Генетическая структура популяций сосны корейской и сосны кедровой европейской и родственные связи видов секции Strobus рода Pinus

Белоконь, Марьяна Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Генетическая структура популяций сосны корейской и сосны кедровой европейской и родственные связи видов секции Strobus рода Pinus
ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Генетическая структура популяций сосны корейской и сосны кедровой европейской и родственные связи видов секции Strobus рода Pinus"

На правах рукописи

г г

БЕЛОКОНЬ Марьяна Михайловна

/V-

генетичесьсая структура популяций сосны корейской и сосны кедровой европейской и родственные связи

видов секции Бтовт рода ртт

03.00.15 - генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

003068574

Работа выполнена в лаборатории популяционной генетики Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Научные руководители:

академик Ю.П. Алтухов

кандидат биологических наук Политов Дмитрий Владиславович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Пухальский Виталий Анатолиевич

доктор биологических наук, профессор Милютин Леонид Иосифович

Ведущая организация: Институт экологии растений и животных УрО РАН

Защита состоится «_» _ 2007 г. в _ час. на заседании

Диссертационного совета Д 002.214.01 при Институте общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, ул. Губкина, 3. Факс: (095) 132-89-62.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Автореферат разослан «_»_2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук

Г.Н. Полухина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Мониторинг внутривидового разнообразия является одной из наиболее актуальных проблем современной популяционной и природоохранной генетики. Изучение популяций лесных древесных растений представляет не только теоретический, но и прикладной интерес. С применением методов выявления полиморфизма белков и ДНК удалось исследовать генетическую изменчивость и процессы, происходящие в популяциях многих видов хвойных. Было показано, что на формирование популяционной структуры сосен влияет ряд факторов, таких как история формирования ареала, система скрещивания вида, миграция и генные потоки, изоляция, и дрейф генов, естественный отбор, а также усиливающееся антропогенное влияние. Несмотря на определенные успехи и практические достижения в этой области, процессы формирования и динамики генофондов экосистемно-образующих видов кедровых сосен, имеющих экономическую ценность, по настоящее время остаются неисследованными. Кроме того, интерес представляет изучение родственных отношений видов секции Strobus рода Pinus. Предпринимавшиеся филогенетические исследования, с помощью генетических маркеров, внутри рода Pinus показали однозначную дифференциацию на подроды и секции. Однако, до сих пор не выяснены вопросы деления секции Strobus на подсекции, поскольку не было проведено исследований, включавших в себя большое число видов секции Strobus, обитающих на разных континентах.

Учитывая большую экологическую и хозяйственную ценность сосны корейской и сосны кедровой европейской, а также сложившуюся в последнее время угрозу их генофондам, возникла необходимость исследовать популяционно-генетическую структуру этих видов с различными типами ареалов и историей их формирования, а также проанализировать родственные связи этих видов с другими представителями секции Strobus рода Pinus.

Цели и задачи работы. Целью работы явилось изучение аллозимного полиморфизма и дифференциации популяций сосны корейской, Pinus koraiensis Sieb, et Zucc., и сосны кедровой европейской, Pinus cembra L., а также определение их родственных связей с другими видами секции Strobus. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- исследовать аллозимную изменчивость двух видов кедровых сосен, сосны корейской и сосны кедровой европейской;

- оценить параметры внутрипопуляционной и межпопуляционной изменчивости для этих двух видов с контрастными типами ареалов;

- сравнить показатели аллозимной изменчивости на разных стадиях жизненного цикла растений (взрослые деревья и зародыши их семян);

- исследовать родственные связи этих сосен с другими представителями секции Strobus.

Научная новизна. Впервые выполнено сравнительное популяционно-генетическое исследование европейской и корейской кедровых сосен на репрезентативном материале из разных частей ареалов с применением большого числа универсальных аллозимных маркеров. Исследованы их связи с пятнадцатью родственными видами сосен подрода Strobus.

Практическое значение. Данные, представленные в работе, имеют практическую ценность для организаций занимающихся воспроизводством и охраной генофондов древесных растений. Полученные результаты могут быть использованы в разработке программ сохранения и хозяйственного использования этих видов без нанесения урона их генофондам, для идентификации посевного материала при создании семенных плантаций и подбора партий семян для длительного хранения в генетических банках, проверки уровней генетического разнообразия существующих искусственных насаждений, идентификации потомства в контролируемых скрещиваниях (в том числе и при межвидовой гибридизации).

Личный вклад автора. Диссертация написана лично автором с использованием собственных результатов, а также данных, полученных в совместных экспериментах. Процент личного участия в экспериментальном исследовании составил не менее 75%.

Апробация результатов работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, были представлены на Первой молодежной школе-конференции «Сохранение биоразнообразия природный ресурсов», МГУ (Москва, 2000), «Генетика в России и в мире», ИОГен РАН (Москва, 2006), Конференции Международного союза организаций по лесным исследованиям (IUFRO) «Селекция и генетические ресурсы пятихвойных сосен» (Валюг, Румыния, 2006), и на научном семинаре Отдела генетики популяций и природопользования ИОГен РАН.

Публикации По материалам исследований опубликовано 6 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста и включает 18 таблиц, 38 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, включающего пять разделов, материалов и методов, результатов и обсуждения, выводов, списка литературы, включающего 210 цитированных источников, из которых 144 на иностранных языках, и приложения, включающего 2 таблицы.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В первом разделе обзора литературы приводится современная систематика подрода Strobus, рода Pinns, рассматриваются признаки, на которых базируются ботанические классификации, дается характеристика представителей, описание на основании литературных данных сосны корейской и сосны кедровой европейской, способов распространения их пыльцы и семян, рассматривается история формирования видовых ареалов, подчеркивается экологическая значимость и хозяйственная ценность этих видов.

Во втором разделе рассматриваются вопросы систематики и межвидовой гибридизации сосен секции Strobus по морфолого-анатомическим признакам видов и по данным кариологического анализа. Дан обзор естественной и искусственной межвидовой гибридизации.

Третий раздел посвящен характеристике генетических маркеров, применяемых в популяционной генетике хвойных.

В четвертом разделе на конкретных примерах рассмативаются уровни белкового полиморфизма в популяциях сосен и влияние на них таких факторов, как история формирования ареалов, система скрещивания, миграция, фрагментированность ареала и случайный дрейф генов, а также мутации и естественный отбор.

В пятом разделе дается обзор исследований филогенетических отношений сосен подрода Strobus с использованием различных молекулярно-генетических маркеров.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для настоящей работы послужили семена и вегетативные ткани (почки) Pinus koraiensis Sieb, et Zucc., Pinus cembra L., и других видов сосен секции Strohns из естественных популяций и искусственных насаждений.

Pinus koraiensis Sieb, et Zucc. Большинство массовых выборок были собраны в малонарушенных естественных популяциях. Расположение мест взятия выборок приведено в табл. 1. Четыре выборки были представлены индивидуальными сборами: MX - семена от 30 деревьев (возраст 24 года) из лесных культур естественного происхождения, ЛА - семена от 16 деревьев (возраст около 180 лет), ПХ - от 13 деревьев (возраст 145 - 170 лет), CA - от 11 деревьев (возраст 180 - 280 лет).

Pinns cembra L. Материал представлен шестью выборками из естественных популяций Альп и Карпат численностью не менее 70 семян из каждой и четырьмя выборками вегетативных тканей (почек) не менее чем от 40 деревьев на выборку из географических культур. Выборки ПТ, ПЙ, КЛ, ББ, и ИМ - представлены сборами вегетативных тканей (почек) от деревьев в возрасте 12 лет, выращенных из семян, собранных в естественных популяциях (в табл. 1 дано их географическое расположение).

Всего для изучения межвидовой дифференциации в работе были использованы семена семнадцати видов сосен подрода Strobus (табл. 2).

Хранение материала, подготовка образцов для анализов и условия электрофореза подробно описаны в работе Белоконь с соавторами (2005). В исследовании использовали ткани мегагаметофита (эндосперма) и зародыша, а также вегетативные почки. Разделение изоферментов каждого образца проводили одновременно в трех буферных системах. Буферная система А - трис-цитратная (Konnert, Maurer, 1995) или морфолин-цитратная (Clayton, Tretiak, 1972). Буферная система В - трис-ЭДТА-боратная (Markert, Faulhaber, 1965). Буферная система С -трис-цитрат-ПОН-боратная (Ridgeway, et al., 1970).

Таблица 1. Географическое расположение Изученных выборок сосны корейской и

сосны кедровой европейской.

Название выборки Аббревиатура Координаты Страна Географическое расположение

Pinus koraiensis Sieb, et Zucc.

Облучье ОБ 48'45'с.ш 131'15'в д Россия Еврейская АО

Китай-2 КТ-2 47'00'с ш 129'00'в д Китай Пров Хейлунщян, хр Малый Хинган

Бекторское БК 49*30* с ш 138'20'в.д. Россия Хабаровский край, Комсомольский л-з

Китай-1 KT-1 4б'30'с.ш 133'00'в д Китай Пров. Хейлунщян, хр. Вост. Лаоэлинь

Малохехцирское MX 48*20'с.ш 135'15'в.д. Россия Хабаровский край, Хехцирское ОЛХ

Мухен МУ 48*15'с щ. 136*12'вд Россия Хабаровский край, Мухенскийл-з

Лазовское ЛА 47*30' с ш. 135'50'в д. Россия Хабаровский край, Хорскийл-з

Подхорёнковское ПХ 47'15'сш 135*10'в.д Россия Хабаровский край, Вяземский л-з

Озерное 03 44*42'сш 133'35'в.д Россия Приморский край, Арсеньевский л-з

Чугуевское ЧУ 43'55'с.ш. 134*06'в.д. Россия Приморский край, Чугуевский л-з

Сихотэ-Алинское CA 44*38' с.ш. 135'05'в.д. Россия Приморский край, Кавалеровский л-з

Таежное ТА 45*15' с ш 136'30'в.д Россия Приморский край, Сихотэ-алинский зап

Пятиреченское ПР 46*55'с ш. 142'05'в д. Россия Сахалинская обл, Холмский л-з

Южная Корея ЮК 38*00'с.ш 128'00'в.д Респ Корея Пров Канвондо, хр Тебек

Pinus cembra L.

Шмельц ШМ 47"52'с.ш 15*21'вд Австрия Зеетальские Альпы

Санкт-Мориц СМ 46*30' с ш. 9*50' в д Швейцария Верхнеэнгадинские Альпы

Усть-Чорна УЧ 48*18'с ш 23*56'в д Украина Восточные Карпаты, хр Горганы

Кинь кн 48*38'с.ш. 24*05'в д Украина Восточные Карпаты, хр Горганы

Яйко як 48*43' с ш. 23*53' в д. Украина Восточные Карпаты, хр. Горганы

Ретезат PT 45*23' с.ш. 22*52' в д Румыния Южные Карпаты, хр Ретезат

Папуша-Йезер пй 45*29'с ш 25*05'в Д Румыния Южные Карпаты

Калимани кл 47*07' с.ш. 25*17' в д Румыния Восточные (Северные) Карпаты

Блюнбах ББ 47*27'сш 13'0б'в д. Австрия Альпы

Имст-Роппен ИМ 47*10'сш 10*51'в д Австрия Альпы

Таблица 2. Виды сосен подрода Sírobus, использованные в данном исследовании.

Вид Аббревиатура Число выборок Число семян Происхождение семян и кем предоставлены

секция Strobus, подсекция Cembrae

Р albicauhs AL 3 50 США - Р Хант, Р. Снежко (USDA Forest Service)

Р sibinca SI 2 144 из коллекции семян Лаб популяционной генетики ИОГсн РАН

Р cembra CE 10 880 происхождение дано в табл 1

Р koraiensis КО 14 1980 происхождение дано в табл.1

Р purrnla PU 4 919 из коллекции семян Лаб популяционной генетики ИОГен РАН

секция Strohns, подсекция Strobi

Р armanduvаг. armandn AR 3 120 Китай (Xian, Kaiyang) - X. Ванг (Китайская академия лесоводства, Пекин), Китай (Shenyan) - С. Н. Горошкевич (ИМКЭС СО РАН)

Р armandiivar. mastersiana ARM 1 47 Тайвань (Lishan)- Р Финкельдай (FAO)

Р morrisomcola MR 1 50 Тайвань (Kukuan) - Р. Финкельдай (FAO)

P. parviflora PA 1 91 Япония - Ф Бергманн (Гёттингенский университет, Германия)

P wallichiana WA 1 73 Гималаи - Ф Бергманн (Гёттингенский университет, Германия)

P рейсе PE 1 44 Македония - Ф. Бергманн (Гёттингенский университет, Германия)

P flexdts FL 2 43 США - Ф. Бергманн (Гёттингенский университет, Германия), Р. Снежко (USDA Forest Service)

P montícola MO 2 45 США - Р Хант, Р. Снежко (USDA Forest Service)

P lambertiana LA 2 40 США - Р Хант, Р. Снежко (USDA Forest Service)

P strobiformis SF 2 40 США-Р Хант, Р Снежко (USDA Forest Service)

P strobus ST 3 45 США - Р. Хант, Р. Снежко (USDA Forest Service), Ф. Бергманн (Гёттингенский университет, Германия)

секция Parrya, подсекция Gerardianae

P. bungeana BU 1 30 Китай - С. Н. Горошкевич (ИМКЭС СО РАН,)

секция Parrya, подсекция Cembroides

P edulis ED 1 30 США - Ф. Бергманн (Гёттингенский университет, Германия)

Гистохимическое окрашивание срезов гелей проводили по стандартным методикам (Серов, и др, 1977; Сопк1е е1 а1, 1982; СЬеНак, Рке1, 1984; МапсЬепко, 1994) с модификациями в ряде случаев.

