CC BY
22
УДК 575.174.015.3:582.475.2
ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ И ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ БОЛОТНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ СОСНЫ
А.Я. Ларионова, А.К. Экарт
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50, стр. 28; e-mail: [email protected]
На основании анализа 22-х локусов, кодирующих аллозимное разнообразие MDH, GOT, SKDH, LAP, 6-PGD, IDH, FDH, PGM, GDH, SDH, PEPCA и ADH, получены данные о генетической структуре, уровнях изменчивости и степени дифференциации ценопопуляций сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), произрастающей в южно-таежной подзоне Западно-Сибирской низменности на болотах с различными типами водно-минерального питания (евтрофные, мезотроф-ные, олиготрофные) и на суходоле. Установлено, что исследованные болотные ценопопуляции сосны отличаются по генетической структуре. Наиболее существенные различия наблюдаются между ценопопуляциями сосны с евтрофного болота и ценопопуляциями с олиготрофных болот.
Ключевые слова сосна, болотные ценопопуляции, изоферментные локусы, генетическое разнообразие, дифференциация
On the basis of analysis at 22 loci, coding allozyme diversity of MDH, GOT, SKDH, LAP, 6-PGD, IDH, FDH, PGM, GDH, SDH, PEPCA and ADH, the data about genetic structure, levels of variability and degree of differentiation cenopopulations Scotch pine (Pinus sylvestris L.) growing in south-taiga subzone of West Siberian lowland on swamps with distinct types of wa-ter-mineral nutrition (eutrophic, mesotrophic, oligotrophic) and on upland were obtained. It was established that studied swamp populations of pine are differed in genetic structure. The most significant differences are observed between cenopopulation of pine on eutrophic swamp and cenopopulations situated on oligotrophic swamps.
Key words: pine, swamp populations, isozyme loci, genetic diversity, differentiation
ВВЕДЕНИЕ
Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) является одним из наиболее распространенных лесообразующих видов хвойных в Евразии (Бобров, 1978). Ее ареал простирается от 37° до 70° северной широты и от атлантического побережья до 120о восточной долготы (Правдин, 1964). В пределах своего ареала сосна обыкновенная произрастает в различных экологических условиях и существенно различается по морфологическим, эколого-
физиологическим признакам и лесоводственным свойствам. Она образует свыше 20 географических рас и около 100 форм и разновидностей (Козубов, Муратова, 1986). Наиболее полная информация по изменчивости и внутривидовой систематике сосны обыкновенной содержится в монографии Л.Ф. Правдина (Правдин, 1964).
Генетическое разнообразие и дифференциация болотных популяций сосны обыкновенной изучены недостаточно полно. Основное внимание во всех проведенных ранее работах (Духарев, 1983, 1984; Петрова и др., 1989; Семериков, 1992; Семериков и др., 1993; Петрова, 1997; Белоконь и др., 1998; Дворник и др., 1998; Петрова, 2002; Санников, Петрова, 2003 и др.) уделялось изучению особенностей генетической структуры и дифференциации популяций сосны, произрастающей на суходолах и смежных олиготрофных болотах Русской равнины и Западной Сибири. При этом исследованиями были охвачены лишь некоторые локальные избыточно-увлажненные территории. Анализ генетического разнообразия и структуры популяций сосны
* Работа поддержана РФФИ (грант № QS-Q4-9QQQ1 -Бел-а)
обыкновенной на болотах других типов водноминерального питания, в частности на болотах ев-трофного и мезотрофного типов до настоящего времени не проводился.
Целью данной работы является изучение генетического разнообразия, структуры и степени дифференциации ценопопуляций сосны обыкновенной, произрастающей на болотах разных типов водноминерального питания и на суходоле.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве объектов для исследования было выбрано 8 ценопопуляций сосны обыкновенной, расположенных в южно-таежной подзоне ЗападноСибирской низменности на болотах, различающихся по типу водно-минерального питания, включая ценопопуляцию с евтрофного болота, две ценопо-пуляции с мезотрофных болот, четыре ценопопуляции с олиготрофных болот и ценопопуляцию с суходола. Семь ценопопуляций расположены недалеко друг от друга на территории Тимирязевского лесхоза Томской области. Расстояние между наиболее удаленными из них составляет около 16 км. Одна ценопопуляция расположена на значительном расстоянии от остальных (120-140 км) на территории Бакчарского лесхоза Томской области. Группа олиготрофных болот включает в себя сосняки кус-тарничково-сфагнового типа. Суходол и евтрофное болото представлены ельниками мелкоосочково-зеленомошного типа. На мезотрофных болотах преобладают сосняки осоко-сфагнового типа. В каждой ценопопуляции в анализ было включено по 30 деревьев. Название, обозначение и местоположение ценопопуляций представлено в таблице 1.
