Особенности генетической структуры популяции Pinus sylvestris L. в степной зоне Европейской России
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-2-49-64Ключевые слова:
сосна обыкновенная, SSR-маркер, изоферментный анализ, аллельная структура, генетическое разнообразие, Воронежская областьАннотация
Представлены результаты исследования генетической структуры сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), произрастающей на экологически благоприятной территории степной зоны Европейской России. Объектом исследования служили 35-летние лесные культуры сосны (Воронежская область, Кантемировский район, III бонитет, тип лесорастительных условий – А1, случайная выборка, 60 деревьев). Генетическое разнообразие изучалось на основе микросателлитного анализа 18 SSR-локусов (14 EST-SSR-локусов и 4 nSSR-локусов) и 2 изозимных локусов (шикиматдегидрогеназы и глутаматдегидрогеназы – Skdh и Gdh соответственно). Выявлено, что у изученной популяции все использованные микросателлитные локусы, за исключением lw_isotig02842, являются полиморфными. Получены средние показатели генетической изменчивости, рассчитанные по микросателлитным локусам: доля полиморфных локусов – 94,44 %, среднее число аллелей на локус – 3,500, среднее эффективное число аллелей – 2,466, наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность – 0,209 и 0,493 соответственно, индекс фиксации Райта – 0,577. Насаждение по уровню аллельного разнообразия характеризуется относительно более низкими значениями генетико-статистических популяционных параметров (средней наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготностью) по сравнению с естественными лесостепными популяциями Центрально-Черноземного района. Высокий положительный индекс фиксации Райта указывает на наличие у деревьев повышенной доли инбридинга. Обсуждаются причины и возможная природа выявленного феномена. На основании изоферментного анализа рассмотрена генетическая структура локусов Skdh и Gdh. Результаты свидетельствуют о высокой частоте быстрого аллеля Skdh-11 (82 %) и эмбрионального полулетального аллеля Gdh-11 (22 %), что, по-видимому, можно считать одним из механизмов адаптации популяции к условиям более теплого и сухого климата района степей. Установлен недостаток гетерозигот глутаматдегидрогеназы. Отмечено, что группы EST-SSR- и nSSR-локусов различаются по уровню генетической изменчивости и популяционной структуре. Показано, что совместное использование разных типов генетических маркеров дает возможность получить более полную и объективную информацию об отличительных особенностях генетической структуры сосновых лесов в оптимальной и пессимальной зонах ареала. Изученные 18 микросателлитных локусов могут быть использованы для оценки генетического разнообразия популяций и деревьев сосны обыкновенной в степном районе Европейской России.
Скачивания
Библиографические ссылки
Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М.: Наука, 1989. 328 с. Altukhov Yu.P. Genetic Pprocesses in Populations. Moscow, Nauka Publ., 1989. 328 p. (In Russ.).
Белоконь М.М., Политов Д.В., Мудрик Е.А., Полякова Т.А., Шатохина А.В., Белоконь Ю.С., Орешкова Н.В., Путинцева Ю.А., Шаров В.В., Кузмин Д.А., Крутовский К.В. Разработка микросателлитных маркеров сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour) по результатам полногеномного de novo секвенирования // Генетика. 2016. Т. 52, № 12. С. 1418–1427. Belokon’ M.M., Politov D.V., Mudrik E.A., Polyakova T.A., Shatokhina A.V., Belokon’ Yu.S., Oreshkova N.V., Putintseva Yu.A., Sharov V.V., Kuzmin D.A., Krutovsky K.V. Development of Microsatellite Markers for Siberian Stone Pine (Pinus sibirica Du Tour) Based on the de novo Whole Genome Sequencing. Genetika = Russian Journal of Genetics, 2016, vol. 52, no. 12, pp. 1418–1427. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0016675816120031
Бельгард А.Л. Степное лесоведение. М.: Лесн. пром-сть, 1971. 321 с. Bel’gard A.L. Steppe Forestry. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1971. 321 p. (In Russ.).