Все изученные ферментные системы, их обозначения и номера по К. Ф. (Ы.СЛ.и.В., 1984), буферные системы, применявшиеся при их разделении, число наблюдаемых и интерпретируемых независимых зон активности приведены в табл. 3.

Обнаруживаемые при окраске на соответствующие ферменты зоны активности рассматривались, как контролируемые отдельными генными локусами в случае независимой сегрегации аллозимных вариантов. Моногенный контроль каждой из зон проверяли путем сопоставления наблюдаемого и ожидаемого (1:1) сегрегационных соотношений аллозимных вариантов в гаплоидных эндоспермах. Выявленные зоны активности, как и кодирующие их локусы, нумеровали в соответствии с убыванием их

электрофоретической подвижности.

Таблица 3. Ферментные системы, число кодирующих локусов и буферные системы, использованные для электрофоретического разделения.

Фермент Аббреви- Номер Число Буферная

атура по К.Ф. локусов1 система2

Алкогольдегидрогеназа ADH 1.1.1.1 2 В

Формиатдегидрогеназа FDH 1.2.1.2 1 В

Флюоресцентная эстераза FEST 3 1.1 1 3 (-2)1 В

Глутаматдегидрогеназа GDH 1 4 1.2 1 в, с

Глутаматоксалоацетаттрансаминаза GOT 2.6.1.1 3 с, в

Изоцитратдегидрогеназа IDH 1.1.1.42 1 А

Менадионредуктаза MNR 1.6 99.2 3(-J)1 А

Лейцинаминопептидаза LAP 34 11.1 4 С, В

Малатдегидрогеназа MDH 1.1.1.37 4 А

6-фосфоглюконатдегидрогеназа 6PGD 1.1.1.44 3 А

Фосфоглюкоизомераза PGI 5.3.1.9 2 В

Фосфоглюкомутаза PGM 2.7.5.1 2 В, А

Фосфоенолпируваткарбоксилаза PEPCA 4.1.1.31 1 А

Сорбитолдегидрогеназа SDH 1.1.1.14 1 С

Шикиматдегидрогеназа SKDH 1.1.1 25 2 А

Супероксидцисмугаза SOD 1.15.1.1 4 (-2,-3,-4)' В

1 Для некоторых ферментов, у которых не для всех зон была возможна генетическая интерпретация, в скобках курсивом даны номера зон (в порядке от анода к катоду) и соответствующих локусов, взятых в дальнейший анализ (напр, для FEST «-2» соответствует локусу Fest-2). 2 Условные обозначения буферных систем даны в тексте.

Наиболее частому для вида аллелю присваивали обозначение 100, остальные аллели обозначали в соответствии с относительной электрофоретической подвижностью контролируемых ими аллозимов. Для сравнения изменчивости у разных видов обозначение 100 присваивали аллелю, наиболее часто встречающемуся у наибольшего числа видов.

От каждого дерева анализировали не менее 8 семян. Заключение о гетерозиготности материнского дерева по анализируемому локусу делали на основании сегрегации в гаплоидных эндоспермах семян от данного дерева. Если расщепления не наблюдалось, дерево считалось гомозиготным.

В случае смешанных сборов семян для расчета частот аллелей в популяции использовали генотипы зародышей, а для локусов с надежно интерпретируемых только в гаплоидной ткани - гаплотипы эндоспермов семян.

Параметры внутрипопуляционной изменчивости межпопуляционной и межвидовой дифференциации рассчитывались на основании многолокусных генотипов зародышей с помощью компьютерных программ BIOSYS-2 (Swofford, Selander, 1981), POPGENE (Yeh, et al., 1998), GenAlEx V.6 (Peakall, Smouse, 2006), рассчитывали частоты аллелей и стандартные показатели генетической изменичвости, в т. ч. наблюдаемую и ожидаемую (в предположении равновесия Харди - Вайнберга) гетерозиготность, F-статистики (Wright, 1978), стандартные генетические дистанции Нея £>n (Nei, 1972). Для локусов, которые анализировались только в эндоспермах, доля межпопуляционной компоненты изменчивости оценивалась с помощью FD-r статистики Нея (Nei, 1977). Кластеризацию по методу невзвешенных парногрупповых средних (UPGMA) и по методу ближайшего соседства (Neighbor Joining или NJ-метод) с оценкой бутстрэп-поддержки узлов ветвления проводили в модулях Neighbor и Consense пакета программ PHYLIP v3.2 (Felsenstein, 1989) анализ дифференциации по методу многомерного шкалирования (MDS) - в программе STATISTICA (StatSoft, 1998).

Для анализа генетической структуры популяций на разных возрастных стадиях использовали четыре выборки сосны корейской (ЛА, ПХ, MX, СА). На основании наблюдаемых многолокусных генотипов зародышей от свободного опыления и материнских деревьев определяли соответствие наблюдаемого распределения генотипов теоретически ожидаемому из равновесия Харди - Вайнберга (у.2-тест), рассчитывали ожидаемую (#ь) и наблюдаемую (Я0) гетерозиготности, индекс фиксации Райта (Wright, 1965), (FiS = [ЯЕ - #0]/#е). Поскольку точность оценки уровня инбридинга Fis зависит от уровня изменчивости локуса, средний индекс фиксации рассчитывали по всем проанализированным в данной выборке локусам и отдельно по высокоизменчивым локусам, FIS(com).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Аллозимная изменчивость. Число наблюдаемых зон активности было одинаковым у всех изучаемых видов. Наблюдаемый характер генетической изменчивости кедровых сосен хорошо согласовывался с полученными ранее результатами других авторов (Kim, et al., 1982; Park, 1983; Fumier, et al., 1986; Yang, et al, 1989; Полетов, 1989; Tomaru, et al., 1990; Подогас, и др, 1991b; Гончаренко, 1999; Гончаренко, и др, 2000; Пирко, Коршиков, 2001; Беликов, Потенко, 2006; Крутовский, и др., 1989; Kim, et al., 1994; Choi, et al, 1995; Kim, Lee, 1995; Kim, et al, 2005). Для сосен подсекции Strobi также довольно подробно изучены наследование и изменчивость изозимов (Ryu, Eckert, 1983; Steinhofî et al., 1983; Furnier, etal., 1986; El-Kassaby et al., 1987; Beaulieu, Simon, 1994b; Jorgensen, Hamrick, 1997; Lee, et al., 1998; Lewandowski, 2000; Jorgensen, et al., 2002; Zhelev, et al., 2002), и др. Однако, работ, в

которых бы приводились сравнения изоферментных спектров у видов из разных подсекций почти не велось, за исключением нескольких (Шурхал, и др., 1991; Shurkhal, et al., 1992; Подогас, 1993; Гончаренко, 1999), в которых использовано небольшое число видов.

Анализ аллельных частот

Из 30 локусов, проанализированных у Р. koraiensís, в целом для вида полностью мономорфными оказались Idh, Lap-1, Sdh, Sod-3, Sod-4. Для локусов Fdh, Gdh, Got-1, Got-2, Mdh-1, 6-Pgd-2, 6-Pgd-3, Pgi-2, Pgm-2 и Skdh-2 отмечены лишь единичные гетерозиготы по альтернативным аллелям в одной или нескольких выборках. В целом по полиморфным локусам во всех популяциях одни и те же аллели были наиболее распространенными.

Выборка из Южной Кореи выделяется среди прочих своеобразием аллельных частот по некоторым локусам. В этой выборке наблюдается высокая частота аллеля Mdh-295 (0,205), по сравнению с другими выборками (0 - 0,065), и невысокая частота аллеля Mdh-f5 (0,057) (в других выборках от 0,129 до 0,247). В локусе б-Pgd-l только в Южно-Корейской выборке обнаружен «нуль-аллель», причем с довольно высокой частотой - 0,131. Также уникальным является редкий аллель 6-Pgd-3,2s. Отличия других выборок по аллельным частотам были незначительны.

Из 30 интерпретируемых у Р. cembra локусов, в целом для вида полностью мономорфными оказались Got-1, Got-3, Lap-1, Mnr-1, Pepea, Pgi-1, Sdh. Лишь единичные гетерозиготы по альтернативным аллелям в одной или нескольких выборках отмечены для Idh-1, Mdh-1, 6-Pgd-2, Pgi-2, Pgm-2, Skdh-2, Sod-3. Локусы Fest-2, Gdh, Got-2, 6-Pgd-3, Sod-2 также оказались слабополиморфными, но при этом обнаружили изменчивость только в карпатских выборках. Среди относительно высокополиморфных локусов, Adh-1, Adh-2, Lap-2, Lap-3, Sod-4, изменчивых и в альпийских, и в карпатских популяциях, частоты альтернативных аллелей были выше в популяциях Карпат (за исключением выборки ББ).

Обратная картина наблюдалась по локусам Mdh-2 и Mdh-4, по которым более высокие частоты альтернативных аллелей (Mdh-291 и Mdh-463, соответственно) обнаружены в Альпах. По локусу Mdh-З более высокая частота альтернативного аллеля Mdh-3m наблюдалась в Альпах и одной выборке из Южных Карпат (РТ). В целом по полиморфным локусам во всех популяциях одни и те же аллели были наиболее распространенными. Исключениями оказались локус Mdh-4 (аллель Mdh-465 в двух альпийских выборках имел частоты 0,509 и 0, 544, то есть выше, чем наиболее распространенный Mdh-4W0) и локус Adh-2 (Adh-2"u" преобладал в половине изученных выборок не зависимо от их географической локализации).

Внутрипопуляционная генетическая изменчивость В табл. 4 приведены значения основных параметров генетической изменчивости в 12 популяциях корейской сосны. В разных популяциях от 50,0 до 63,3% (в среднем 55,3%) локусов были изменчивыми (Рюо), от 30,0 до 43,3% (в

среднем 37,5%) полиморфными (Р95). В целом для вида в 83,3% локусов обнаружена изменчивость, из 25 изменчивых локусов в 11 частота наиболее распространенного аллеля не превышала 0,95 {Р^=Ъ6,1%). Среднее число аллелей на локус варьировало в популяциях от 1,67 до 2,07, в среднем составив 1,87, а в целом для вида 2,73 аллеля на локус. Среднее эффективное число аллелей на локус (Ае) в популяциях находилось в пределах от 1,20 до 1,28 (в среднем 1,23). Значительных отличий этих параметров между выборками из разных регионов выявлено не было.

