недостачу гетерозигот у досліджених популяціях P. mugo (Fis=0,017) і про 4,2% їх недостачу в цілому для виду у даній частині ареалу (Fit=0,042). Параметри Fst і Gst, які характеризують підрозділенність популяцій, мають невисокі значення і дорівнюють 0,027 та 0,032 відповідно. Тобто, у P. mugo в Українських Карпатах близько 97% генетичної мінливості припадає на внутріпопуляційну і тільки 3% – на міжпопуляційну, що характерно для багатьох інших видів хвойних (Гончаренко и др., 1993; Шурхал и др., 1993; Коршиков и др., 2000). Коефіцієнт дистанції Нея між популяціями P. mugo змінювався від 0,011 до 0,032, в середньому він був 0,018 (табл. 5, вище діагоналі). Найбільш генетично диференційованою виявилася популяція Б2, для якої в двох випадках відмічені найбільші значення генетичної дистанції Нея (0,024 і 0,032). Всі п'ять досліджених популяцій помітно відрізнялися і за показниками подібності Л. А. Животовського, обрахованих за частотами генотипів (табл. 5, під діагоналлю). Таким чином, незважаючи на високий ступінь локальності популяцій сосни гірської, генетична дистанція між ними сягає рівня, що характерний для більш віддалених, іноді на сотні кілометрів, популяцій хвойних (Политов и др., 1992; Гончаренко и др., 1993; Тимерьянов и др., 1996; Шигапов и др., 1998).
Таблиця 5
Генетичні дистанції Нея (1972) і показники генетичної подібності Л. А. Животовського (1979) між популяціями P. mugo в Українських Карпатах
Популяції К П Б Г Б2
К ----- 0,013 0,023 0,021 0,019
П 0,951*** ----- 0,013 0,013 0,015
Б 0,932*** 0,940*** ----- 0,011 0,024
Г 0,944** 0,954** 0,954** ----- 0,032
Б2 0,912*** 0,926*** 0,909*** 0,889*** -----
Примітка. Різниця між популяціями вірогідна при * – Р<0,95; ** – P<0,99; *** – P<0,999
|