Гладков Ю.Ф., Шейкина О.В. Генетический полиморфизм деревьев сосны обыкновенной из смежных болотной и суходольной ценопопуляций по ядерным микросателлитным локусам // Вестн. ПГТУ. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2019. № 4(44). С. 70–79. Gladkov Yu.F., Sheikina О.V. Genetic Polymorphism of the Pinus sylvestris Trees from Bog Land and Upland Cenopopulations on Nuclear SSR Loci. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol’zovaniye = Vestnik of Volga State University of Technology. Series: Forest. Ecology. Nature Management, 2019, no. 4(44), pp. 70–79. (In Russ.). https://doi.org/10.25686/2306-2827.2019.4.70
Ивановская С.И. Генетический потенциал сосновых насаждений Полесского лесосеменного района на основе молекулярно-генетического анализа // Тр. БГТУ. Сер. 1: Лесн. хоз-во. 2012. № 1(148). С. 168–171. Ivanovskaya S.I. Genetic Potential of Pine Plantations of the Polessky Forest Seed Region Area on Molecular Genetic Analysis. Trudy BGTU. Seriya 1: Lesnoye khozyaystvo = Proceedings of BSTU. Series 1: Forestry, 2012, no. 1(148), pp. 168–171. (In Russ.).
Ивановская С.И. Оценка генофонда сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в плюсовых насаждениях Беларуси по данным изоферментного анализа // Тр. БГТУ. Сер. 1: Лесн. хоз-во. 2014. № 1(165). С. 130–134. Ivanovskaya S.I. Assessment of the Gene Pool of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) in Plus Plantations of Belarus according to Isoenzyme Analysis. Trudy BGTU. Seriya 1: Lesnoye khozyaystvo Proceedings of BSTU. Series 1: Forestry, 2014, no. 1(165), pp. 130–134. (In Russ.).
Исаков Ю.Н., Семериков В.Л. Связь генотипа по некоторым аллозимным локусам и способности к самоопылению у сосны обыкновенной // Генетика. 1997. Т. 33, № 2. С. 274–276. Isakov Yu.N., Semerikov V.L. The Relationship of the Genotype for Some Allozyme Loci and the Ability for Self-Pollination in Scots Pine (Pinus sylvestris). Genetika = Russian Journal of Genetics, 1997, vol. 33, no. 2, pp. 274–276. (In Russ.).
Калько Г.В. Тестирование ядерных микросателлитных маркеров сосны обыкновенной // Тр. СПбНИИЛХ. 2017. № 1. С. 23–34. Kal’ko G.V. The Testing of Nuclear Microsatellite Markers of Scots Pine. Trudy Sankt-Peterburgskogo nauchno-issledovatel’skogo instituta lesnogo khozyaystva = Proceedings of the Saint Petersburg Forestry Research Institute, 2017, no. 1, pp. 23–34. (In Russ.). https://doi.org/10.21178/2079-6080.2017.1.23
Камалова И.И. Методические указания для идентификации клонов сосны обыкновенной с использованием ген-ферментных маркеров. Воронеж: НИИЛГИС, 2001. 24 с. Kamalova I.I. Guidelines for Identifying Scots Pine Clones using the Gene-Enzyme Markers. Voronezh, Research Institute of Forest Genetics and Breeding Publ., 2001. 24 p. (In Russ.).
Камалова И.И., Внукова Н.И., Наквасина Е.Н., Шутяев А.М. Особенности изменчивости ферментных локусов в популяциях ели в географических культурах // Генетические ресурсы культурных растений. Проблемы эволюции и систематики культурных растений: Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 120-летию со дня рождения Е.Н. Синской, Санкт-Петербург, 9–11 дек. 2009 г. СПб.: Всерос. науч.-исслед. ин-т растениеводства им. Н.И. Вавилова, 2009. С. 69–72. Kamalova I.I., Vnukova N.I., Nakvasina E.N., Shutyaev A.M. The Features of the Enzyme Loci Variability in Spruce Populations of Provenance Trial Plantations. Genetic Resources of Cultivated Plants. Problems of Crop Evolution and Systematis: Materials of the International Scientific and Practical Conference Dedicated to the 120th Anniversary of the Birth of E.N. Sinskaya (St. Petersburg, December 09–11, 2009). St. Petersburg, N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources Publ., 2009, pp. 69–72. (In Russ.).