В девяти изученных выборках зародышей (кроме БК, MX и КЖ) наблюдался дефицит гетерозигот (значения F в табл. 4) по сравнению с равновесием Харди-Вайнберга, что, вероятно, является следствием самоопыления и близкородственных скрещиваний. Выборка БК была близка к равновесному состоянию, а в выборках MX и ЮК наблюдался слабый избыток гетерозигот. Коэфициент инбридинга составил в среднем 0,058 и в целом для вида - 0,074. Другие авторы отмечают равновесие или слабый недостаток гетерозигот в популяциях P. koraiensis. В популяциях из Южной Кореи отмечен небольшой недостаток гетерозигот (Fis= 0,007) (Kim, et al, 1994), как и в дальневосточных популяциях (0,013) (Potenko, 2004). В исследовании Кима и соавторов (Kim, et al., 2005) приводится более высокое значение Fls = 0,045. Таблица 4. Показатели генетической изменчивости в 12 популяциях Р koraiensis

Выборки N] А2 А,2 Рт2 ъ,2 Не2 .Не (27 лок.)3 #о(27 лок.)3 /•(27 лок)3

ОБ КТ-2 БК КТ-1 MX ЛА ПХ 03 ЧУ СА ТА

254 98 85 80 399 254 190 85

85 153

2,07±0,20 1,70±0,13 2,00±0,20 1,80±0,18 2,03±0,22 1,77±0,17 1,90±0,18 1,90±0,18 2,00±0,19 1,67±0,15 1,90±0,20

1,23±0,0б 1 20±0,06 1,28±0,07 1,22±0,06 1,20±0,05 1,23*0,06 1,21±0,06 1,26±0,07 1,28±0,07 1,20±0,05 1,26±0,07

63,33 56,67 56,67 50,00 56,67 53,33 56,67 60,00 60,00 50,00 50,00

40,00 33,33 40,00 33,33 36,66 40,00 36,66 43,33 40,00 36,66 40,00

0,149±0,034 0,127±0,031 0,159±0,037 0,131±0,034 0,128±0,031 0,139±0,033 0,131±0,031 0,148±0,035 0,159±0,038 0,125±0,031 0,149±0,036

0,129±0,033 0,104±0,029 0,137±0,035 0.118±0,034 0,115±0,032 0,122±0,034 0,119±0,033 0,122±0,034 0,137±0,037 0,109±0,030 0,125±0,034

0,114±0,008 0,094±0,010 0,137±0,014 0,094±0,012 0,117±0,007 0,121±0,009 0,110±0,009 0,109±0,013 0,133±0,014 0,107±0,011 0,115±0,013

0,116 0,096 0,000 0,203 -0,017 0,008 0,076 0,107 0,029 0,018 0,080

Среднее 152,5 1,87±0,18 1,23±0,06 55,28 37,50 0,139±0,034 0,120±0,033 0,ПЗ±0,011 0,058

В целом 1830 2,73±0,21 1,23±0,0б 83,33 36,67 0,142±0,033 0,122±0,032 0,113±0,003 0,074

для вида

Примечания.1 Число проанализированных семян.2 Значения среднего (А) и среднего эффективного (Ае) числа аллелей на локус, процента полиморфных локусов при 100%-м (Рт) и 95%-м (P9¡) критерии полиморфизма и ожидаемой гетерозиготности (Не) приведены в среднем по 30 локусам, анализ 27 из которых велся в диплоидной ткани зародышей, а трех (Adh-2, Lap-2 и Mdh-3) - только в гаплоидной ткани эндоспермов семян.5 Значения наблюдаемой (Но) и ожидаемой (H¿) гетерозиготности, а также коэффициента инбридига До)/Яе) по 27 локусам, изученным в зародышах.

Средние значения рассмотренных параметров генетической изменчивости у сосны корейской находились в пределах, характерных для представителей подрода Strobus. Средняя ожидаемая гетерозиготность и число аллелей на локус сходны с результатами по всему ареалу (Kim, et al, 2005), и по российской части ареала (Potenko, 2004; Беликов, Потенко, 2006). Несколько более высокие значения этих

параметров были получены при исследовании южных популяций из Кореи и Китая (Kim, et al., 1994; Choi, et al, 1995). На основании данных о большем генетическом разнообразии южных популяций Ким и соавторами (2005) делают вывод о вероятной колонизации современного ареала сосной корейской из южных рефугиумов на север. Наши данные не позволяют сделать такой вывод, поскольку достоверных отличий в параметрах изменчивости между северными и более южными популяциями выявлено не было. В самой северной из иследованных нами популяций (БК) показатели изменчивости приближались к верхнему пределу значений (табл. 4).

В табл. 5 приведены значения основных параметров генетической изменчивости в шести популяциях европейской кедровой сосны. В разных популяциях от 43 до 60% (в среднем 50%) локусов были изменчивыми (Рт), от 20,0 до 43,3% (в среднем 29,4%) полиморфными (Р95). В целом для вида в 73,3% локусов обнаружена изменчивость, из 22 изменчивых локусов в 14 частота наиболее распространенного аллеля не превышала 0,95 (Р95=46,7%). Среднее число аллелей на локус варьировало в популяциях от 1,50 до 1,90, в среднем составив 1,68, а в целом для вида 2,17 аллеля на локус. Среднее эффективное число аллелей на локус (Ас) варьировало в популяциях от 1,09 до 1,26 (в среднем 1,17).

Таблица 5. Показатели генетической изменчивости в шести популяциях Р cembra

Выборки

У А2 А* Р т Р«2 Ян2 #е(27лок.)3 #о (27 лок.)3

F( 27 лок )3

ШМ 71 1,63±0,19 1Д2±0,04 43,33 26,67

СМ 72 1,50±0,12 1,09±0,04 43,33 23,33

УЧ 208 1,67±0,14 1,16±0,06 53,33 20,00

КН 103 1,77±0,17 1,20±0,08 53,33 26,67

Ж 141 1,90±0,18 1,21±0,08 60,00 36,67

РТ 96 1,63*0,15 1,26*0,08 46,67 43,33

0,080±0,025 0,068±0,026 0,068*0,025 0,000

0,060*0,021 0,055±0,023 0,045*0,019 0,222

0,095*0,031 0,084±0,031 0,066*0,027 0,273

0,109±0,033 0,098*0,032 0,073*0,024 0,342

0,114±0,032 0,100±0,032 0,087*0,028 0,149

0,147*0,036 0,133*0,037 0,121*0,012 0,090

В среднем Альпы 71,5 1,57±0,15 1,10±0,04 43,33 25,00 0,070±0,022 0,062*0,024 0,057±0,022 0,088

В среднем Вост. Карпаты 151 1,78*0,15 1,19*0,07 55,56 27,78 0,106*0,031 0,094±0,030 0,075±0,025 0,253

Среднее 115 1,68*0,16 1,17*0,06 50,00 29,44 0,101*0,030 0,090±0,030 0,076±0,023 0,156

В целом для вида 691 2,17*0,20 1,18*0,06 73,33 36,67 0,108±0,029 0,096±0,029 0,076±0,003 0,208

Примечания См. примечания к табл. 4.

Все перечисленные показатели были выше в популяциях Восточных Карпат, чем в выборках из Альп. То же относится и к значениям наблюдаемой гетерозиготности, которые в среднем для Альп составили 0,057 (Я0 для зародышей по 27 локусам) против 0,075 в Восточных Карпатах и 0,121 в выборке РТ. Ожидаемая гетерозиготность составила в Альпах в среднем 0,062 против 0,094 в Восточных Карпатах и 0,133 в южнокарпатской выборке (Яе для зародышей по тем же локусам), или 0,070 против 0,106 и 0,147 по всем анализированным 30 локусам. В пяти изученных выборках зародышей (кроме ШМ) наблюдался дефицит гетерозигот (значения .Р) по сравнению с равновесием Харди-Вайнберга, что может быть следствием самоопыления и близкородственных скрещиваний. В Карпатах дефицит

гетерозигот в среднем был сильнее, чем в Альпах. Это, по-видимому, объясняется более низкой численностью и большей фрагментированностью карпатских популяций, приводящим к более высокой степени инбридинга.

У европейской кедровой сосны средние значения показателей генетической изменчивости находились в пределах, характерных для подрода, однако, ближе к нижней границе значений. В литературе приводятся различные оценки показателей генетического разнообразия для этого вида, но до сих пор исследования велись на ограниченном материале (Подогас, и др, 1991а; Шурхал, и др., 1991; Shurkhal, et al, 1992; Подогас, 1993; Гончаренко, и др, 1991; Goncharenko, et al, 1992; Пирко, 2000; nipKO, 2001). В ранней работе Шмидта (Szmidt, 1982) профили частот аллелей ряда локусов (Got-1, Got-2, Adh-1) не соответствуют обнаруженным нами и другими авторами. В пяти популяциях из двух регионов севера Италии (южный предел обитания вида в Альпах), исследованных по 25 аллозимным локусам были обаружены довольно высокие уровни изменчивости (Л~2,5, ЯЕ=0,281) (Belletti, Gullace, 1999).

Динамика индивидуальной гетерозиготности в популяциях корейской сосны на разных стадиях жизненного цикла

У кедровых сосен, как и у большинства хвойных, смешанная система скрещивания, которая объединяет ауткроссинг с определенной долей самоопыления. В результате близкородственных скрещиваний и самоопыления у них формируется частично инбредное потомство. Известно, что инбридинг может иметь негативное влияние, как на жизнеспособность отдельных особей, так и на устойчивость популяции в целом (Алтухов, 1995, 1998,2003, 2004).

Для корейской сосны известны оценки доли самоопыления на уровне 3 - 6% (Politov, Krutovskii, 1994; Krutovskii, et al., 1995),и 9 - 12% (Потенко, Беликов, 2002; Potenko, 2004).

На основании многолокусных генотипов зародышей и материнских деревьев мы оценили отклонения от равновесия Харди - Вайнберга и рассчитали показатели коэффициента инбридинга (индекс фиксации Райта) (Wright, 1965) в четырех выборках сосны корейской. Достоверные отклонения от равновесия Харди - Вайнберга наблюдались во всех выборках зародышей: в ПХ - по 4 из 14 изменчивых локусов, в СА - по 1 из 13, в MX - по 2 из 14, в J1A - по 2 из 13. Семь из девяти случаев достоверного отклонения связаны с дефицитом гетерозигот, о чем свидетельствуют положительные значения индекса фиксации Райта (Fjs). При усреднении полокусных значений FIS проявляется тенденция к дефициту гетерозиготных генотипов в трех из четырех выборках. В выборке MX наблюдается состояние близкое к равновесному. При исключении локусов со слабой изменчивостью усредненные значения F[S(com) в выборке ПХ и MX возросли, в СА уменьшились, а в JIA почти не изменились.

В выборках материнских деревьев уровень средней ожидаемой гетерозиготности оказался довольно высоким от 0,186 до 0,224, однако уровень

Наблюдаемой гетерозиготности был выше, от 0,207 до 0,278, В целом только два из пяти наблюдаемых случаев отклонений от равновесия Харди - Вайнбсрга были обусловлены эксцессом гетерозигот. Тем не менее, в среднем пи в одной из выборок не наблюдалось положительного значения Fls. При исключении слабополиморфных локусов избыток гетерозигот стал более выраженным во всех выборках, кроме выборки МХ. Во всех выборках материнских деревьев значения индекса фиксации были ниже, чем среди зародышей un семян (рис. 1), Выборка из Малохехцирского лесничества (МХ) была представлена семенами ог деревьев в возрасте 24 лет из лесных культур, выращенных в условиях оптимума и не испытывающих сильного давления отбора.

Возрастание гетерозиготности с возрастом довольно часто наблюдается в популяциях хвойных (Полигон, 2004; Politov, Krutovskii. 1994; Krutovskü, et al, 1995; Политов и др., 2006). Существуют также данные о высоком уровне элиминации инбредного потомства на стадии формирования семян (Koskí, 1973). Нарастание гетерозиготности с возрастом обусловлено действием отбора против инбрелного потомства и балансирующего отбора и пользу гетерозигот.

0.15 о'.о

0.05 0.00 -0.05 -0.10 -0-15 -0.20 -0.25 -0.30

Fí& эарйАЫши F^com) зародыши г : взрослые Я,5(сот). взрослые

Рис. 1. Значения коэффициента инбридинга (F[K) ti выборках зародышей и материнских деревьев сосны корейской. Обозначении выборок даны в табл. !.

СА

МХ

ЛА

Межпопуляционная гетерогенность и пространственная дифференциация.

В целом у Р. когшеп*те по большинству локусов (за исключением слабоизменчивых Оог-2. ¡Шк-1. 6Р&1-2, Pgi~2, Р&п-2, 5кс1И-2 и Зос/-2) наблюдалась высокодостх)верная гетерогенность аллслыгых частот (табл. 6).

Анализ межпопуляционной дифференциации между выборками зародышей с помощыо статистики показал, что около 98% генетической изменчивости

относится к внутрипопуляциокной, и лишь 2% - к Межпопу л я ш они ой. При включении в анализ локусов, анализмропашихся только в эндоспермах (А4Н-2, Ьвр-2, Ма'Ь-З), межиопуляциопная компонента изменчивости /ч,т составила в среднем 0,028. По

отдельным локусам значения Fs^ варьировали от 0,001-0,009 (локусы Счэ?-2, МсИг-1, 6Pgd-2, Pgm-2, 8Ык-2 и для которых гетерогенность аллельных частот не достоверна) до 0,047 (БЫИ-!).

Таблица 7. Значения К-статистик и х^-теста на гетерогенность аллельных частот Р кога1ет1$.

