Генетическое разнообразие, генетическая структура и дифференциация популяций лиственницы сибирской на Урале

  • Юлия Сергеевна Васильева Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Яна Викторовна Сбоева Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Светлана Витальевна Боронникова Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Никита Валерьевич Чертов Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Надежда Николаевна Бельтюкова Пермский государственный национальный исследовательский университет
Ключевые слова: генетическая структура, генетическое разнообразие, популяции, смоляные кислоты, ISSR-маркеры, Larix sibirica Ledeb.

Аннотация

Изучены 10 популяций Larix sibirica Ledeb., расположенные на Урале. Они характеризуются высокими показателями генетического разнообразия (Р95 = 0,951; HE = 0,202; ne = 1,471). Анализ генетической структуры изученных популяций L. sibirica показал, что показатель подразделенности популяций (GST) равен 0,297, большая часть генетического разнообразия десяти изученных популяций L. sibirica сосредоточена внутри популяций (70,3 %). Изученные популяции L. sibirica дифференцированы на четыре группы в соответствии с высотно-широтной зональностью региона исследований. Результаты исследования генетической структуры популяций лиственницы сибирской, проведенные с использованием различных методов (STRUCTURE 2.3.4, анализ главных координат – PСoA, SAMOVA 2.0), подтверждают подразделение десяти изученных популяций L. sibirica на горные (Ls1, Ls2, Ls6), предгорные (Ls9, Ls10), равнинные североуральские (Ls3, Ls4, Ls5) и равнинные среднеуральские (Ls7, Ls8). Тем не менее, генетическая индивидуальность девяти изученных популяций L. sibirica доказана с использованием программы STRUCTURE. Наименьшее генетическое расстояние отмечено между популяциями Ls3/Ls4 (DN = 0,028) и Ls1/Ls2 (DN = 0,034), наибольшее (DN = 0,263) – между популяциями Ls8 и Ls9. Генетическое расстояние не всегда отражает географическое расположение изученных популяций. На дендрограмме в некоторых случаях ближе оказались популяции, расположенные на большем географическом расстоянии друг от друга (Ls1 и Ls10), чем пространственно более близкие (Ls1 и Ls3). Исследование генетического разнообразия и дифференциации популяций хвойных видов растений важно для изучения содержания их смоляных кислот в разных условиях произрастания, в том числе и для содержания абсцизовой кислоты, характерной для L. sibirica, у деревьев с разными генотипами.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Литература

Адрианова И. Ю. Генетическая изменчивость и дифференциация лиственниц Камчатки, Сахалина и Курил // Сибирский лесной журнал, 2014. № 4. С. 110–116.
Assoumane A., Zoubeirou A. M., Rodier-Goud M., Favreau B., Bezançon G., Verhaegen D. 2013. Highlighting the occurrence of tetraploidy in Acacia senegal (L.) Willd. and genetic variation patterns in its natural range revealed by DNA microsatellite markers. Tree Genetics & Genomes 9: 93–106. DOI: 10.1007/s11295-012-0537-0
Бабкин В. А. Биомасса лиственницы: от химического состава до инновационных продуктов: монография. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2011. 236 с.
Dupanloup A., Schneider S., Excoffier L. 2002. Simulated annealing approach to define the genetic structure of populations. Molecular Ecology 11(12): 2571–2581.
Дылис Н. В. Сибирская лиственница. Материалы к систематике, географии и истории. М.: Изд-во МОИП, 1947. 137 с.
Earl A., von Holdt M. 2012. STRUCTURE HARVESTER: a website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method. Conservation Genetics Resources 4(2): 359–361.
Evanno G., Regnaut S., Goudet J. 2005. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Mol. Ecol. 14: 2611–2620.
Falush D. M., Stephens J. K. 2003. Pritchard Inference of population structure using multilocus genotype data: linked loci and correlated allele frequencies. Genetics 164: 1567–1587.
Гоголь Е. С., Костыро Я. А., Трофимова Н. Н., Бабкин В. А. Рациональное использование биомассы лиственницы сибирской как источника биологически активных веществ для создания средств с ранозаживляющей активностью // Климат, экология, сельское хозяйство Евразии: Материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. Иркутск: Иркутский гос. аграр. ун-т им. А. А. Ежевского, 2019. С. 76–83.