12Q
Таблица 1 - Название, обозначение и местоположение изученных ценопопуляций сосны обыкновенной
Географические Высота
Название ценопопуляции Обозначение Местоположение _______Координаты_______ над ур.
с.ш. в.д. моря, м
Олиготрофное болото 1 (средний рям, вершина) Олиг. 1 Тимирязевский лесхоз 5б "22' S4"33' 125
Олиготрофное болото 2 (средний рям, склон) Олиг. 2 Тимирязевский лесхоз 5б "22' S4"33' 125
Олиготрофное болото 3 (средний рям) Олиг. 3 Тимирязевский лесхоз 5б "23' S4"27' 131
Олиготрофное болото 4 (нижний рям) Олиг. 4 Бакчарский лесхоз 5б"54' S2"41' 11S
Мезотрофное болото 1 Мез. 1 Тимирязевский лесхоз 5б "23' S4"32' 129
Мезотрофное болото 2 Мез. 2 Тимирязевский лесхоз 5б " 21' S4"25' 139
Евтрофное болото Евт. Тимирязевский лесхоз 5б " 21' S4"35' 125
Суходол Сух. Тимирязевский лесхоз 5б "22' S4"33' 125
Материалом для исследования послужили вегетативные почки, собранные с отдельных деревьев. Гомогенизацию почек осуществляли в 1-2-х каплях экстрагирующего буфера 0.05 М Трис-HCl pH 7,7, содержащего дитиотрейтол (0,06 %), трилон Б (0,02 %) и р-меркаптоэтанол (0,05 %). Разделение экстрактов проводили методом горизонтального электрофореза в 13 %-ном крахмальном геле в трех буферных системах: I - морфолин-цитратной, рН 7,0 (Clayton, Tretiak, 1972), II - трис- цитратной, рН 8,5 / гидроокись лития-боратной, рН 8,1 (Ridgwаy, et al., 1970), III - трис-ЭДТА-боратной, рН 8,6 (Mar-kert, Faulhaber, 1965). Составы гелевых и электродных буферов не отличались от рекомендуемых. Условия разделения экстрактов во всех буферных системах были одинаковыми: 6 часов при силе тока 40 mA и напряжении 170 V.
Гистохимическое окрашивание ферментов после электрофореза осуществляли по стандартным прописям (Brewer, 1979; Vallejos, 1983; Гончаренко, Падутов, 1988; Manchenko, 1994 и др.) с некоторыми модификациями. Исследовали 12 ферментных систем: малатдегидрогеназу (MDH, EC 1.1.1.37), глютаматоксалоацетаттрансаминазу (GOT, EC
2.6.1.1), шикиматдегидрогеназу (SKDH, EC
1.1.1.25), лейцинаминопептидазу (LAP, EC
3.4.11.1), 6-фосфоглюконатдегидрогеназу (6-PGD, EC 1.1.1.44), изоцитратдегидрогеназу (IDH, EC 1.1.1.42), формиатдегидрогеназу (FDH, EC 1.2.1.2), фосфоглюкомутазу (FGM, EC 1.7.5.1), глутаматде-гидрогеназу (GDH, EC 1.4.1.2), сорбитолдегидроге-назу (SDH, EC 1.1.1.14), фосфоэнолпируваткарбок-силазу (PEPCA, EC 4.1.1.31) и алкогольдегидроге-назу (ADH, EC 1.1.1.1). На основании выявленных аллозимных фенотипов устанавливали соответствующие им генотипы и рассчитывали частоты аллелей по каждому из идентифицированных локу-сов. В анализ были включены 22 локуса, аллозим-ные варианты которых хорошо разделяются в указанных выше буферных системах. Обозначение ферментов, локусов и аллелей производили по Ф. Айала (1984).
Для определения уровня генетического разнообразия использовали стандартные показатели: процент полиморфных локусов при 95 %-ном (Р95)
и 100 %-ном (Рцзо) критериях полиморфности, среднее число аллелей на локус (А), средняя наблюдаемая (Н0) и ожидаемая (Не) гетерозиготности, эффективное число аллелей (Пе) (Айала, Кайгер, 1988).