Локус Г* ^гг /*57 /от х2 ¿1 Р

А<Я1-1 0,130 0,142 0,013 0,008 109,302 33 0,0000***

А(}}1-2 - - - 0,049 271,750 33 0,0000***

Лй 0,391 0,399 0,013 0,007 34,801 И 0,0003***

Рез1-2 0,123 0,134 0,012 0,008 90,803 22 0,0000***

ели 0,043 0,079 0,038 0,034 139,065 33 0,0000***

во!-1 -0,017 -0,002 0,014 0,008 68,043 22 0,0000***

Оо1-2 -0,006 0,000 0,005 0,000 20,076 11 0,0443*

во!-3 0,059 0,067 0,008 0,003 52,205 22 0,0003***

Ьар-2 - - - 0,065 250,855 22 0,0000***

Ьар-З 0,040 0,058 0,019 0,014 238,665 44 0,0000***

Ьар-4 -0,025 0,016 0,040 0,034 74,156 И 0,0000***

МОИ-1 -0,001 0,000 0,001 0,000 3,572 11 0,9808

ШИ-2 0,067 0,091 0,026 0,021 317,801 33 0,0000***

МсОь-З - - - 0,017 69,544 11 0,0000***

Мс1И-4 0,059 0,088 0,031 0,025 64,545 22 0,0000***

Рерса 0,044 0,063 0,020 0,012 33,057 11 0,0005***

6-Ръс1-2 -0,006 -0,001 0,005 0,000 21,116 22 0,5136

6-Р°<1-3 0,336 0,366 0,044 0,036 117,583 33 0,0000***

Р%}-1 0,116 0,131 0,018 0,013 98,817 22 0,0000***

Р&-2 -0,006 -0,001 0,005 0,000 38,790 22 0,0149*

Р&П-1 0,052 0,077 0,027 0,022 166,627 33 0,0000***

РВт-2 -0,003 0,000 0,002 0,000 8,623 11 0,6566

5Ш-1 0,080 0,123 0,047 0,042 344,366 44 0,0000***

-0,008 -0,002 0,006 0,002 33,665 22 0,0531

50(1-2 0,057 0,065 0,009 0,004 21,919 11 0,0250*

Среднее 0,069 0,086 0,018 0,028 2689,746 572 0,0000***

Примечание. Уровни значимости * /><0,05, ** Р<0,01, ***/><0,001

Генетическая дифференциация максимально выражена между выборкой из Южной Кореи и остальными выброками - от 0,006 до 0,022 и отражает их максимальную географическую удаленность. Другие выборки слабо дифференцируются между собой (значения Дм от 0,002 до 0,016).Кластерный анализ по методу иРСМА, так же как и Ш-анализ, не показывает четкого разделения популяций на отдельные кластеры по географическому расположению (рис. 2, А и Б). Дифференциация популяций очень слабая и в болыннстве случаев не поддерживается значениями бутстрэпа. Можно отметить некоторую близость популяций горной цепи Малый Хинган (ОБ и КТ-2) и слабые различия между популяциями горной системы Сихоте-Алиня, не зависимо от географической широты (рис. 2, А). При использовании №Г-метода с достоверностью выше 50% выделяются кластеры популяций БК и 03, и примкнувшая к ним ЧУ (рис. 2, Б).

Использование метода многомерного шкалирования (МББ) позволило выявить

связи, не определяемые с помощью методов иРвМА и № (рис. 3). Близко

располагаются выборки горной системы Малого Хингана ОБ и КТ-2. Дла горной

системы Сихотэ-Алиня, представленой выборками из Хабаровского и Приморского

края свойственна большая вариабельность значений генетического расстояния. Эти выборки проявляют слабую тенденцию к совместной кластеризации по регионам происхождения.

0 014 0 012

0 002 0 000

-еЕ

—е

Бк

ЧУ

та

КГ-2

ОБ

toy

ca flP KT 1

-юк

- P parr./'a

0 010 0 008 0 006 0 004 Генетическое расстояние, DN

А Б

Рис. 2. UPGMA-дендрограмма (Л) и NJ-дендрограмма (Б) изученных выборок сосны корейской на основании генетических расстояний Нея со значениями бутстрэпа при соответствующих узлах ветвления. В качестве внешней группы использован кедровый стланик.

о Амурская область а Китай

■ Хабаровский край, север Д Хабаровский край

♦ Приморский край

• Сахалин

о Южная Корея

00 05 10

Измерение 1

Рис. 3. Проекция выборок сосны корейской на плоскости двух измерений, полученная в результате многомерного шкалирования (М08)

По данным разных авторов в популяциях Р koraiensis от 1,5 до 6% изменчивости приходится на межпопуляционную. Для российской части ареала отмечены самые низкие показатели FST (Potenko, Velikov, 1998; Потенко, Беликов, 1999; Potenko, Velikov, 2001; Потенко, Беликов, 2002; Potenko, 2004; Беликов, Потенко, 2006), тогда как популяции из Южной Кореи более дифференцированы (Kim, et al, 1994). Некоторые авторы объясняют низкую дифференциацию между популяциями у сосны корейской высоким уровнем панмиксии на ареале (Potenko,

2004). Исходя из различий значений Р$т у разных локусов (табл. 7), можно заключить что миграция не может быть единственным механизмом, приводящим к уменьшению межпопуляционных различий на протяженном ареале. Существующий феномен объясняется в большей мере действием стабилизирующего отбора, обеспечивающего поддержание определенного соотношения внутри- и межпопуляционной изменчивости в пределах ареала вида (Алтухов, 2003, 2004).

У Р. сетЬга практически по всем локусам (за исключением слабоизменчивого Pgm-2) наблюдалась высокодостоверная гетерогенность аллельных частот (табл. 8). При анализе межпопуляционной дифференциации между выборками зародышей с помощью статистики ^т около 95% генетической изменчивости относится к внутрипопуляционной, и лишь 5% к межпопуляционной. При включении локусов, анализировавшихся только в эндоспермах (Ас1!г-2, Ьар-2, М<Яг-3) межпопуляционная компонента изменчивости составила в среднем 0,075. По отдельным локусам значения Т^т варьировали от 0,003 (локус Pgm-2, для которого не обнаружено достоверной гетерогенности аллельных частот) до 0,13 (Бос1-4).

Таблица 8. Значения ^-статистик и з^-теста на гетерогенность аллельных частот для шести выборок Р. сетЬга.

Локус ^БТ Рт х2 с(/ Р

МЬ-1 0,159 0,239 0,095 0,091 156,384 15 0,0000»**

А<»1-2 - - - 0,144 197,838 10 0,0000***

Яй 0,204 0,234 0,038 0,032 44,811 5 0,0000***

0,155 0245 0,106 0,102 133,461 5 0,0000***

ал 0,180 0,197 0,020 0,018 22,679 5 0,0004***

Оо1-2 0,384 0,397 0,021 0,016 28,806 5 0,0000***

Ш 0,208 0,232 0,030 0,026 41,488 10 0,0000***

Ьар-2 - - - 0,018 25,952 5 0,0001***

Ьар-З 0,170 0,227 0,069 0,064 113,980 15 0,0000***

ШИ-2 0,000 0,050 0,050 0,045 60,752 10 0,0000***

ММ-З - - - 0,076 125,253 5 0,0000***

ММ-4 0,099 0,144 0,049 0,043 38,695 5 0,0000***

6-Р%<1-1 0,244 0Д82 0,050 0,032 25,705 5 0,0001***

6-?%с1-2 0,423 0,435 0,020 0,014 20,721 5 0,0009***

б-Рг<1-з -0,045 0,074 0,114 0,110 120,531 10 0,0000***

Ргт-1 0,107 0,122 0,017 0,011 60,049 10 0,0000***

Ргт-2 -0,004 -0,001 0,003 0,000 4,211 5 0,5194

ШИ-1 0,120 0,147 0,030 0,024 186,841 25 0,0000***

йМк-2 -0,066 -0,015 0,048 0,043 46,077 5 0,0000***

8ое1-2 -0,038 -0,008 0,029 0,024 32,887 5 0,0000***

-0,164 -0,062 0,088 0,083 87,846 5 0,0000***

0,390 0,469 0,130 0,123 105,958 5 0,0000***

Среднее 0,133 0,179 0,053 0,075 1700,923 175 0,0000***

Примечание. Уровни значимости * /><0,05, ** У<0,01, ***/><),001

По совокупным частотным данным для десяти популяций отмечено еще более высокое разнообразие _Рот-0,099. Генетическая дифференциация между альпийскими выборками, относящимися к сравнительно непрерывной части ареала вида находится , на среднем уровне (Рщ=0,066, £>N=0,003 - 0,025). Значительно отличается от прочих выборка ББ (табл. 9). Между тремя другими выборками отмечены значения Дм, почти

на порядок ниже (0,003 - 0,005). Между четырьмя восточнокарпатскими выборками, которые близки географически, различия такие же, или выше (Fm=0,024, Z)N-=0,004 -0,011). Две южнокарпатские выборки максимально отличаются друг от друга (Fdt=0,122, £>N=0,040). Генетическое расстояние между двумя южнокарпатскими выборками, столь же велико, как и между одной из них (ПЙ) и выборкой из Швейцарии (£>ц=0,041).

Таблица 9. Генетические расстояния Нея между 10 популяцими Р cembra на основании частот аллелей 26 аллозимных локусов.

Выборка ШМ СМ ББ ИМ УЧ КН

ШМ -

СМ 0,003 -

ББ 0,023 0,025 -

ИМ 0,005 0,004 0,013 -

УЧ 0,021 0,025 0,019 0,020 -

кн 0,017 0,019 0,012 0,012 0,004 -

як 0,022 0,028 0,015 0,019 0,005 0,005

кл 0,022 0,029 0,017 0,021 0,011 0,010

РТ 0,017 0,024 0,026 0,021 0,014 0,018

ПЙ 0,035 0,041 0,013 0,028 0,021 0,014

як

кл

РТ

0,009

0,011 0,019 0,020 0,013

0,040

0 015 0 010 0 005 Генетические расстояния DN

А Б

Рис. 4. UPGMA-дендрограмма (А) и NJ-дендрограмма (Б) изученных выборок сосны корейской на основании генетических расстояний Нея со значениями бутстрэпа при соответствующих узлах ветвления. В качестве внешней группы использована сосна корейская.

Кластерный анализ по методу невзвешенных парногрупповых средних (UPGMA) показал разделение на три кластера (рис. 4, А). В первый, с бутстрэп-поддержкой в 85% вошли три альпийские популяции. Второй кластер объединил восточнокарпатские выборки с южнокарпатской (РТ), но его поддержка недостоверна. Более четко кластеризуются три близко расположенные популяции с территории Украины (бутстрэп-поддержка 86%). Третий кластер составили одна альпийская (ББ) и одна южнокарпатская выборки (ПЙ). Этот кластер слабо поддерживается статистически (53%). К нему примыкает одна из восточнокарпатских выборок, KJT (не поддерживается значениями бутстрепа). Несколько иная кластеризация получена с

помощью.NJ-метода (рис. 4, Б). К кластеру трех альпийских выборок примыкает кластер состоящий из альпийской (ББ) и южнокарпатской (ПИ) выборок. Выборка KJI обособлена от остальных.

Многомерное шкалирование (рис. 5) показывает группировку популяций, близкую к географическому расположению. Наибольшая межпопуляционная дифференциация наблюдается в Южных Карпатах (выборки ПЙ и РТ). Выборка KJI сближается с другими восточнокарпатскими выборками, а ББ значительно обособлена от остальных альпийских выборок.

Работы по межпопуляционной дифференциации у P. cembra дают довольно противоречивые оценки. Шмидтом получены высокие уровни генетической дифференциации на ареале (Aj в пределах 0,018-0,651, FDT = 0,315). В этой работе (Szmidt, 1982) были проанализированы популяции из Татр, Южных Карпат и популяция из Читинской области (Восточная Сибирь), что, согласно большинству классификаций, позволяет отнести ее к другому виду, Pinns sibirica Du Tour, кроме того, интерпретация изменчивости многих аллозимных локусов значительно отличалась от нашей. Для популяций Р. cembra из Италии межпопуляционная составляющая изменчивости была значительно меньше (GS1 = 0,027; £>n в среднем 0,01) (Belletti et al., 1999).

♦ Альпы

i Карпаты, вост.

• Карпаты, южн.

Рис. 5. Проекция выборок сосны кедровой европейской на плоскости двух измерений,полученная в результате многомерного шкалирования (МВБ)

-12 -10 -0

-06 -04 -02 00 02 04 08 08 10 12 Измерение 1

При рассмотрении альпийских и карпатских популяций вместе, генетическая дифференциация у Р сетЬга выше, чем у родственных ей сибирской (/*5т = 0,025 -0,03) (РоШоу, 1998) и корейской (Р8Т = 0,02 - 0,03) кедровых сосен, проанализированных по практически одинаковому набору локусов.

