CC BY
2
использованием приемов современных образовательных технологий // Русский язык в школе. - 2013. - № 10. - С. 18-26.
УДК 630*165.3
Власова М.М., магистр Высшая школа естественных наук и технологий
САФУ имени М.В. Ломоносова Торбик Д.Н., к. с. -х. н.
инженер
отдел мониторинга состояния лесных генетических ресурсов
Бедрицкая Т.В., к. с. -х. н.
начальник
отдел мониторинга состояния лесных генетических ресурсов филиал ФБУ «Рослесозащита» - «ЦЗЛ Архангельской области»
Россия, г. Архангельск ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ PICEA ABIES В СЕВЕРОВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АРЕАЛА ПРОИЗРАСТАНИЯ Аннотация: Изучено генетического разнообразие ели европейской, произрастающей в естественных насаждениях на территории Архангельской и Кировской областей, а также Республики Коми. В ходе анализа электрофореграмм ампликонов 6 локусов в 6 популяциях выявлено от пяти до пятнадцати аллельных вариантов. Наиболее высокое аллельное разнообразие и более высокие уровни гетерозиготности наблюдаются у особей из исследованных популяций Республики Коми.
Ключевые слова: генетическое разнообразие, Picea abies, популяция, локус, полиморфизм.
Vlasov M. M.
master of the Higher school of natural sciences and technologies
N(A)FU named after M. V. Lomonosov Russia, Arkhangelsk Torbik D. N. candidate of agricultural sciences engineer of the department for monitoring the state offorest genetic resources of Branch of the Russian Center of Forest Protection of Arkhangelsk
region, Russia, Arkhangelsk Bedritskaya T. V. candidate of agricultural sciences head of the department for monitoring the state offorest genetic resources of Branch of the Russian Center of Forest Protection of Arkhangelsk
region, Russia, Arkhangelsk GENETIC DIVERSITY OF PICEA ABIES IN THE NORTHEASTERN PART OF HABITAT AREA Abstract: the genetic diversity of european spruce growing in natural
plantations in the Arkhangelsk and Kirov regions and Republic of Komi has been studied. Six loci were analyzed in six populations and showed 5 to 15 allele variants. In the population from the Komi Republic, we observed the largest allelic diversity and higher levels of heterozygosity among all the populations studied.
Keywords: genetic diversity, Picea abies, population, locus, polymorphism.
Исследование генетического разнообразия и внутривидовой дифференциации популяций хвойных лесов является одним из важных направлений в области популяционной генетики. Род Picea находится во внимании ученых-генетиков еще с начала XX века. В ведущих научно-исследовательских институтах проводились исследования формовой структуры природных популяций ели, на основе которых составлялись карты географического распространения елей.
Генетическое разнообразие видов хвойных в настоящее время интенсивно изучаются с использованием методов молекулярного маркирования [1, 2, 4]. Многочисленные исследования построены на анализе полиморфизма микросателлитных локусов, которые рассматриваются в качестве наиболее полиморфной и воспроизводимой системы кодоминантных молекулярных маркеров [5].
Целью нашей работы являлось изучение генетического разнообразия ели европейской (Picea abies), произрастающей в естественных насаждениях на территории Архангельской и Кировской областей, а также Республики Коми. Образцы растительного материала были отобраны в 6 популяциях Picea abies: Веселовской, Боровой (Республика Коми); Березовской, Орлецовской (Кировская область) и Русковерской, Березниковской (Архангельская область).
В каждой точке из естественных насаждений с 50 деревьев была отобрана хвоя. Образцы сушились в сушильном шкафу двое суток при температуре 40oC. Из этих образцов в дальнейшем была выделена ДНК СТАВ-методом. Всего выделено 300 образцов ДНК.
Полиморфизм елей изучали по 5 микросателлитным локусам: SpaGG3, EATC1B02, UAPgAG105, Pa33, Pa36. Гаплотип определяли по мтДНК -локусу NAD_1intron2. Последний локус является дискриминирующим межпопуляционные различия маркером [2].
В работе был использован метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Электрофоретическое разделение ПЦР-продуктов проводили в агарозном (для NAD_1) и полиакриламидном (ПААГ) гелях. Окрашивали гели раствором бромистого этидия. Визуализацию ПЦР-продуктов проводили с помощью трансиллюминатора и черной камеры с возможностью фотофиксации.
В ходе анализа электрофореграмм ампликонов 6 локусов в 6 популяциях ели европейской выявлено от 5 до 15 аллельных вариантов. Все проанализированные локусы являются полиморфными. Наибольшее
аллельное разнообразие было выявлено в локусе SpaGG3. Менее изменчивым оказался локус Pа_36, наследуемость которого определяется пятью аллельными вариантами.
Наиболее часто встречаются аллели «171» локуса NAD_1 из Березовской выборки (Кировская область) и «202» локуса Ра_36 из Боровой выборки (Республика Коми). В целом изученные выборки значительно отличаются по значениям частот аллелей.
Показатели внутрипопуляционной изменчивости ели европейской рассчитаны в программе GenAlEx (табл. 1).