Соответствие наблюдаемого генотипического распределения ожидаемому из равновесия Харди-Вайнберга оценивали с помощью критерия %2. Популяционную структуру и степень подразделенно-сти ценопопуляций определяли с помощью показателей Б-статистик Райта (ОипеБ, Ье^, 1982). Количественную оценку степени генетических различий между ними производили по методу, предложенному М. Неи (№1, 1972). Для вычисления показателей использовали компьютерную программу вепЛ1ех 6 (Реака11, 8тоше, 2006).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе электрофоретического анализа 12 ферментных систем в болотных и суходольной цено-популяциях P. sylvestris было выявлено 60 стабильно проявляющихся аллозимных вариантов ферментов, контролируемых аллелями 22-х локусов (табл. 2). Шесть локусов (Mdh-1, Mdh-2, Idh, Pgm-2, Pepca, Sdh) оказались мономорфными во всех восьми исследованных ценопопуляциях сосны. Остальные локусы полиморфны. Локусы Mdh-4, Mdh-5, Got-1, Skdh-2, Lap-1, 6-Pgd-2, Gdh и Adh-1 диал-лельны. В других локусах число выявленных аллелей варьирует от трех до восьми. Наибольшее аллельное разнообразие среди полиморфных локусов обнаруживает локус Skdh-1.
Из данных представленных в таблице 2 видно, что наиболее изменчивыми среди полиморфных локусов являются локусы: Got-2, Got-3, 6-Pgd-2, Gdh, Adh-1, Adh-2, Skdh-1, Skdh-2, средняя наблюдаемая гетерозиготность (Н0) которых в совокупной выборке ценопопуляций варьирует от 32,5 % до 52,9 %. Пять локусов (Mdh-3, Mdh-5, Got-1, Lap-2, Fdh) имеют средний уровень изменчивости (Н0 колеблется в пределах 10,5 % - 25,7 %). Самый низкий уровень изменчивости обнаруживают локусы Lap-1, Mdh-4 и Pgm-1. Наблюдаемая гетерозиготность этих локусов не превышает 10 %.
Таблица 2 - Показатели генетической изменчивости для полиморфных локусов в совокупной выборке ценопопу-ляций сосны_____________________________________________________________________________________________________
тт тт а гч 1 1 ~ 1С1Сиижиши^1Ь
Локус Число аллелей, А Эффективное число аллелей, Пе ------ -----------------------------гг-—
__________________________________________________________________наблюдаемая, Но_______ожидаемая, Не
МЫк-3 3 1,12 0,105 0,107
Мскі-4 2 1,05 0,050 0,049
Мск-5 2 1,37 0,255 0,270
Оої-1 2 1,17 0,121 0,149
Ооґ-2 6 1,89 0,458 0,472
Оої-3 4 2,11 0,513 0,527
8кск-1 8 1,55 0,325 0,356
БкС1к-2 2 1,40 0,340 0,288
Ьар-1 2 1,00 0,004 0,004
Ьар-2 5 1,14 0,129 0,123
6^с1-2 2 1,99 0,529 0,497
ЬСк 4 1,38 0,257 0,275
Pgm-1 4 1,11 0,096 0,103
Оск 2 1,62 0,404 0,381
АСк-1 2 1,95 0,494 0,487
АСк-2 4 1,71 0,391 0,414
Большая часть выявленных аллелей (38 из 60) являются общими для всех исследованных ценопопуля-ций сосны (табл.3). Двенадцать аллелей (Мёк-383, ОоО-270, Ооґ-3720, БМк-185, БМк-190, ЕкЛк-198, Ьар-1103, Ьар-2102, Ьар-2105, Еёк206, Pgm-193 , Pgm-195) относятся к категории редких. Шесть из них (Мёк-383, Ооґ-270, Ооґ-3720, Ьар-1103, Ьар-2105, Pgm-193) встречаются только в какой-либо одной из ценопопуляций. Максимальное число редких аллелей, в том числе и уникальных (семь и три, соответственно), выявлено у сосны с мезотрофного болота 2, минимальное - у сосны с евтрофного болота и суходола. По одному уникальному аллелю обнаружено в ценопопуляциях сосны с мезотрофного болота 1, олиготрофного болота 3 и олиготрофного болота 4. Анализ полиморфных ло-кусов показал, что наблюдаемое в ценопопуляциях распределение генотипов в большинстве полиморф-
ных локусов соответствовало ожидаемому в соответствии с законом Харди-Вайнберга. В ценопопуляции сосны с олиготрофного болота 1 существенных отклонений в генотипических пропорциях не было выявлено ни по одному из полиморфных локусов. В остальных ценопопуляциях в некоторых из них наблюдались достоверные отклонения от равновесия Харди-Вайнберга. Число таких локусов в отдельных ценопопуляциях варьировало от одного до четырех. По совокупности проанализированных локусов статистически значимые отклонения от равновесного распределения генотипов были обнаружены только в ценопопуляциях сосны с суходола (х2=64.8, ^=35, Р<0.01) и евтрофного болота (х2=69.2, ^=32, Р< 0.001). Это свидетельствует о том, что большинство изученных болотных ценопопуляций сосны обыкновенной находятся в равновесном или близком к нему состоянии.