Несмотря на то, что в Альпах сосна кедровая европейская более многочисленна, чем в Карпатах, значительно удаленные друг от друга альпийские популяции более сходны между собой, чем близко расположенные популяции из Северных Карпат. Такая картина может быть связана с ограничением миграции вследствие

существования в изолированных популяциях в карпатской части ареала. Высокая дифференциация отдельных популяций внутри регионов может отражать также и различия локальных условий среды обитания. Невысокая дифференциация между альпийскими популяциями на фоне снижения показателей генетического разнообразия внутри популяций может указывать на то, что вид в Альпах переживал сокращения численности и последующие ее восстановления за счет распространения из ограниченных по численности особей рефугиумов.

Родственные связи и генетическая дифференциация сосен секции Strobus На основании частот аллелей семнадцати изоферментных локусов проанализирована межвидовая дифференциация у семнадцати представителей подрода Strobus. В табл. 10 приведены показатели стандартных генетических расстояний Нея для изученных видов. Максимальные генетические дистанции наблюдались между представителями подсекции Cembroides, P. edulis, подсекции Gerardianae, P. bungeana, и видами секции Strobus (рис. 6). Между P. bungeana и соснами секции Strobus генетические расстояния находились в пределах от 0,775 до 1,184. Несколько большие значения установлены между P. edulis и соснами секции Strobus - от 1,007 до 1,383. Значение Дм между P. bungeana и P. edulis - 0,921, указывает на более высокие различия между ними, чем между видами внутри секции Strobus и ставит под вопрос их принадлежность к одной секции Раггуа, по традиционным классификациям (Critchfield, Little,1966; Price et al., 1998). В нескольких филогенетических исследованиях с использованием различных последовательностей ДНК, и включающих различные виды сосен, также были показаны значительные различия между подсекциями в секции Раггуа (Wang et al., 1999; Liston et al., 1999; Gernandt et al., 2005).

Таблица 10. Генетические расстояния Нея (Дм) между изученными видами сосен.

Вид' AL CE SI КО PU AR ARM MR PA WA FL LA MO SF ST PE BU

AL CE SI KO PU AR ARM MR PA WA FL LA MO SF ST PE BU ED

0,134 -

0,137 0,011 -

0,271 0,289 0,305 -

0,230 0,283 0,266 0,079 -

0,374 0,490 0,518 0,428 0,371 -

0,615 0,730 0,765 0,436 0,421 0,207 -

0,493 0,612 0,644 0,489 0,517 0,310 0,324 -

0,209 0,304 0,328 0,392 0,324 0,146 0,405 0,395 -

0,188 0,252 0,274 0,228 0,243 0,170 0,398 0,391 0,299 -

0,208 0,362 0,375 0,432 0,364 0,394 0,562 0,317 0,350 0,262 -

0,168 0,314 0,316 0,459 0,322 0,276 0,424 0,460 0,271 0,218 0,229 -

0,228 0,407 0,408 0,370 0,301 0,496 0,620 0,378 0,513 0,308 0,107 0,270 -

0,270 0,405 0,418 0,479 0,392 0,338 0,570 0,266 0,297 0,315 0,050 0,230 0,149 -

0,220 0,313 0,338 0,432 0,357 0,311 0,672 0,431 0,215 0,258 0,211 0,243 0,329 0,198 -

0,339 0,416 0,434 0,624 0,450 0,283 0,391 0,481 0,343 0,325 0,322 0,199 0,331 0,385 0,400 -

1,069 0,944 0,947 0,952 0,891 1,027 0,822 0,775 1,109 1,049 1,152 0,904 1,046 1,184 1,098 0,945 -

1,014 1,270 1,277 1,115 1,057 1,299 1,245 1,007 1,383 1,053 1,044 1,062 1,001 1,249 1,230 1,239 0,921

Примечание 1 Обозначения видов даны в табл. 2

I—s

г-еЕ:

i—к

-Ер

-F

-е; -Е

ARM ви

Генетические расстояния Du

А Б

Рис. 6. UPGMA-дендрограмма (А) и NJ-дендрограмма (Б) изученных сосен подрода Strobus на основании генетических расстояний Нея. Значения бутстрэпа приведены при соответствующих узлах ветвления.

Исходя из генетических расстояний (табл. 10) можно также сделать предположение о монофилетичности секции Strobus. На UPGMA и NJ-дендрограммах (рис. 6) сосны секции Strobus располагаются в один кластер со значительной бутстрэп-поддержкой - 87 и 91 соответственно. Монофилетичность этой подсекции подтверждается данными других авторов, полученных с использованием ДНК-маркеров (Gernandt et al., 2005; Wang et al, 1999; Liston et al, 1999).

Генетические дистанции (DN) между представителями секции Strobus находятся в пределах от 0,011 (между P. sibirica и P. cembra) до 0,765 (между P. sibirica и Р. armandii var. mastersiana) (табл. 11). Максимальные значения генетических дистанций установлены между соснами обитающими на о. Тайвань и остальными видами, что отражает их длительную изоляцию. P. morrisonicola и P. armandii var. mastersiana, формируют кластер отдельно от остальных видов, который не поддерживается значениями бутстрэпа (рис. 6). UPGMA-дендрограмма показывает внутри секции Strobus отсутствие деления на подсекции Cembrae и Strobi (рис. 6). Кедровые сосны, подсекция Cembrae, группируются в единый кластер среди других представителей секции. Однако отличия в генетических расстояниях между парой P. koraiensis - Р. pumila и P. wallichiana (0,228 и 0,243) меньше, чем между этими тремя видами и группой P. sibirica - P. cembra (0,252 - 0,305). Кластер кедровых сосен на UPGMA -дендрограмме не поддерживается значениями бутстрэп-анализа. Четко выделяется лишь сходство в группах P. sibirica - P. cembra (99%) и Р koraiensis - P. pumila (96%). На NJ-дендрограмме (рис. 6, Б) к кластеру Р sibirica - P. cembra (98%) примыкает Р. albicaulis (55%). Группа североамериканских сосен, P. flexilis, P. strobiformis, Р monticola и P. strobus, образуют единый кластер на обеих дендрограммах (рис. 6, А и Б). Другой американский вид, P. lambertiana, группируется совместно с европейской Р рейсе (кластер слабо поддерживается значением бутстрэпа). Восточноазиатские виды,

Р. агтапсШ уаг. агтапсШ, Р раю'фога и Р. \vallichiana, образуют кластер со слабой поддержкой на иРОМА - дендрограмме. А на №-дендрограмме Р \vallichiana сближена с кедровыми соснами (рис. 6).

Результаты многомерного шкалирования на основании генетических расстояний между видами (рис. 7) более наглядно иллюстрируют межвидовую дифференциацию внутри секции БЯ-оЬю. 1 о

О подсекц. СетЪгае

подсекц. 5гго6г:

• Юго-восточная Азия ▲ Северная Америка

♦ Европа

Рис. 7. Проекция видов секции Йгобад на плоскости двух измерений, полученная в результате многомерного шкалирования (МОБ).

-12 -10 -0 8 -о

-0 4 -02 00 02 04 06 08 10 12 14 1е Измерение 1

Р. яШИса и Р. сетЪга произошли от одного предка с обширным ареалом от Восточной Сибири до Западной Европы (Бобров, 1978). У этих видов очень слабые различия по частотам аллелей изоферментных локусов. Однако некоторые аллели встречаются только у одного из видов. Генетическая дистанция между ними невелика - 0,011 (табл. 11) и находится на уровне внутривидовой для видов с фрагментированным ареалом. Данные изоферментного анализа (Политов, 1989; Крутовский,, и др., 1990; Гончаренко,, и др., 1992Ь; Крутовский, Политов, 1992; Политов,, и др., 1992; Кпйоузкп е? а/., 1994, 1995; Гончаренко, 1999), анализа последовательностей ДНК (ОидегН е1 а!., 2001) и отсутствие серьезных морфологических отличий ставят вопрос об обоснованности разделения Р. зШпса и Р. сетЬга в отдельные виды. Некоторые авторы ранее отмечали их значительное морфологическое сходство и предлагали рассматривать как единый вид (Сукачёв, 1938; Крюссман, 1986). В свете наших данных такая точка зрения более обоснована.

Вторая пара близких видов (рис. 7) Р когтет1в и Р. ритйа имеют перекрывающиеся ареалы, но занимают разные экологические ниши. В современных условиях эти виды репродуктивно изолированы фенологически и не образуют гибридов в природе (Горошкевич, 2000). Анализ частот аллелей изоферментных локусов показал высокую схожесть по аллельному составу. У этих двух видов одни и ге же частые аллели по всем локусам, за исключением М#г-2. Главные отличия наблюдаются по относительно редким аллелям, либо по наличию альтернативного

аллеля в локусе. Следует отметить, что четыре выборки кедрового стланика, взятые в анализ, не относились к зоне перекрывания современных ареалов. Генетическое расстояние между этими видами выше, чем между Р. ¡Ыпса и Р. сетЬга, - 0,079 (табл. 10). Расстояния между ними и другими кедровыми соснами находятся в пределах от 0,230 (между Р. ритИа и Р. а1ЫсаиШ) до 0,305 (между Р. когтепз1з и Р. ¡Шпса). Близость сосны корейской и кедрового стланика отмечена во многих работах, посвященных анализу дифференциации между видами подсекции СетЪгае (Политов, 1989; Крутовский, и др., 1990; Гончаренко, и др , 1992Ь; Крутовский, Политов, 1992; Политов, и др., 1992; КпДоувки, et а1, 1994, 1995; Гончаренко, 1999). Подобная картина изменчивости могла сформироваться в результате происхождения Р когтет'к и Р. ритИа от одного общего предка и, вероятно, в результате гибридизации между ними в прошлом.

Р. аШсаиШ занимает положение между кедровыми соснами и американскими йгойг, что скорее, связано с вероятной межвидовой гибридизацией в прошлом между нею и американскими видами, чем с происхождением кедровых сосен от американских представителей подсекции Б^оЫ.

Согласно анатомическим признакам близость Р. когшет1$ и Р. агтапсШ довольно велика (Куприянова, Литвинцева, 1974; Литвинцева, 1974; СгксЬйеМ, 1986). Это предположение не подтверждается анализом аллозимных маркеров. Генетические расстояния между Р. когтет1в и двумя разновидностями Р. агтапсШ находятся на довольно высоком уровне - 0,428 и 0,436, и сопоставимы с расстояниями между Р. когтет^з и американскими 8шЫ (табл. 10).

Р. агтапсШ имеет три разновидности, обитающие в континентальной части Китая (Р. агтапсШ уаг. агтапсШ), на о. Тайвань (Р. агтапЛг уаг. тда/еглляа) и двух островах, Якусима и Танегасима, на юге Японии (Р. агтапсШ уаг. атат'шпа). В работе Канетани и соавторов (Капйат, е1 а1, 2004) приводятся генетические расстояния между разновидностями от 0,220 - 0,244 (уаг. ататшпа - уаг. та$1ег$1апа) до 0,460 -0,510 (уаг. ататгапа - уаг. агтапсШ). В нашем исследовании генетическое расстояние между китайской и тайваньской разновидностью составило 0,207, что выше расстояний между некоторыми американскими Б^оЫ, или в группе Р. вШНса - Р аШсаиИх - Р. сетЬга (табл. 11, рис. 7). С другой стороны Р. агтапсШ уаг. тапегь'шпа значительно сильнее отличается от всех прочих видов (Ам от 0,324 до 0,672). По большинству локусов разновидности отличаются наличием или отсутствием редких аллелей. В четырех локусах ((ЗМ-З, Мс1И-1, и Pgm-2) отмечена смена частот

аллелей между вариантами на противоположные. Хотя генетические различия между разновидностями Р. агтапсШ находятся на высоком уровне, не обнаружено диагностических локусов, по которым их можно было бы однозначно разделить на два вида.

Ареалы Р агтапсШ уаг. тая1егя'шпа и Р тоггЬотсоЫ, обитающих на о. Тайвань частично перекрываются. Данные изоферментного анализа не дают полного основания

исключить возможность гибридизации между этими видами. Вероятно, давняя изоляция этих видов на острове в специфических экологических условиях, их ограниченная численность и возможная гибридизация привели к нарастанию различий между ними и остальными соснами подсекции.

Условно можно предположить разделение секции Sírobus на три ветви, происходящие из одного центра, находившегося в Юго-Восточной Азии (рис. 7). Первая ветвь включает кедровые сосны, заселившие северную Евразию (Р. sibirica, Р. cembra, Р. koraiensis и Р pumila) и север Америки (Р. albicaulis), предковые формы которых мигрировавали на север. Вторая ветвь распространилась по Юго-Восточной Азии. Американские виды - Р. strobus, Р montícola, Р. flexilis, Р. strobiformis и Р lambertiana - образуют третью ветвь, расселившуюся на территории Северной Америки. Предок Р. рейсе вероятно отделился от предковой ветви американских сосен и распространился до юга Европы.