Крутовский К.В., Политов Д.В., Алтухов Ю.П., Милютин Л.И., Кузнецова Г.В., Ирошников А.И., Воробьев В.Н., Воробьева Н.А. Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. Сообщ. 4. Генетическое разнообразие и степень генетической дифференциации между популяциями // Генетика. 1989. Т. 25, № 11. С. 2009−2031. Krutovsky K.V., Politov D.V., Altukhov Yu.Р., Milyutin L.I., Kuznetsova G.V., Iroshnikov A.I., Vorobyov V.N., Vorobyova N.A. Genetic Variation in Siberian Stone Pine (Pinus sibirica Du Tour). Message 4. Genetic Diversity and the Degree of Genetic Differentiation Between Populations. Genetika = Russian Journal of Genetics, 1989, vol. 25, no. 11, pp. 2009−2031. (In Russ.).
Кузнецова Н.Ф., Исаков Ю.Н. Проявление уровня самофертильности у сосны обыкновенной в зависимости от климатических условий года // Экология. 1996. № 4. С. 264–267. Kuznetsova N.F., Isakov Yu.N. Dependence of the Level of Self-Fertility in Scots Pine on Yearly Climatic Conditions. Ekologiya = Russian Journal of Ecology, 1996, no. 4, pp. 264–267. (In Russ.).
Матвеев Н.М. Степные леса Заволжья // Самарская Лука: Проблемы регион. и глобал. экологии. 2015. Т. 24, № 4. С. 48–71. Matveev N.M. The Transvolga Steppe Forests. Samarskaya Luka: Problemy regional’noy i global’noy ekologii = Samarskaya Luka: Problems of Regional and Global Ecology, 2015, vol. 24, no. 4, pp. 48–71.
Мильков Ф.Н. О естественных ландшафтах юга Русской равнины // Изв. РАН. Сер.: Географическая. 1995. № 5. С. 5–18. Milkov F.N. On the Natural Landscapes of the South of the Russian Plain. Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya = Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Geography, 1995, no. 5, pp. 5–18. (In Russ.).
Наквасина Е.Н., Юдина О.А., Прожерина Н.А., Камалова И.И., Минин Н.С. Географические культуры в ген-экологических исследованиях на Европейском Севере. Архангельск: САФУ им. М.В. Ломоносова, 2008. 308 с. Nakvasina E.N., Yudina O.A., Prozherina N.A., Kamalova I.I., Minin N.S. Provence Trials in Gene-Ecological Research in the European North. Arkhangelsk, Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov Publ., 2008. 308 p. (In Russ.).
Орешкова Н.В., Путинцева Ю.А., Шаров В.В., Кузьмин Д.А., Крутовский К.В. Разработка микросателлитных маркеров лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) на основе полногеномного de novo секвенирования // Генетика. 2017. Т. 53, № 11. С. 1278–1284. Oreshkova N.V., Putintseva Yu.A., Sharov V.V., Kuz’min D.A., Krutovsky K.V. Development of Microsatellite Markers in Siberian Larch (Larix sibirica Ledeb.) Based on the de novo Whole Genome Sequencing. Genetika = Russian Journal of Genetics, 2017, vol. 53, no. 11, pp. 1278–1284. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0016675817110091
Падутов В.Е. Генетические ресурсы сосны и ели в Беларуси. Гомель: ИЛ НАНБ, 2001. 144 с. Padutov V.E. Genetic Resources of Pine and Spruce in Belarus. Gomel’, Institute of Forest of the National Academy of Sciences of Belarus Publ., 2001. 144 p. (In Russ.).
Падутов В.Е., Чурило Е.В., Каган Д.И., Ивановская С.И. Лесоводственная и генетическая оценка ресурсного потенциала сосновых насаждений ГЛХУ «Кореневская экспериментальная лесная база Института леса НАН Беларуси» // Вестн. ГрГУ им. Янки Купалы. Сер. 5: Экономика. Социология. Биология. 2021. Т. 11, № 1. С. 100–109. Padutov V.E., Churilo E.V., Kagan D.I., Ivanovskaya S.I. Silvicultural and Genetic Assessment of the Resource Potential of Pine Plantations of the State Forestry Institution “Korenevka Experimental Forest Base of the Institute of Forest of the NAS of Belarus”. Vestnik Grodnenskogo gosudarstvennogo universiteta imeni Yanki Kupaly. Seriya 5: Ekonomika. Sotsiologiya. Biologiya = Vesnik of Yanka Kupala State University of Grodno. Series 5: Economics. Sociology. Biology, 2021, vol. 11, no. 1, pp. 100–109. (In Russ.).