Таблица 3 - Частоты аллелей 16 полиморфных локусов в болотных и суходольной ценопопуляциях сосны
Ценопопуляции
Олиг.1 Олиг.2 Олиг.3 Олиг.4 Мез.1 Мез .2 Евт. Сух.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Мск-347 0,033 0,017 0,069 0,050 0,100 0,050 0,050 0,067
МСк-3 Мск-383 - - - - 0,017 - - -
МСк-3100 0,967 0,983 0,931 0,950 0,883 0,950 0,950 0,933
Мск-4 Мс1к-4Ш Мс1к-41Ы 0,950 0,050 1,000 0,950 0,050 0,983 0,017 1,000 0,967 0,033 0,950 0,050 1,000
МСк-5 Мск-552 МСк-5т 0,133 0,867 0,217 0,783 0,069 0,931 0,150 0,850 0,033 0,967 0,233 0,767 0,267 0,733 0,183 0,817
Ооґ-1 Оог-Ь100 Ооі-1114 1,000 0,983 0,017 0,883 0,117 0,983 0,017 0,833 0,167 0,983 0,017 0,733 0,267 0,950 0,050
Оо-270 - - 0,017 - - - - -
Ооі-2ш 0,733 0,783 0,650 0,617 0,717 0,733 0,684 0,734
Ооґ-2 ОО О О 21 21 0,100 0,083 0,017 0,133 0,050 0,216 0,250 0,083 0,033 0,200 0,067 0,134 0,100 0,133 0,067 0,133
ОоО-2 0,017 0,067 0,050 0,017 0,033 0,033 0,033 0,033
Оої-2145 0,067 - 0,017 0,033 0,017 0,033 0,050 0,033
ОоО-3100 0,550 0,483 0,550 0,667 0,617 0,567 0,617 0,633
Оої-3 Оо/-3310 Оо/-3420 0,067 0,383 0,150 0,367 3 7 31 О, 00 0,017 0,316 0,067 0,316 0,050 0,367 0,017 0,366 0,050 0,317
ОоО-3720 - - - - - 0,016 - -
5Ык-185 0,033 0,017 - - - 0,017 - 0,017
Бкс1к-190 0,033 - - - 0,017 - - -
8как-195 0,150 0,133 0,050 0,033 0,050 0,117 0,100 0,217
аык-1 $>кйк-199. 0,017 - - - 0,017 - - -
Шк-1100 0,700 0,733 0,800 0,950 0,816 0,832 0,783 0,733
БМк-1103 0,050 0,017 0,017 - 0,017 - 0,117 -
Шк-Ь105 0,017 0,033 0,133 - 0,050 0,017 - -
Шк-1-107 - 0,067 - 0,017 0,033 0,017 - 0,033
Окончание таблицы 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ЗкСк-2 1 1 кк Со Со 0,900 0,100 0,883 0,117 0,933 0,067 0,661 0,339 0,767 0,233 0,817 0,183 0,800 0,200 0,833 0,167
Ьар-1 Ьар-1100 Ьар-1103 1,000 1,000 1,000 0,983 0,017 1,000 1,000 1,000 1,000
Ьар-296 - 0,017 - 0,017 0,017 0,033 0,067 -
Ьар-298 0,017 0,017 0,067 0,017 0,033 0,017 - 0,100
Ьар-2 Ьар-2100 0,967 0,933 0,933 0,950 0,950 0,916 0,933 0,900
Ьар-2102 0,016 0,033 - 0,016 - 0,017 - -
Ьар-2105 - - - - - 0,017 - -
6-Pgdh-2 6-Р^Ск-288 6-Р^Ск-21("° 0,483 0,517 0,433 0,567 0,517 0,483 0,467 0,533 0,467 0,533 0,500 0,500 0,433 0,567 0,383 0,617
ЬСк 45 0,017 0,052 0,033 0,017 0,017 - - -
ЬСк ЬСк 100 0,783 0,828 0,700 0,850 0,883 0,833 0,946 0,917
ЬСк 158 0,183 0,103 0,250 0,100 0,100 0,133 0,036 0,083
ЬСк 206 0,017 0,017 0,017 0,033 - 0,034 0,018 -
Р^т-1ъ - - - - - 0,016 - -
Р^т-1 Р^т-^ Р^т-1ш 0,933 0,917 0,967 0,033 0,967 0,967 0,017 0,900 0,983 0,933
Р^т-11йъ 0,067 0,083 0,033 - 0,033 0,067 0,017 0,067
оси оси 100 0,783 0,717 0,883 0,717 0,800 0,733 0,617 0,700