Кроме общего происхождения и возникшей в результате расселения географической изоляции, на общую картину дифференциации видов влияет шгтрогрессивная гибридизация. Эволюция в секции Strobus рода Pinus идет не только путем дивергенции, но и межвидовой гибридизации (ретикулярная эволюция). Для уточнения происхождения и расселения представителей секции Strobus необходимы дальнейшие исследования с привлечением неизученных видов и большего числа выборок, особенно из Юго-Восточной Азии, а таюке с привлечением селективно более нейтральных генетических маркеров.

ВЫВОДЫ

1. На основании анализа изменчивости 30 аллозимных локусов получены оценки уровней генетической изменчивости сосны корейской, Pinus koraiensis Sieb. eí Zucc, Дальнего Востока России, Китая и Южной Кореи. Доля полиморфных локусов в 12 популяциях составила от 30% до 43,3%, средняя ожидаемая гетерозиготность - 0,139. Не обнаружено снижения показателей изменчивости с юга на север.

2. Около 97% аллозимной изменивости сосны корейской относится к внутрипопуляционной. Дифференциация между выборками выражена слабо и не всегда отражает их географическую принадлежность, что объясняется сходством экологических условий на ареале, способствующим балансирующему отбору, отсутствием серьезных барьеров для миграции.

3. Для популяций сосны кедровой европейской, Pinus cembra L, из разных частей ареала по 30 изученным локусам доля полиморфных составила от 20% до 43,3%, средняя ожидаемая гетерозиготность - 0,101. Более низкие значения показателей изменчивости, чем у сосны корейской, объясняются инбридингом в условиях сокращения и фрагментации ареала. В двух альпийских популяциях проявилась тенденция к снижению показателей генетической изменчивости по сравнению с тремя популяциями из Восточных Карпат.

4. У Р. cembra 92,5% аллозимной изменивости относится к внутрипопуляционной. Межпопуляционные различия выше, чем у видов с непрерывными ареалами, однако даже между полностью изолированными частями ареала они не столь высоки, как можно предполагать исходя из изоляции и дрейфа генов. Вероятно имеет место действие сходных векторов отбора, выравнивающего частоты. Дифференциация между альпийскими выборками выражена более слабо, чем между карпатскими, что отражает особенности формирования ареала этого вида.

5. При анализе возрастной динамики гетерозиготности в трех популяциях Р. koraiensis обнаружена высокая степень инбридинга у зародышей семян. В одной выборке отмечено близкое к равновесному распределение генотипов. У взрослых деревьев во всех выборках выявлен избыток гетерозигот по сравнению с равновесием Харди - Вайнберга. Это свидетельствует о проявлении действия балансирующего отбора в пользу гетерозигот и против инбредного потомства.

6. Анализ семнадцати видов сосен по частотам 17 аллозимных локусов показал высокую степень дифференциации между секциями внутри подрода Strobus и отсутствие четкого деления на подсекции Strobi и Cembrae внутри секции Strobus. Кластеризация видов отражает их географическое распространение.

7. Представители подсекции Cembrae формируют два кластера. Один кластер включает Р. cembra и Р. sibirica, недавно дивергировавших от одного общего предка и сохранивших схожие частоты аллелей, за исключением отличий по аллельному составу нескольких локусов. К нему примыкает Р. albicaulis. В другом кластере -генетически близкие Р. koraeinsis и Р. pumita, сходство которых может быть отражением как происхождения от одного общего предка, так и межвидовой гибридизации в прошлом.

8. Разновидности Р. armandii (подсекц. Strobi) генетически различаются на порядок величин больше, чем популяции Р. koraeinsis, но не имеют диагностических аллелей, позволивших бы однозначно дифференцировать их друг от друга. В отдельную группу выделяются Р. morrisonicola и Р. armandii var. mastersiana с о. Тайвань, что отражает их долговременную изоляцию от континентальной части и вероятный обмен генами между ними.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Белоконь М. М., Политов Д. В., Белоконь Ю. С., Крутовский К. В., Малюченко О. П., Алтухов Ю. П. Генетическая дифференциация сосен секции Strobus: данные изоферменгного анализа // Докл. акад. наук. 1998. Т. 358. № 5. С. 699-702.

2. Белоконь М. М., Политов Д. В. Оценка генетического разнообразия в популяциях корейской кедровой сосны (Pinus koraiensis Sieb. et Zucc.) // 1-ая молодежная школа-конференция Сохранение биоразнообразия природных ресурсов. Москва: Федеральная государственная программа Интеграция, Московский Государственный Университет и Российская Академия Наук, 2000. С. 13.

3. Белоконь М. М., Белоконь Ю. С., Политов Д. В., Алтухов Ю. П. Аллозимный полиморфизм европейской кедровой сосны (Pinus cembra L.) в горных популяциях Альп и Восточных Карпат // Генетика. 2005. Т. 41. № 11. С. 1538-1551.

4. Политов Д. В., Белоконь М. М., Белоконь Ю. С., Крутовский К. В., Алтухов Ю. П. Генетика популяций кедровых сосен // Генетика в России и в мире. 2006. С 156.

5. Belokon М. М., Politov D. V., Belokon Y. S. Contrasting patterns of spatial genetic differentiation in two East Asian five-needle pine species, Pinus koraiesis and P. armandii И IUFRO Working Party 2.02.15. The breeding and genetic resources of five-needle pines. Valiug, Romania: 2006. P. 6-7.

6. Politov D. V., Belokon M. M., Belokon Y. S. Allozyme variation in Swiss stone pine, Pinus cembra L. and Siberian stone pine, P. sibirica Du Tour: Differentiation between population and species // IUFRO Working Party 2.02.15. The breeding and genetic resources of five-needle pines. Valiug, Romania: 2006. P. 10-11.

Подписано в печать 12.04.2007 г. Исполнено 13.04.2007 г. Печать трафаретная.

Заказ № 306 Тираж: 100 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш, 36 (495) 975-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Белоконь, Марьяна Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Биологические особенности сосен подрода Strobus рода Pinus

1.2. Систематика и межвидовая гибридизация сосен секции Strobus

1.3. Использование генетических маркеров в популяционной генетике хвойных

1.4. Уровни белкового полиморфизма и внутривидовая дифференциация сосен

1.5. Исследования филогенетических связей видов подрода Strobus с помощью молекулярно-генетических маркеров

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Растительный материал. Видовой состав.

Характеристика и локализация выборок

2.2. Хранение материала и подготовка образцов для анализов

2.3. Условия электрофореза

2.4. Изученные изоферментные системы

2.5. Анализ наследования и система обозначений

2.6. Статистические методы

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Аллозимная изменчивость

3.2. Анализ аллельных частот

3.3. Внутрипопуляционная генетическая изменчивость

3.4. Динамика индивидуальной гетерозиготности в популяциях корейской сосны на разных стадиях жизненного цикла

3.5. Межпопуляционная гетерогенность и пространственная дифференциация

3.6. Родственные связи и генетическая дифференциация сосен секции Strobus

Введение Диссертация по биологии, на тему "Генетическая структура популяций сосны корейской и сосны кедровой европейской и родственные связи видов секции Strobus рода Pinus"

За последние сто лет антропогенное давление на биосферу достигло огромных масштабов, что привело к гибели многих видов организмов и исчезновению целых экосистем. Популяционная структура многих видов была нарушена такими процессами, как сокращение численности, фрагментация ареалов, искусственное изменение возрастной и половой структуры популяций, что поставило их на грань вымирания (Алтухов, 1995, 2004). В связи с этим была сформулирована главная задача рационального использования природных ресурсов, состоящая, прежде всего, в сохранении биологического разнообразия через сохранение отдельных видов и их среды обитания.

Леса северного полушария на 70 - 80% состоят из хвойных пород. Хвойные растения, являясь в большинстве своем хозяйственно ценными видами, подвергаются значительному влиянию со стороны человека, что обуславливает необходимость сохранения и восстановления их популяций. Решение этой задачи невозможно без применения знаний о популяционно-генетической структуре видов и основах их адаптивного генетического разнообразия.

Развитие генетики лесных древесных видов за последние десятилетия внесло огромный вклад в селекционную работу, осуществление программ воспроизводства и восстановления природных популяций лесных пород. Охарактеризована генетическая изменчивость множества хозяйственно-ценных видов, а также видов, находящихся под угрозой полного исчезновения. Таким прогрессом генетика лесных древесных растений во многом обязана развитию методов выявления полиморфизма белков и ДНК. Генетические маркеры используются для различных целей, таких как: описание и мониторинг генетического разнообразия в пространстве, включающего как адаптивные, так и нейтральные признаки; выявление ключевых факторов, определяющих динамику генетического разнообразия, например, изучение системы скрещивания, потока генов, истории формирования природных ареалов; исследование родственных связей между различными таксонами; генетическое картирование, поиск локусов контролирующих количественные признаки (QTL) и селекция с помощью маркеров (marker assisted selection, MAS); сертификация и контроль посадочного материала и древесины.

Хвойные растения характеризуются богатым видовым составом, большой протяженностью ареалов, высокой приспособленностью к различным условиям окружающей среды и высокой степенью генетического разнообразия. Благодаря уникальной системе размножения, позволяющей устанавливать наследование и сцепление генных локусов без применения длительных и трудоемких скрещиваний, и возможности одновременного анализа двух поколений (гаплоидные мегагаметофиты и диплоидные зародыши), подробно изучена генетическая изменчивость и процессы, происходящие в популяциях многих видов хвойных.

Актуальность темы. Мониторинг внутривидового разнообразия является одной из наиболее актуальных проблем современной популяционной и природоохранной генетики. Изучение популяций лесных древесных растений представляет не только теоретический, но и прикладной интерес. С применением методов выявления полиморфизма белков и ДНК было показано, что на формирование популяционной структуры сосен влияет ряд факторов, таких как история формирования ареала, система скрещивания, миграция и генные потоки, изоляция и дрейф генов, естественный отбор, а также усиливающееся антропогенное влияние. Несмотря на определенные успехи и практические достижения в этой области, процессы формирования и динамики генофондов экосистемно-образующих видов кедровых сосен, имеющих экономическую ценность, по настоящее время остаются неисследованными. Кроме того, интерес представляет изучение родственных отношений видов секции Strobus рода Pirns. Предпринимавшиеся филогенетические исследования, как традиционные морфологические, так и с применением молекулярно-генетических маркеров, внутри рода Pinus показали однозначную дифференциацию на подроды и секции. Однако, до сих пор не сформировались однозначные взгляды на систематику внутри секции Strobus, поскольку исследования включали небольшое число образцов и давали противоречивые результаты.

Целью работы явилось изучение аллозимного полиморфизма и дифференциации популяций сосны корейской, Pinus koraiensis Sieb. et Zucc., и сосны кедровой европейской, Pinus cembra L., а также определение их родственных связей с другими видами секции Strobus. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- исследовать родственные связи этих сосен с другими представителями секции Strobus.

Научная новизна. Впервые выполнено сравнительное популяционно-генетическое исследование европейской и корейской кедровых сосен на большом количестве популяций из разных частей ареалов с применением большого числа универсальных аллозимных маркеров. Исследованы их связи с пятнадцатью родственными видами - представителями подрода Strobus.

Практическое значение. Данные, представленные в работе, имеют практическую ценность для организаций, занимающихся воспроизводством и охраной генофондов древесных растений. Полученные результаты могут быть использованы Агентством по лесам РФ, ФГУП «Рослесозащита», НИИЛГиС (г.

Воронеж) в разработке программ сохранения и хозяйственного использования этих видов без нанесения урона их генофондам, для сертификации посевного материала при создании семенных плантаций и подбора партий семян для длительного хранения в генетических банках, проверки уровней генетического разнообразия и паспортизации объектов ЕГСК (Единого генетико-селекционного комплекса), идентификации потомства в контролируемых скрещиваниях (в том числе и при межвидовой гибридизации), уточнении границ лесосеменных районов.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (№ 96-04-49465, 99-0448962, 04-04-49795, 05-04-48591), программ Президиума РАН «Динамика генофондов», «Биологические ресурсы России: Фундаментальные основы рационального использования», «Происхождение и эволюция биосферы», а также Программы поддержки ведущих научных школ (НШ-1698.2003.4; НШ-8596.2006.4).

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность научным руководителям

Ю.П. Алтухову и Д.В. Политову за всестороннюю помощь и поддержку; П.Н. Разумову, Р. Ханту, Р. Снежко, X. Вангу, Р. Финкельдаю, А.В. Громадину, Ф. Бергманну, Р.Т. Гуту, И. Бладе, С. Н. Горошкевичу и коллективу Хабаровской лесосеменной станции - за предоставленные образцы семян и вегетативных тканей; М.М. Паленовой, Н.Ю. Гордон, Ю.С. Белоконю - за помощь в сборе материала в экспедициях; О.П. Малюченко, Ю.С. Белоконю -за помощь при проведении лабораторных экспериментов. Автор благодарит К.В. Крутовского, Е.А. Салменкову, Д.В. Политова, Ю.С. Белоконя за ценные замечания и обсуждение в ходе подготовки рукописи.