Петров К.М. Степи – наша гордость и боль // Биосфера. 2012. Т. 4, № 4. С. 370–384. Petrov K.M. Steppes: Our Pride and Our Pain. Biosfera = Biosphere, 2012, vol. 4, no. 4, pp. 370–384. (In Russ.).
Петюренко М.Ю., Камалова И.И., Сердюкова А.П. Экстракция суммарной ДНК из Pinus sylvestris L. при оценке полиморфизма с использованием SSR- и RAPD-маркеров // Тр. СПбНИИЛХ. 2021. № 3. С. 13–25. Peturenko M.Yu., Kamalova I.I., Serdyukova A.P. Extraction of Total DNA from Pinus sylvestris L. for Assessment of Polymorphism – using SSR- and RAPD-markers. Trudy Sankt-Peterburgskogo nauchno-issledovatel’skogo instituta lesnogo khozyaystva = Proceedings of the Saint Petersburg Forestry Research Institute, 2021, no. 3, pp. 13–25. (In Russ.). https://doi.org/10.21178/2079-6080.2021.2.13
Политов Д.В., Белоконь М.М., Белоконь Ю.С. Динамика аллозимной гетерозиготности в дальневосточных популяциях кедрового стланика Pinus pumila (Pall.) Regel: сравнение зародышей и материнских растений // Генетика. 2006. Т. 42, № 10. С. 1348–1358. Politov D.V., Belokon’ M.M., Belokon’Yu.S. Dynamics of Allozyme Heterozygosity in Siberian Dwarf Pine Pinus pumila (Pall.) Regel Populations of the Russian Far East: Comparison of Embryos and Maternal Plants. Genetika = Russian Journal of Genetics, 2006, vol. 42, no. 10, pp. 1348–1358. (In Russ.).
Санников С.Н., Петрова И.В. Дифференциация популяций сосны обыкновенной. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 247 с. Sannikov S.N., Petrova I.V. Differentiation of Scots Pine Populations. Yekaterinburg, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Publ., 2003. 247 p. (In Russ.).
Семериков В.Л., Подогас А.В., Шурхал А.В. Структура изменчивости аллозимных локусов в популяциях сосны обыкновенной // Экология. 1993. № 1. С. 18−25. Semerikov V.L., Podogas A.V., Shurkhal A.V. Allozyme Loci Variability Structre in Populations of Scots Pine. Ekologiya = Russian Journal of Ecology, 1993, no. 1, рр. 18−25. (In Russ.).
Струнников В.А. Новая гипотеза гетерозиса и ее научное и практическое значение // Вестн. рос. с.-х. науки. 1983. № 1(316). С. 34–40. Strunnikov V.A. A New Hypothesis of Heterosis and its Scientific and Practical Significance. Vestnik rossiyskoy sel’skokhozyaystvennoy nauki = Vestnik of the Russian Agricultural Science, 1983, no. 1(316), pp. 34–40. (In Russ.).
Тихонова И.В., Семериков В.Л., Семерикова С.А., Дымшакова О.С., Зацепина К.Г. О выборках в исследованиях внутривидового генетического разнообразия сосны обыкновенной // Сиб. лесн. журн. 2014. № 4. С. 99–109. Tikhonova I.V., Semerikov V.L., Semerikova S.A., Dymshakova O.S., Zatsepina K.G. About Samples in the Research of Intraspecific Genetic Diversity of Scots Pine (Pinus sylvestris L.). Sibirskiy lesnoy zhurnal = Siberian Journal of Forest Science, 2014, no. 4, pp. 99–109. (In Russ.).