оси 121 0,217 0,283 0,117 0,283 0,200 0,267 0,383 0,300
ЛСк-1 ЛСк-1100 ЛСк-1108 0,517 0,483 0,667 0,333 0,550 0,450 0,550 0,450 0,611 0,389 0,583 0,417 0,625 0,375 0,550 0,450
ЛСк-213 0,083 0,134 0,183 0,283 0,183 0,267 0,096 0,155
АСИ-2 ЛСк-259 ЛСк-2100 0,017 0,833 0,033 0,750 0,017 0,717 0,667 0,784 0,033 0,617 0,885 0,103 0,707
ЛСк-2156 0,067 0,083 0,083 0,050 0,033 0,083 0,019 0,035
Оценка основных параметров генетической изменчивости показала, что все исследованные в Томской области ценопопуляции сосны характеризуются достаточно высоким уровнем генетического разнообразия (табл. 4). Доля полиморфных локусов при 100 % критерии полиморфности (Р100) варьирует от 63,64 % до 72,73 %, среднее число аллелей на локус (А) - от 1,82 до 2,41, наблюдаемая (Н0) и ожидаемая (Не) гетерозиготности от 0,182 до 0,230 и от 0,191 до 0,212, соответственно. Эффективное число аллелей (Пе) изменяется от 1,32 до 1,37. Наибольшее аллельное разнообразие и уровень гетерозиготности наблюдается у сосны, произрастающей
на мезотрофном болоте 2 (А=2,41, Н0=0,230, Не=0,212, пе=1,37). В целом в совокупной выборке ценопопуляций в полиморфном состоянии находится около 73 % проанализированных локусов, а каждое дерево гетерозиготно по 20 % генов. Среднее число аллелей на локус равно 2,73, эффективное число аллелей - 1,35. Полученные значения несколько выше значений этих показателей, установленных нами для исследованных по такому же набору локусов популяций сосны из различных по географическому положению районов Красноярского края, Хакасии и Тывы (Р100=68,18 %, Н0=0,190, Не=0,191, А=2,45, пе=1,33).
Ценопопуляции Р95, % Р100, % А пе Не Но Е
Олиготрофное 1 54,55 63,64 2,27 ±0,33 1,33 ±0,09 0,192 ±0,043 0,211 ±0,048 -0,091
Олиготрофное 2 54,55 63,64 2,23 ±0,29 1,35 ±0,09 0,198 ±0,044 0,200 ±0,045 -0,021
Олиготрофное 3 63,64 68,18 2,18 ±0,28 1,34 ±0,09 0,198 ±0,043 0,182 ±0,041 0,043
Олиготрофное 4 54,55 72,73 2,18 ±0,23 1,35 ±0,09 0,195 ±0,045 0,213 ±0,050 -0,074
Мезотрофное 1 54,55 63,64 2,23 ±0,31 1,32 ±0,08 0,191 ±0,041 0,197 ±0,044 0,030
Мезотрофное 2 54,55 68,18 2,41 ±0,31 1,37 ±0,09 0,212 ±0,044 0,230 ±0,049 -0,070
Евтрофное 63,64 68,18 2,00 ±0,21 1,35 ±0,08 0,206 ±0,043 0,204 ±0,047 0,008
Суходол 63,64 63,64 2,00 ±0,24 1,34 ±0,08 0,202 ±0,042 0,187 ±0,040 0,096
В целом 63,64 72,73 2,727 ±0,40 1,345 ±0,08 0,205 ±0,042 0,203 ±0,042 -0,011
Примечание: Р95 - процент полиморфных локусов при 95 % -ном критерии полиморфности, Р100 - процент полиморфных локусов при 100 % -ном критерии полиморфности, А - среднее число аллелей на локус, пе - эффективное число аллелей, Не - ожидаемая гетерозиготность, Н0 - наблюдаемая гетерозиготность, Е - индекс фиксации Райта.