Заключение Диссертация по теме "Генетика", Белоконь, Марьяна Михайловна

127 ВЫВОДЫ

1. На основании анализа изменчивости 30 аллозимных локусов получены оценки уровней генетической изменчивости сосны корейской, Pinus koraiensis Sieb. et Zucc., Дальнего Востока России, Китая и Южной Кореи. Доля полиморфных локусов в 12 популяциях составила от 30% до 43,3%, средняя ожидаемая гетерозиготность - 0,139. Не обнаружено снижения показателей изменчивости с юга на север.

2. Около 97% аллозимной изменчивости сосны корейской относится к внутрипопуляционной. Дифференциация между выборками выражена слабо и не всегда отражает их географическую принадлежность, что объясняется сходством экологических условий на ареале, способствующим

У/ балансирующему отбору/отсутствием серьезных барьеров для миграции.

3. Для популяций сосны кедровой европейской, Pinus cembra L., из разных частей ареала по 30 изученным локусам доля полиморфных составила от 20% до 43,3%), средняя ожидаемая гетерозиготность - 0,101. Более низкие значения показателей изменчивости, чем у сосны корейской, объясняются инбридингом в условиях сокращения и фрагментации ареала. В двух альпийских популяциях проявилась тенденция к снижению показателей генетической изменчивости по сравнению с тремя популяциями из Восточных Карпат.

4. У P. cembra 92,5%) аллозимной изменчивости относится к внутрипопуляционной. Межпопуляционные различия выше, чем у видов с непрерывными ареалами, однако даже между полностью изолированными частями ареала они не столь высоки, как можно предполагать исходя из изоляции и дрейфа генов. Вероятно имеет место действие сходных векторов отбора, выравнивающего частоты. Дифференциация между альпийскими выборками выражена более слабо, чем между карпатскими, что отражает особенности формирования ареала этого вида.

5. При анализе возрастной динамики гетерозиготности в трех популяциях P. koraiensis обнаружена высокая степень инбридинга у зародышей семян. В одной выборке отмечено близкое к равновесному распределение генотипов. У взрослых деревьев во всех выборках выявлен избыток гетерозигот по сравнению с равновесием Харди - Вайнберга. Это свидетельствует о проявлении действия балансирующего отбора в пользу гетерозигот и против инбредного потомства.

6. Анализ семнадцати видов сосен по частотам^ аллозимных локусов показал высокую степень дифференциации между секциями внутри подрода Strobus и отсутствие четкого деления на подсекции Strobi и Cembrae внутри секции Strobus, Кластеризация видов отражает их географическое распространение.

7. Представители подсекции Cembrae формируют два кластера. Один кластер включает P. cembra и P. sibirica, недавно дивергировавших от одного общего предка и сохранивших схожие частоты аллелей, за исключением отличий по аллельному составу нескольких локусов. К нему примыкает Р. albicaulis. В другом кластере - генетически близкие P. koraiensis и P. pumila, сходство которых может быть отражением как происхождения от одного общего предка, так и межвидовой гибридизации в прошлом.

8. Разновидности P. armandii (подсекц. Strobi) генетически различаются на порядок величин больше, чем популяции P. koraeinsis, но не имеют диагностических аллелей. В отдельную группу выделяются P. morrisonicola и P. armandii var. mastersiana с о. Тайвань, что отражает их долговременную изоляцию от континентальной части и вероятный обмен генами между ними.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании изоферментного анализа мегагаметофитов и зародышей семян, а также вегетативных тканей, проведен анализ генетического разнообразия сосны корейской и сосны кедровой европейской на их ареалах. Получены данные о пространственной генетической дифференциации популяций этих видов. Слабая дифференциация популяций сосны корейской объясняется как генными потоками между ними, так и, в большей мере, стабилизирующим отбором, действующим на закрепление оптимального соотношения частот аллелей в сходных условиях среды обитания. Подобные процессы имеют место и в популяциях европейской кедровой сосны, однако, в случае разрозненных и малочисленных карпатских популяций возрастает роль таких факторов, как изоляция и инбридинг.

Обнаружены недостаток гетерозигот на ранней стадии жизненного цикла (зародыши) и избыток гетерозигот, по сравнению с равновесием Харди -Вайнберга, у взрослых деревьев корейской сосны. Недостаток гетерозигот возникает вследствие самоопыления и перекрестного опыления между родственными особями. С возрастом гетерозиготность возрастает за счет элиминации инбредных особей и под действием балансирующего отбора, поддерживающего среднюю гетерозиготность популяции, оптимальную для данных условий обитания.

Анализ частот аллелей изоферментных локусов у семнадцати видов сосен подрода Strobus показал четкое разделение на секции, что соответствует современной систематике. Внутри секции Strobus не обнаружено выраженного деления на подсекции, однако отмечена близость кедровых сосен между собой. Учитывая общность происхождения, историю распространения и биологические особенности видов, а также данные мировой литературы о естественной гибридизации современных видов, можно предположить, что эволюция в секции Strobus рода Pinus идет не только путем дивергенции, но и межвидовой гибридизации (ретикулярная эволюция).

Полученные данные представляют теоретический интерес, поскольку они позволяют подойти к познанию факторов формирования современного уровня генетического разнообразия видов и популяций, а также картины внутри- и межвидовой генетической дифференциации у хвойных. Результаты должны учитываться в практике лесного хозяйства при планировании лесохозяйственных мероприятий, уточнении границ лесосеменных районов, генетической сертификации и паспортизации, охране генофондов кедровых сосен, селекции, включая межвидовую гибридизацию.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Белоконь, Марьяна Михайловна, Москва

1. Алтухов Ю. П. Внутривидовое генетическое разнообразие: мониторинг и принципы сохранения // Генетика. 1995. Т. 31. № 10. С. 1333-1357.

2. Алтухов Ю. П. Аллозимная гетерозиготность, скорость полового созревания и продолжительность жизни // Генетика. 1998. Т. 34. № 7. С. 908-919.

3. Алтухов Ю. П., Салменкова Е. А. Полиморфизм ДНК в популяционной генетике // Генетика. 2002. Т. 38. № 9. С. 1173-1195.

4. Алтухов Ю. П. Генетические процессы в популяциях. М.: Наука, 2003. 431 с.

5. Алтухов Ю. П. (под ред.). Динамика популяционных генофондов при антропогенных воздействиях. М.: Наука, 2004. 619 с.

6. Бобров Е. Г. Лесообразующие хвойные СССР. Москва: Наука, 1978. 190 с.

7. Беликов А. В., Потенко В. В. Генетические ресурсы сосны корейской на Дальнем Востоке России: теоретические основы и прикладные аспекты. Москва: Наука, 2006. 174 с.

8. Гончаренко Г. Г., Силин А. Е. Популяционная и эволюционная генетика сосен Восточной Европы и Сибири. Минск: Тэхналопя, 1997. 191 с.

9. Гончаренко Г. Г. Геносистематика и эволюционная филогения лесообразующих хвойных Палеарктики. Минск: Тэхналопя, 1999. 192 с.

10. Гончаренко Г. Г. Генный поток в природных популяциях сосен (Палеарктика) //Лесоведение. 2002. № 4. С. 30-36.

11. Гончаренко Г. Г., Падутов В. Е., Поджарова 3. С., Крутовский К. В. Генетическая изменчивость у кедровой сосны сибирской // Доклады Академии наук БССР. 1987. Т. 31. № 9. С. 848-851.

12. Гончаренко Г. Г., Падутов В. Е., Крутовский К. В., Поджарова 3. С., Киргизов Н. Ю., Политов Д. В. Уровень генетической изменчивости у Pinus sibirica на Алтае // Доклады академии наук СССР. 1988. Т. 299. № 1. С. 222-225.

13. Гончаренко Г. Г., Падутов В. Е., Силин А. Е. Степень генетической подразделенности и дифференциации в природных популяциях кедровых сосен // Доклады Академии Наук СССР. 1991. Т. 317. № 6. С. 1477-1483.

14. Гончаренко Г. Г., Падутов В. Е., Силин А. Е. Генетическая изменчивость и дифференциация у Pinus pumila (Pall.) Regel в популяциях Чукотки и Сахалина //Генетика. 1992а. Т. 28. № 7. С. 107-119.

15. Гончаренко Г. Г., Падутов В. Е., Силин А. Е. Генетическая структура, изменчивость и дифференциация в популяциях Pinus sibirica Du Tour // Генетика. 1992b. Т. 28. № 10. С. 114-128.

16. Гончаренко Г. Г., Силин А. Е., Падутов В. Е. Исследование генетической структуры и уровня дифференциации у Pinus sylvestris L. в центральных и краевых популяциях Восточной Европы и Сибири // Генетика. 1993. Т. 29. № 12. С. 2019-2038.

17. Гончаренко Г. Г., Падутов В. Е., Пауле JI. Геносистематика и эволюционная филогения хвойных Палеарктики. II. Геносистематика и филогения пятихвойных сосен // Проблемы лесоведения и лесоводства: Сб. науч. тр. Гомель: Ин-т леса НАН Б, 2000. С. 115-136.

18. Горошкевич С. Н. О межвидовых взаимоотношениях российских видов Pinus из группы Cembrae в зонах перекрытия их ареалов // Проблемы вида и видообразования. 2000. С. 36-38.

19. Денисова JI. В. Кедровая сосна европейская // Красная книга СССР. М.: Лесная промышленность, 1984. С. 308 309.

20. Каппер О. Г. Хвойные породы (лесоводственная характеристика). М.: Гослесбумиздат, 1954.304 р.

21. Козубов Г. М., Муратова Е. Н. Современные голосеменные. Л.: Наука, 1987. 192 с.

22. Колесников Б. П. Интересные флористические находки в связи с историей растительного покрова в бассейне р. Горин // Вестник ДВФ АН СССР. 1935. №14.

23. Колесников Б. П. Кедровые леса Дальнего Востока. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1956. 262 р.

24. Коропачинский И. Ю., Милютин Л. И. Естественная гибридизация древесных растений. Новосибирск: Академическое издательство Тео", 2006. 223 с.

25. Крутовский К. В., Политов Д. В. Изучение меж- и внутривидовой дифференциации кедровых сосен Евразии с использованиемизоферментных локусов и многомерного анализа. // Молекулярные механизмы генетических процессов. Москва: Наука, 1992. С. 87-96.

26. Крутовский К. В., Политов Д. В., Алтухов Ю. П. Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour, сообщение I. Механизмы генного контроля изоферментных систем // Генетика. 1987. Т. 23. № 12. С. 2216-2228.

27. Крутовский К. В., Политов Д. В., Алтухов Ю. П. Межвидовая генетическая дифференциация кедровых сосен Евразии по изоферментным локусам // Генетика. 1990. Т. 26. № 4. С. 694-707.

28. Крылов Г. В., Таланцев Н. К., Козакова Н. Ф. Кедр. М.: Лесная промышленность, 1983. 216 с.

29. Крюссман Г. Хвойные породы. М.: Лесная промышленность, 1986. 256 с.

30. Куприянова Л. А., Литвинцева М. В. Группа Cembra рода Pinus, ее объем и связи по палинологическим данным // Ботанический журнал. 1974. Т. 59. № 5. С. 630-644.

31. Литвинцева М. В. Особенности строения клеток паренхимы хвои у видов группы Cembra рода Pinus // Ботанический журнал. 1974. Т. 59. № 10. С. 1501-1505.

32. Малюченко О. П., Политов Д. В., Белоконь Ю. С., Белоконь М. М. Генетическая дифференциация кедрового стланика (Pinus pumila (Pall.) Regel в Прибайкалье // Жизнь популяций в гетерогенной среде. Йошкар-Ола: Периодика Марий Эл, 1998. С. 38-45.

33. Муратова Е. Н., Круклис М. В. Хромосомные числа голосеменных растений. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1988. 118 с.

34. Муратова Е. Н. Кариотипы сосен группы Cembra // Ботанический журнал. 1980. Т. 65. №8. С. 1130-1138.

35. Нейштадт М. И. О корейском кедре на советском Дальнем Востоке, как "реликте" третичного времени // Доклады академии наук СССР. 1952. Т. 86. № 2. С. 425-428.

36. Нейштадт М. И. История растительного покрова СССР по данным пыльцевого анализа//Вопросы ботаники. М.: Изд-во АН СССР, 1954. С. 575-590.

37. Нейштадт М. И. История лесов и палеогеография СССР в голоцене. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 404 с.

38. Некрасова Т. П. Пыльца и пыльцевой режим хвойных Сибири. Новосибирск: Наука, 1983.169 с.