Говорушко С. М. Экологические последствия лесозаготовок // Лесной журнал, 2014. № 1(337). С. 45–53.
Игошина К. Н. Лиственница на Урале // Материалы по истории флоры и растительности СССР. Вып. 4. Л.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 462–492.
Kimura M., Crow J. F. 1964. The number of alleles that can be maintained in a finite population. Genetics (US) 49: 725–738.
Коршиков И. И., Горлова Е. М., Коба В. П. Высотно поясная генетическая дифференциация популяций сосны крымской (Pinus pallasiana D. Don) в горном Крыму // Промышленная ботаника 2009. Вып. 9. С. 110–116.
Кузнецов Н. И. Юго-западная, южная и юго-восточная граница распространения лиственницы (Larix sibirica Ledeb.) в пределах Европейской России // Юбилейный сборник, посвященный И. П. Бородину. Л.: Государственное Русское Ботаническое общество, 1927. С. 231–256.
Ларионова А. Я., Экарт А. К. Генетическая структура и дифференциация разновысотных популяций пихты сибирской в Западном Саяне // Экологическая генетика, 2005. № 3, вып. 2. С. 22–28.
Лесной план Пермского края на 2018–2027 гг. (с изменениями по форме, утвержденной приказом Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 20 декабря 2017 г. № 692), утв. указом губернатора Пермского края от 19.04.2018 № 36. URL: https://priroda.permkrai.ru/timberraw/les_plan/Лесной%20план%20Пермского%20края%20на%202018-2027%20годы.pdf
Linhart Y. B., Grant M. C. 1996. Evolutionary significance of local genetic differentiation in plants. Annu. Rev. Ecol. Syst. 27: 237–77. DOI: 10.1146/annurev.ecolsys.27.1.237
Maier J. 1992. Genetic variability in European larch (Larix decidua Mill). Ann. Sei. For. 49: 39–47. DOI: 10.1051/forest:19920104
Малиновский К. А., Царик И. В., Жиляев Г. Г. О границах природных популяций растений // Журн. общ. биол., 1988. Вып. 49, № 1. С. 46–58.
Mantel N. 1967. The detection of disease clustering and a generalized regression approach. Cancer Res 27: 209–220.
Mosca E., Eckert A. J., Liechty J. D., Wegrzyn J. L. 2012. Contrasting patterns of nucleotide diversity for four conifers of Alpine European forests. Evolutionary Applications 5: 762–775. DOI: 10.1111/j.1752-4571.2012.00256.x
Нечаева Ю. С., Бельтюкова Н. Н., Пришнивская Я. В., Тайман К. Е. Оптимизация методики выделения ДНК некоторых хвойных видов растений Пермского края // Синтез знаний в естественных науках. Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование: Материалы междунар. конф. Пермь: Перм. гос. нац. иссл. ун-т, 2011. С. 278–282.
Нечаева Ю. С. Боронникова С. В., Юсупов Р. Р., Хайнце Б. Изучение полиморфизма ISSR-маркеров в природных и искусственных популяциях лиственницы // Фундаментальные исследования, 2013. № 6, Ч. 6. C. 1426–1431.
Nei M. 1972. Genetic distance between populations. Amer. Naturalist 106: 283–292.
Nei M. 1987. Molecular evolutionary genetics. New York: Columbia University Press. 512 pp.
Nei M., Chesser R. K. 1975. Estimation of fixation indexes and gene diversities. Annals of Human Genetics 47: 253–259.
Nei M., Li W.-H. 1979. Mathematical model for studying genetic variation in terms restriction endonucleases. Proceedings the National Academy Sciences. USA 76: 5269–5273.
Орешкова Н. В., Белоконь М. М. Генетическая дифференциация популяций лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) по микросателлитным локусам // Вестник КрасГАУ. 2012. № 2. С. 111–116.
Орешкова Н. В., Белоконь М. М., Жамъянсурен С. Генетическое разнообразие, популяционная структура и дифференциация лиственниц сибирской, Гмелина и Каяндера по данным SSR-маркеров // Генетика, 2013. Т. 49, № 2. С. 20 –213. DOI: 10.7868/S0016675812120090
Orloci L. 1978. Multivariate analysis in vegetation research. Dordrecht: Springer. 455 pp.