Торбик Д.Н., Бедрицкая Т.В., Власова М.М., Синельников И.Г. Генетическое разнообразие естественных популяций Pinus sylvestris L. // Наука – лесному хозяйству Севера: сб. науч. тр. ФБУ «СевНИИЛХ». Архангельск, 2019. С. 91–99. Torbik D.N., Bedritskaya T.V., Vlasova M.M., Sinelnikov I.G. Genetic Diversity of Natural Populations of Pinus sylvestris L. Science to Northern Forestry: Collection of Scientific Papers of the Federal Forest Agency “Northern Research Institute of Forestry”. Arkhangelsk, 2019, pp. 91–99. (In Russ.).
Экарт А.К., Ларионова А.Я., Зацепина К.Г., Кравченко А.Н., Жамъянсурэн С., Тихонова И.В., Тараканов В.В. Генетическое разнообразие и дифференциация популяций сосны обыкновенной в Южной Сибири и Монголии // Сиб. экол. журн. 2014. № 1. C. 69–78. Ekart A.K., Larionova A.Ya., Zatsepina K.G., Kravchenko A.N., Zham”yansuren S., Tikhonova I.V., Tarakanov V.V. Genetic Diversity and Differentiation of Populations of Scots Pine in Southern Siberia and Mongolia. Sibirskiy lesnoy zhurnal = Siberian Journal of Forest Science, 2014, no. 1, pp. 69–78. (In Russ.).
Auckland L.D., Bui T., Zhou Y., Shepherd M., Williams C.G. Conifer Microsatellite Handbook. Texas A&M University, College Station TX, 2002. 57 p.
Behiye B.B., Kaya N. Genetic Diversity among Pinus sylvestris L. Populations and its Implications for Genetic Conservation: Comparison of Nuclear and Chloroplast Microsatellite Markers. Fresenius Environmental Bulletin, 2017, vol. 26, no. 11, pp. 6873–6881.
Díaz J., Barceló A.R., de Cáceres F.M. Changes in Shikimate Dehydrogenase and the End Products of the Shikimate Pathway, Chlorogenic Acid and Lignins, during the Early Development of Seedlings of Capsicum Annuum. New Phytologist, 1997, vol. 136, iss. 2, pp. 183–188. https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.1997.00743.x
East Е.М. Self-Sterility. Bibliographia Genetica, 1929, vol. 5, pp. 331–368.
Eckert A.J., Heerwaarden van J., Wegrzyn J.L., Nelson C.D., Ross-Ibarra J., González-Martínez S.C., Neale D.B. Patterns of Population Structure and Environmental Associations to Aridity across the Range of Loblolly Pine (Pinus taeda L., Pinaceae). Genetics, 2010, vol. 185, iss. 3, pp. 969–982. https://doi.org/10.1534/genetics.110.115543
Kuznetsova N.F. Self-Fertility in Scots Pine as a System for Regulating Close Relationships and Species Survival in an Adverse Environment. Advances in Genetic Research. New York, Nova Science Publishers Inc., 2012, pp. 83–106.
Fang P., Niu S., Yuan H., Li Zh., Zhang Y., Yuan L., Li W. Development and Characterization of 25 EST-SSR Markers in Pinus sylvestris var. mongolica (Pinaceae). Applications in Plant Sciences, 2014, vol. 2, iss. 1, art. no. 1300057. https://doi.org/10.3732/apps.1300057
Peakall R., Smouse P.E. GENALEX 6: Genetic Analysis in Excel. Population Genetic Software for Teaching and Research. Molecular Ecology Notes, 2006, vol. 6, iss. 1, pp. 288–295. https://doi.org/10.1111/J.1471-8286.2005.01155.X
Serdyukova A.P. The State of Scots Pine Plantations in the Steppe Voronezh Region in Drought Conditions and under Anthropogenic Influence. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 817, art. no. 012098. https://doi.org/1088/1755-1315/817/1/012098
Șofletea N., Mihai G., Ciocîrlan E., Curtu A.L. Genetic Diversity and Spatial Genetic Structure in Isolated Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Populations Native to Eastern and Southern Carpathians. Forests, 2020, vol. 11, no. 10, art. no. 1047. https://doi.org/10.3390/f11101047
Soranzo N., Provan J., Powell W. Characterization of Microsatellite Loci in Pinus sylvestris L. Molecular Ecology, 1998, vol. 7, iss. 9, pp. 1260–1261.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