Из приведенных в таблице 4 значений индексов фиксации Райта Б видно, что у сосны, произрастающей на евтрофном болоте, наблюдаемая гете-розиготность практически не отличается от ожидаемой по закону Харди-Вайнберга. Значение Б близко к нулю (Б=0,008). В трех ценопопуляциях (мезотрофное болото 1, олиготрофное болото 3, суходол) обнаруживается дефицит гетерозиготных генотипов, о чем свидетельствуют положительные значения индексов фиксации Райта Б. Наиболее существенный недостаток гетерозиготных генотипов (9,6 %) по совокупности проанализированных локусов отмечается у сосны, произрастающей на суходоле (Б=0,096). В ценопопуляциях сосны с олиготрофных болот 1, 2, 4 и мезотрофного болота
2 значения Б оказались отрицательными, что указывает на эксцесс гетерозигот. В ценопопуляции сосны с олиготрофного болота 2 он составляет всего 2,1 % (Б=-0,021), в остальных ценопопуляциях существенно больше - от 7 % до 9,1 %. В среднем каждое дерево в совокупной выборке ценопопуля-ций имеет 1,5 % (Ри=-0,015) эксцесс гетерозигот относительно ценопопуляции и 1,4 % дефицит гетерозигот (Р1(;=0,014) относительно вида в целом (табл. 5).
Низкие средние значения коэффициентов инбридинга Б18 и свидетельствуют о том, что в целом в исследованной части ареала сосна обыкновенная находится в состоянии близком к равновесному.
Таблица 5 - Значения коэффициентов инбридинга Р1я Р., и Рх, для 16 полиморфных локусов сосны обыкновенной
Локус
МСк-3 0,017 0,029 0,012
МСк-4 -0,047 -0,026 0,020
МСк-5 0,014 0,056 0,042
Ооґ-1 0,095 0,191 0,106
Ооґ-2 0,009 0,029 0,021
Ооґ-3 0,017 0,028 0,011
5>кСк-1 0,055 0,088 0,035
БкСк-2 -0,240 -0,184 0,045
Ьар-1 -0,017 -0,002 0,015
Ьар-2 -0,063 -0,047 0,016
6^С-2 -0,072 -0,065 0,006
ЕСк 0,031 0,065 0,035
Р^-1 0,057 0,072 0,016
ОСк -0,092 -0,060 0,029
ЛСк-1 -0,018 -0,009 0,009
ЛСк-2 0,027 0,058 0,031
Среднее -0,015 0,014 0,028
Примечание: Г18 - коэффициент инбридинга особи относительно популяции, Г14 - коэффициент инбридинга особи отно-
сительно вида, Г^ - коэффициент инбридинга популяции относительно вида.
Анализ межпопуляционной дифференциации с помощью коэффициента инбридинга показал,
что 97,2 % выявленной в популяциях генетической изменчивости относится к внутрипопуляционной и лишь 2,8 % - к межпопуляционной (табл. 5). По отдельным локусам значения варьируют от 0,006
до 0,106. Наиболее весомый вклад в межпопуля-ционную компоненту изменчивости вносит локус Ов(-1.
Генетическое расстояние Б (№1, 1972) между исследованными ценопопуляциями сосны колеблется от 0,003 до 0,015 (табл. 6).
Таблица 6 - Генетические расстояния Б М. Неи (N61, 1972) между исследованными ценопопуляциями сосны обыкновенной
Ценопопуляции Олиг.1 Олиг.2 Олиг.3 Олиг.4 Мез.1 Мез.2 Евт.
Олиготрофное 2 0,004 -
Олиготрофное 3 0,005 0,009* -
Олиготрофное 4 0,010* 0,011* 0,012* -
Мезотрофное 1 0,007* 0,007* 0,005 0,007* -
Мезотрофное 2 0,005 0,003 0,007 0,005 0,006 -
Евтрофное 0,011* 0,009* 0,015* 0,012* 0,008* 0,010* -
Суходол 0,005 0,004 0,010* 0,008* 0,006* 0,003 0,007*
Примечание: * различия достоверны.