Peakall R., Smouse P. E. 2006. GenAlEx6: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research. Mol. Ecol. Not. 6: 288–295. DOI: 10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x
Полежаева М. А., Семериков В. Л. Генетическая изменчивость cpSSR-маркеров в роде Larix на Дальнем Востоке // Вестник СВНЦ ДВО РАН, 2009. № 2. С. 75–83.
Путенихин, В. П. Лиственница Сукачева на Урале. Изменчивость и популяционно-генетическая структура. М.: Наука, 2004. 276 с.
Putenikhin V. P., Martinsson O. 1995. Present distribution of Larix sukaczewii Dyl. in Russia. Umea: Swed. Univ. Agr. Sci. Dep. Silvi. 78 pp.
Rogers S. O., Bendich A. J. 1985. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues. Plant Molecular Biology 1(19): 69–76.
Шигапов З. Х., Шигапова А. И., Уразбахтина К. А. Генетическая изменчивость и популяционная структура лиственницы Сукачева на Урале // Вестник ОГУ, 2009. № 6. С. 438–440.
Шварц С. С. Экологические закономерности эволюции. М., 1980. 278 с.
Simak M. 1979. Larix sukaczewii – Naturlig utbredning, biologi, ekologi och fröanskaffningsproblem. Umea: Swed. Univ. Agr. Sci. Dep. Silvi. 76 pp.
Smulders M. J. M., Cottrell J. E., Lefèvre F., van der Schoot J., Arens P. 2008. Structure of the genetic diversity in black poplar (Populus nigra L.) populations across European river systems: Consequences for conservation and restoration. Forest Ecology and Management 255(5): 1388–1399.
Svetlakova T. N., Boronnikova S. V., Yanbaev Yu. A. 2014. Genetic diversity and differentiation in Ural populations of the aspen, Populus tremula L., as revealed by inter-simply sequence repeat (ISSR) markers. Silvae Genetica 63(1–2): 39–41. DOI: 10.1515/sg-2014-0006
Терентьева Э. П., Удовенко Н. К., Павлова Е. А. Химия древесины, целлюлозы и синтетических полимеров: учебное пособие. Ч. 2. СПб.: СПбГТУРП, 2015. 83 с.
Ветчинникова Л. В., Титов А. Ф., Кузнецова Т. Ю. Карельская береза: биологические особенности, динамика ресурсов и воспроизводство. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2013. 312 с.
Wang Q., Wang M., Hao J. 2012. Genetic variation in natural populations of Prince Rupprecht’s larch (Larix principis-rupprechtii) with elevation in the Guandi Mountain. In: International Conference on Biomedical Engineering and Biotechnology. China: IEEE. Pp. 321–324. DOI: 10.1109/iCBEB.2012.234
Williams J. G. K., Kubelik A. R., Livak K. J., Rafalski J. A., Tingey S. V. 1990. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucl. Acids Res. 18: 6531–6535.
Yeh F. C., Young R. C., Mao J. 1999. POPGENE, the Microsoft Windows-based user-friendly software for population genetic analysis of co-dominant and dominant markers and quantitative traits. Edmonton: University of Alberta. 238 pp.
Zhang L., Zhang H. G., Li X. F. 2013. Analysis of genetic diversity in Larix gmelinii (Pinaceae) with RAPD and ISSR markers. Genet. Mol. Res. 12(1): 196–207. DOI: 10.4238/2013.January.24.12
Животовский Л. А. Популяционная биометрия. М.: Наука, 1991. 271 с.
Опубликован
2020-10-01
Как цитировать
1. Васильева Ю. С., Сбоева Я. В., Боронникова С. В., Чертов Н. В., Бельтюкова Н. Н. Генетическое разнообразие, генетическая структура и дифференциация популяций лиственницы сибирской на Урале // Turczaninowia, 2020. Т. 23. № 3. С. 67-82. URL: http://turczaninowia.asu.ru/article/view/8554.
Раздел
Научные статьи