Таблица 1 - Показатели генетической изменчивости Picea abies, рассчитанные на основе микросателлитного анализа
Выборка Na Ne Ho He F
1 2 3 4 5 6
Республика Коми/Веселовская 7,167 4,540 0,264 0,725 0,673
Кировская/Березовская 7,000 4,224 0,264 0,682 0,671
Кировская/Орлецовская 7,000 4,457 0,254 0,673 0,690
Архангельская/Русковерская 7,167 4,289 0,260 0,705 0,655
Республика Коми/ Боровая 7,667 4,919 0,358 0,738 0,558
Архангельская/Березниковская 6,333 4,083 0,302 0,667 0,596
7,056 4,418 0,284 0,698 0,641
Среднее для популяции ± ошибка ±0,743 ±0,490 ±0,047 ±0,022 ±0,056
Примечание. № - среднее число аллелей на локус, № - эффективное число аллелей на локус, ^ - наблюдаемая гетерозиготность, Ш -ожидаемая гетерозиготность, F - индекс фиксации, ± стандартная
ошибка.
Среднее число аллелей на локус в популяциях варьировало от 6,333 до 7,667. Эффективное число аллелей от 4,083 до 4,919, значения наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности от 0,254 до 0,358 и от 0,667 до 0,725 соответственно. Наиболее высокое аллельное разнообразие и более высокие уровни наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности наблюдаются у особей из Веселовской и Боровой выборок Республики Коми.
Сопоставление значений наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности показало, что во всех выборках наблюдается дефицит гетерозиготных генотипов по всем изученным микросателлитным локусам. Значения показателей F-статистик Райта приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Значения показателей F-статистик Райта
Локус Fis Fit Fst
1 2 3 4
NAD 1 intron2 1,000 1,000 0,054
UAPgAG105 0,454 0,505 0,094
Ра 33 0,447 0,462 0,028
Ра 36 1,000 1,000 0,063
EATC1B02 0,774 0,805 0,137
SpaGG3 0,154 0,173 0,022
Среднее ± 0,638 0,658 0,066
ошибка ±0,140 ±0,136 ±0,018
Полученные значения F-статистик Райта показывают, что каждое отдельное дерево в среднем обнаруживает 64% дефицит гетерозигот относительно популяции и около 66% составляет дефицит гетерозиготных генотипов относительно вида Picea abies. Около 7% всей наблюдаемой изменчивости приходится на межпопуляционную, внутри же популяции сосредоточено 93% всего генетического полиморфизма.
Генетическая дистанция, рассчитанная по методу Нея, варьирует между популяциями от 0,102 до 0,455, составляя в среднем 0,279.
Наиболее значительные различия в генетической структуре по изученным локусам наблюдается между Веселовской и остальными популяциями. Показатель генетического расстояния варьирует от 0,147 до 0,455 и в среднем составляет 0,301.
Анализ генетической дистанции с помощью многомерного шкалирования демонстрирует дифференциацию выборок в плоскости двух координат (рис. 1).
Principal Coordinates (PCoA)
Республика Ком Боровая Ф Архангельская/ Березниковская и/ ф Кировская/Березов ская
♦ Республика ф Коми/Веселовская Кировская/ Орлецовская Архангельская/ Русковерская ♦
Коорд. 1
Рисунок 1 - Проекция изученных выборок ели европейской на плоскости двух координат по данным РСА-анализа матрицы генетических
расстояний Нея
Таким образом, в ходе анализа электрофореграмм ампликонов 6 локусов в 6 популяциях выявлено от 5 до 15 аллельных вариантов. Наиболее высокое аллельное разнообразие и более высокие уровни гетерозиготности наблюдаются у особей из исследованных популяций Республики Коми.
Анализ генетического расстояния между представленными выборками ели европейской из Архангельской, Кировской областей и Республики Коми показал отсутствие четкой связи между географическим положением выборок и степень их генетической дифференциации.
Использованные источники: 1. Калько Г.В., Зотова Ю.С. Апробация ядерных микросателлитных
маркеров ели европейской // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства: СПбНИИЛХ, 2016. С.4-15.
2. Копылова Т.А., Орлова Л.В., Егоров А.А., Потокина Е.К. Идентификация Picea abies, P. fennica, P. obovata (pinaceae) и их форм с помощью методов молекулярного маркирования. Ботанический журнал, Т. 97. №11. 2012. С. 1416-1423.
3. Мудрик Е.А., Полякова Т.А., Шатохина А.В., Бондаренко Г.Н., Политов Д.В Пространственное распределение гаплотипов второго интрона гена nad1 в популяциях комплекса европейской и сибирской елей (Picea abies - P. obovata). Генетика, 2015. Т.51. №10. С.1-9.
4. Потокина Е.К., Орлова Л.В., Вишневская М.С., Алексеева Е.А., Потокин А.Ф., Егоров А.А. Генетическая дифференциация популяций ели на северо -западе России по результатам маркирования микросателлитных локусов //Экологическая генетика, 2012. Т. 10. № 2. С. 40-49.
5. Rungis D., Berube Y., Zhang J., Ralph S., Ritland C. E., Ellis B. E., Douglas C., et al. 2004. Robust simple sequence repeat markers for spruce (Picea spp.) from expressed sequence tags. Theoretical and Applied Genetics 109: 1283-1294.