Несмотря на слабую в среднем дифференциацию изученных ценопопуляций сосны (Б54=0,028, Б=0,007) между многими из них наблюдаются различия в генетической структуре. У 17 из 28 сравниваемых пар ценопопуляций обнаруженные различия в частотах аллелей проанализированных локу-сов статистически достоверны. Наиболее существенные различия выявлены между ценопопуляцией
сосны с евтрофного болота и ценопопуляциями с олиготрофных болот. Генетическое расстояние между ними составляет в среднем 0,012. В меньшей степени (Б = 0,009) дифференцированы ценопопу-ляции сосны, расположенные на мезотрофных и евтрофном болотах, а также ценопопуляции с разных олиготрофных болот. Самый низкий уровень генетических различий наблюдается между сухо-
дольной и болотными ценопопуляциями сосны. Среднее генетическое расстояние между ними варьирует от 0,003 до 0,010, составляя в среднем 0,006. Статистически значимые различия в генетической структуре выявлены между сосной с суходола и сосной, произрастающей на олиготрофных болотах 3 и 4, мезотрофном болоте 1 и евтрофном болоте (табл. 6). Ординация ценопопуляций на плоскости двух главных координат (рис.) наглядно иллюстрирует установленный уровень генетической дифференциации изученных ценопопуляций сосны обыкновенной.
Олиготрофное 3 ^ Ф Мезотрофное 2 ф Олиготрофное 4 Мезотрофное 1
♦ Олиготрофное ♦ с ♦ Суходол 1 >лиготрофное 2 ♦ Евтрофное
Координата 1
Рисунок - Ординация ценопопуляций сосны на плоскости двух главных координат
Полученные результаты свидетельствуют о том, что различия в генетической структуре наблюдаются не только между суходольной и болотными ценопопуляциями сосны, но и между цено-популяциями, расположенными на болотах, различающихся по типу водно-минерального питания, и на разных олиготрофных болотах. Причем эти различия для проанализированных нами болотных ценопопуляций сосны оказались более существенными. В исследованиях других авторов (Белоконь и др., 1998; Санников, Петрова, 2003) также обнаружены различия в генетической структуре между разными выборками сосны, произрастающей на олиготрофных болотах. Однако уровень выявленных между ними различий был в несколько раз ниже, чем между выборками сосны с суходолов и смежных олиготрофных болот. Сравнительный анализ выборок сосны, произрастающей в условиях разных олиготрофных болот в пределах Русской равнины и Западной Сибири, и выборок из смежных суходольных биогеоценозов (Санников, Петрова, 2003) показал, что на болотах степень подразделенности выборок значительно выше, чем на суходолах, находящихся в более благоприятных экологических условиях (Р8(;=0,064, Р5(=0,028-0,038, соответственно). Аналогичные результаты были получены ранее В.А. Духаревым (1984) при исследовании болотных и суходольных ценопопуляций сосны в Тверской области.
Одной из возможных причин генетической дифференциации исследованных нами болотных ценопопуляций сосны является значительная гетерогенность условий водно-минерального питания на разных болотах, которая вследствие длительного воздействия отбора и других микроэволюцион-
ных факторов могла привести к генетической неоднородности сосны, произрастающей на болотах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенных исследований установлено, что ценопопуляции сосны обыкновенной, расположенные на разных по типу водноминерального питания болотах (евтрофные, мезо-трофные, олиготрофные) и на суходоле, несмотря на низкий в целом уровень генетической дифференциации ^=0,028, Б=0,007), отличаются по генетической структуре. Для большинства сравниваемых пар ценопопуляций обнаруженные различия статистически достоверны. Наиболее существенные различия в частотах аллелей проанализированных изоферментных локусов выявлены между ценопопуляциями сосны, произрастающей в контрастных по условиям водно-минерального питания, местообитаниях на евтрофном и олиготрофных болотах (Б=0,012). Ценопопуляции сосны, расположенные на мезотрофных и евтрофном болотах, а также на разных олиготрофных болотах дифференцированы в несколько меньшей степени (Б=0,009). Полученные данные свидетельствуют о генетической неоднородности исследованных в Томской области болотных ценопопуляций сосны обыкновенной.
Авторы выражают искреннюю благодарность д.б.н. С.П. Ефремову и к.б.н. А.В. Пименову за помощь в подборе объектов и сборе экспериментального материала в Томской области.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Айала, Ф. Введение в молекулярную и эволюционную генетику / Ф. Айала; пер. с анг. А. Д. Базыкина. - М.: Мир, 1984. 232 с.
Айала, Ф. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер;
пер. с анг. А.Д. Базыкина. - М.: Мир, 1988. - 335 с. Белоконь, Ю.С. Генетическая дифференциация болотной и суходольной популяций сосны обыкновенной (Ріпт ігуЬєііґгіз Ь.) / Ю.С. Белоконь, Д.В. Политов, М.М Белоконь, К.В. Крутовский // Жизнь популяций в гетерогенной среде. Часть 2. Йошкар-Ола: Периодика Марий Эл, 1998. - С.23-24.
Бобров, Е.Г. Лесообразующие хвойные СССР / Е.Г. Бобров. - Л.: Наука, 1978. - 188 с.
Гончаренко, Г.Г. Руководство по исследованию древесных видов методом электрофоретического анализа изоферментов / Г.Г Гончаренко, В.Е. Падутов. - Гомель: БелНИИЛХ, 1988. - 66 с.
Дворник, В.Я. Генетическая дифференциация соседних популяций сосны обыкновенной (Ріпт ауіуєзґгіз Ь.), произрастающих в различных экотопах / В.Я Дворник, В.С. Котов, В.П. Михеенко // Генетика. - 1998. -№9. - С. 1258-1263.
Духарев, В. А. Генетический полиморфизм глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы сосны обыкновенной, произрастающей в разных экологических условиях / В.А. Духарев // ДАН СССР. - 1983.- Т. 269. - №3. - С. 741745.
Духарев, В. А. Распределение деревьев по аллельному составу / В.А. Духарев // Особенности формирования популяций сосны обыкновенной: сб. ст. - Москва, 1984. - С. 81-86.
Козубов, Г.М. Современные голосеменные / Г.М. Козу-бов, Е.А. Муратова. - Л.: Наука, 1986. - 192 с.
Петрова, И. В. Генетическая дифференциация болотных и суходольных популяций сосны обыкновенной в Западной Сибири / И.В. Петрова, С.Н. Санников, Н.С. Санникова, С.М. Рябоконь, В.А. Духарев // Экология. -1989. - №6. - С. 39-44.
Петрова, И. В. Генетическая дифференциация смежных болотных и суходольных популяций сосны обыкновенной в Зауралье / И.В. Петрова // Тезизы докладов совещания: «Припышминские боры». 1997. - С. 15-17.
Петрова, И.В. Изоляция, дифференциация и хорологическая структура популяций сосны обыкновенной (на примере Северной Евразии): авто-
реф... дисс.... доктора биол наук: 03.00.16. / И.В. Петрова. - Екатеринбург, 2002. - 48 с.
Правдин, Л.Ф. Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция / Л.Ф. Правдин. -М.: Наука, 1964. - 191 с.
Санников, С.Н. Дифференциация популяций сосны обыкновенной / С.Н. Санников, И.В. Петрова.- Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 247 с.
Семериков, В.Л. Дифференциация сосны обыкновенной по аллозимным локусам: автореф. дисс..канд. биол. наук: 03.00.15. / В.Л. Семериков. - Москва, 1992. -20 с.
Семериков, В. Л. Структура изменчивости аллозимных локусов в популяциях сосны обыкновенной / В.Л. Семериков, А.В. Подогас, А.В. Шурхал // Экология. -1993. - №1. - С. 18-25
Brewer, G.J. Introduction to isozyme techniques / G.J.
Brewer. - N.Y.-L.: Academ.press, 1970. - 186 pp. Clayton, J.W. Amino-citrate buffers for pH control in starch
gel electrophoresis / J. W. Clayton, D.N. Tretiak // J. Fisheries Research Board Canada.- 1972. - V. 29. -P. 1169-1172.
Guries, R.P. Genetic diversity and population structure in pitch pine (Pinus rigida Mill.) / R.P. Guries, F.T. Le-dig // Evolution. - 1982. - V. 36. - P. 387-402. Manchenko, G.P. Handbook of detection of enzymes on electrophoretic gels / G.P. Manchenko. - G.P CRC Press, Inc. - 1994. - 574 pp.
Markert, C.L. Lactate dehydrogenase isozyme patterns in fish / C.L. Markert, I. Faulhaber // J. Exp. Zool. -1965. - V. 159, N. 2. - P. 319-332.
Nei, M. Genetic distance between populations / M. Nei // Amer. Natur. - 1972. - V. 106. -P. 283-291.
Peakall, R. GENALEX 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research / R. Peakall, and P.E. Smouse // Molecular Ecology Notes. - 2006. - N. 6. - P. 288-295.
Ridgway, G.J. Polymorphisms in the esterases of Atlantic herring / G.J. Ridgway, S.W. Sherburne, R.D. Lewis // Trans. Amer.Fish. Soc. - 1970. - V. 99. - P. 147151.
Vallejos, C.E. Enzyme activity staining / C.E. Vallejos // Isozymes in plant genetics and breeding / Ed. By S.D. Tanksley, T.J.Orton.- Amsterdam: Elsevier Sci.Publ., 1983. - P. 469-516.
Поступила в редакцию 24 сентября 2QQ9 г. Принята к печати 25 февраля 2Q1Q г.