39. Некрасова Т. П. Изменчивость числа семян в шишках сосны от опыления //Лесоведение. 1986. № 1. С. 38-44.

40. Лрко Я. В. Популяцшно-генетична мшливють трьох коршних вид1в роду Pinus L. в Украшських Карпатах i Розточчь Дисертащя на здобуттянаукового ступеня кандидата бюлопчних наук. Кшв: 1нститут кштинной бюлогп i генетично1шженерп, 2001. 187 с.

41. Пирко Я. В., Коршиков И. И. Генетический контроль изоферментов сосны кедровой европейской {Pinus cembra L.) Украинских Карпат // Цитология и генетика. 2001. № 4. С. 33-37.

42. Подогас А. В. Генетическая дифференциация рода Pinus по аллозимным локусам. Диссертация канд. биол. наук. Москва: Институт общей генетики им. Н. И. Вавилова, 1993. 154 с.

43. Подогас А. В., Шурхал А. В., Семериков В. Л., Ракицкая Т. А. Генетическая изменчивость ферментов хвои сосны кедровой сибирской {Pinus sibirica Du Tour) // Генетика. 1991b. Т. 27. № 4. С. 695-703.

44. Политов Д. В. Аллозимный полиморфизм, генетическая дифференциация и система скрещивания сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. Диссертация . канд. биол. наук. Москва,: Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова АН СССР, 1989. 190 с.

45. Политов Д. В., Крутовский К. В. Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour, сообщение V. Анализ системы скрещивания//Генетика. 1990. Т. 26. № 11. С. 1309-1316.

46. Политов Д. В. Древесные растения // Динамика популяционных генофондов при антропогенных воздействиях. М.: Наука, 2004. С. 295351.

47. Политов Д. В., Крутовский К. В., Алтухов Ю. П. Характеристика генофондов популяций кедровых сосен по совокупности изоферментных локусов // Генетика. 1992. Т. 28. № 1. с. 93-114.

48. 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. 1348-158.

49. Потенко В. В., Беликов А. В. Генетическая изменчивость и дифференциация природных популяций корейской кедровой сосны на российском Дальнем Востоке // Лесоведение. 1999. № 4. С. 10-15.

50. Потенко В. В., Беликов А. В. Генетическая изменчивость и система скрещивания Pinus koraiensis Sieb. et Zucc // Лесоведение. 2002. № 4. С. 44-52.

51. Потенко В. В., Попков Б. В. Генетическая изменчивость и филогенетические взаимоотношения сосны густоцветковой и сосны могильной // Лесоведение. 2003. № 6. С. 34-41.

52. Санников С. Н., Гришина И. В. Экспериментальное изучение разлета пыльцы сосны в древостое // Экология. 1979. № 1. С. 91-93.

53. Серов О. Л., Корочкин Л. И., Манченко Г. П. Электрофоретические методы исследования изоферментов // Генетика изоферментов. М.: Наука, 1977. С. 23 64.

54. Смаглюк К. К. Аборигенш хвойш люоутворювачь Ужгород: Карпати, 1972. 112 с.

55. Сукачёв В. Н. Дендрология с основами лесной геоботаники. М.- Л.: Гослестехиздат, 1938. 574 с.

56. Титов Е. В. Опыт скрещивания кедра сибирского с другими соснами в условиях северо-восточного Алтая // Лесоведение. 1977. Т. 4. С. 81-87.

57. Титов Е. В. Межвидовая гибридизация кедровых сосен // Гибридизация лесных древесных пород. Воронеж: Гос. ком. СССР по лесу, ЦНИИЛГиС, 1988. С. 76-84.

58. Третьякова И. Н. Эмбриология хвойных. Новосибирск: Наука, 1990. 156 с.

59. Удра И. Ф. Расселение растений и вопросы палео- и биогеографии. Киев: Наукова Думка, 1988. 200 с.

60. Урусов В. М. Сосны и сосняки Дальнего Востока. Владивосток: Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, 1999. 385 с.

61. Шурхал А. В., Подогас А. В., Животовский Л. А. Филогенетический анализ рода Pinus по аллозимным локусам. Генетическая дифференциация подродов//Генетика. 1991. Т. 27. № 5. С. 1193-1205.

62. Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry. Enzyme nomenclature. Academic Press, Orlando, 1984. p.

63. Aagaard J. E., Krutovskii К. V., Strauss S. H. RAPDs and allozymes exhibit similar levels of diversity and differentiation among populations and races of Douglas-fir//Heredity. 1998. V. 81. P. 69-78.

64. Allendorf F. W., Knudsen K. L., Blake G. M. Frequencies of null alleles et enzyme loci in natural populations of ponderosa and red pine // Genetics. 1982. V. 100. №.3. P. 497-504.

65. Andresen J. W., Steinhoff R. J. The taxonomy of Pinus flexilis and P. strobiformis //Phytologia. 1971. V. 22. P. 57-70.

66. Beaulieu J., Simon J.-P. Inheritance and linkage relationships of allozymes in Pinus strobus L. // Silvae Genetica. 1994a. V. 43. №. 4. P. 253-261.

67. Beaulieu J., Simon J.-P. Genetic structure and variability in Pinus strobus in Quebec // Canadian Journal of Forest Research. 1994b. V. 24. P. 1726-1733.

68. Belletti P., Gullace S. Biodiversita' e struttura genetica in popolazioni di pino cembro e pino silvestre dell'arco alpino occidentale // Sherwood Foreste ed Albergi Oggi. 1999. V. 5. №. 5. P. 11-16.

69. Bergmann F., Hattemer H. H. Isozyme gene loci and their allelic variation in Pinus sylvestris L and Pinus cembra L // Silvae Genetica. 1995. V. 44. №. 5-6. P. 286-289.

70. Betancourt J. L., Schuster W. S., Mitton J. В., Anderson R. S. Fossil and genetic history of a piny on pine (Pinus edulis) isolate // Ecology. 1991. V. 72. №. 5. P. 1685-1697.

71. Bingham R. T. Taxonomy, crossability, and relative blister rust resistance of 5-needled white pines // Biology of Rust Resistance in Forest Trees. Washington, DC: U.S. Department of Agriculture, 1972. P. 271-280.

72. Bingham R. Т., Hoff R. J., Steinhoff R. J. Genetics of western white pine. Washington, DC: USDA Forest Service, 1972. 28 p.

73. Blada I. Analysis of genetic variation in a Pinus strobus x P. griffithii Fl-hybrid population // Silvae Genetica. 1992. V. 41. №. 4-5. P. 282-289.

74. Blada I. Interspecific hybridization of Swiss stone pine (Pinus cembra L.) // Silvae Genetica. 1994. V. 43. №. 1. P. 14-20.

75. Blada I. Genetic variation in blister rust resistance and growth traits in Pinus strobus x P. рейсе hybrid at age 17 (experiment 1) // Forest Genetics. 2000. V. 7. №. 2. P. 109-120.

76. Boys J., Cheriy M., Dayanandan S. Microsatellite analysis reveals genetically distinct populations of red pine (Pinus resinosa, Pinaceae) // American Journal of Botany. 2005. V. 92. №. 5. P. 833-841.

77. Bruederle L. P., Tomback D. F., Kelly К. K., Hardwick R. C. Population genetic structure in a bird-dispersed pine, Pinus albicaulis (Pinaceae) // Canadian Journal of Botany. 1998. V. 76. №. 1. P. 83-90.

78. Buchert G. P., Rajora O. P., Hood J. V., Dancik B. P. Effects of harvesting on genetic diversity in old growth eastern white pine in Ontario, Canada // Conservation Biology. 1997. V. 11. №. 3. P. 747-758.

79. Cheliak W. M., Pitel J. A. Techniques for starch gel electrophoresis of enzymes from forest tree species. Chalk River, Ontario: Petawawa National Forestry Institute, 1984. 49 p.

80. Choi W., Suh G., Yeo J., Так W. Genetic variation and structure of Korean pine (Pinus koraiensis) among the populations from Manchuria and Korea // Research Report of the Forest Genetics Research Institute (Kyonggido). 1995. V.№. No. 31. P. 30-41.

81. Clayton J. W., Tretiak D. N. Amino-citrate buffers for pH control in starch gel electrophoresis // Journal of Fisheries Research Board Canada. 1972. V. 29. P. 1169-1172.

82. Conkle M. Т., Hodgskiss P. O., Nunnally L. В., Hunter S. C. Starch gel electrophoresis of conifer seeds: a laboratory manual. Berkeley. California: U.S. Dep. Agric. Forest Serv. GTR PSW-64, 1982. 18 p.

83. Critchfield W. В., Little E. L. Geographic distribution of the pines of the world. Washington, D. C.: U. S. Department of Agriculture Misc. Publ. 991, 1966. 98 p.

84. Critchfield W. B. Hybridization and classification of the white pines (Pinus section Strobus) II Taxon. 1986. V. 35. №. 4. P. 647-656.

85. Critchfield W. В., Kinloch В. B. Sugar pine and its hybrids // Silvae Genetica.1986. V. 35. №. 4. P. 138-145.

86. Delgado P., Pinero D., Chaos A., Perez-Nasser N., Alvarez-Buylla E. R. High population differentiation and genetic variation in the endangered Mexican pine Pinus rzedowskii (Pinaceae) // American Journal of Botany. 1999. V. 86. №. 5. P. 669-676.

87. El-Kassaby Y. A., Meagher M. D., Parkinson J., Portlock F. T. Allozyme inheritance, heterozygosity and outcrossing rate among Pinus monticola near Ladysmith, British Columbia//Heredity. 1987. V. 58. №. 2. P. 173-181.

88. Farjon A. Pines: Drawings and descriptions of the genus Pinus. Leiden: Brill, Buckhuiys, 1984. p.

89. Felsenstein J. PHYLIP Phylogeny Inference Package (Version 3.2) // Cladistics. 1989. V. 5. P. 164-166.

90. Florin R. The systematics of the gymnosperms // A century of progress in the natural science 1853—1953. San Francisco: 1955. P. 323-403.

91. Fowler D. P., Heimburger С. C. Genetic improvement of red pine and eastern white pine // Forestry Chronicle. 1969. V. 45. №. 6. P. 414-420.

92. Fowler D. P., Morris R. W. Genetic diversity in red pine: evidence for low genie heterozygosity // Canadian Journal of Forest Research. 1977. T. 7. C. 343 347.

93. Furnier G. R., Knowles P., Aleksiuk M. A., Dancik B. P. Inheritance and linkage of allozymes in seed tissue of whitebark pine // Canadian Journal of Genetics and Cytology. 1986. V. 28. №. 4. P. 601-604.

94. Furnier G. R., Knowles P., Clyde M. A., Dancik B. P. Effects of avian seed dispersal on the genetic structure of whitebark pine populations // Evolution.1987. V. 41. №. 3. P. 607-612.

95. Gernandt D. S., Lopez G. G., Garcia S. O., Liston A. Phylogeny and classification of Pinus // Taxon. 2005. V. 54. №. 1. P. 29-42.

96. Hamrick J. L. The distribution of genetic variation within and among natural plant populations // Genetics and Wild Population Management. 1983. V. P. 335-348.

97. Hamrick J. L., Godt M. J. W. Allozyme diversity in plant species // Differentiation Patterns in Higher Plants. New York: Academic Press, 1989. P. 53-67.

98. Hamrick J. L., Godt M. J., Sherman-Broyles S. Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species //New Forests. 1992. V. 6. P. 95-124.

99. Hamrick J. L., Schnabel A., Wells P. V. Distribution of genetic diversity within and among populations of Great Basin conifers // Natural History of the Colorado Plateau and Great Basin. Niwot, Colorado: University Press of Colorado, 1994. P. 147-161.

100. Hancock J. M. Microsatellites and other simple sequences: genomic context and mutational mechanisms // Microsatellites. Evolution and application. N. Y.: Oxsford Univ. press, 1999. P. 1-9.

101. Hiebert R. D., Hamrick J. L. Patterns and levels of genetic variation in Great Basin bristlecone pine, Pinus longaeva I I Evolution. 1983. V. 37. №. 2. P. 302310.

102. Holzer K. Genetics of Pinus cembra L11 Annales Forestales (Zagreb). 1975. V. VI/5.P. 139-158.

103. Hutchins H. E., banner R. M. The central role of Clark's nutcracker in the dispersal and establishment of whitebark pine // Oecologia. 1982. V. 55. №. 6. P. 192-201.

104. Jorgensen S., Hamrick J. L., Wells P. V. Regional patterns of genetic diversity in Pinus flexilis (Pinaceae) reveal complex species history // American Journal of Botany. 2002. V. 89. №. 5. P. 792-800.

105. Jorgensen S. M., Hamrick J. L. Biogeography and population genetics of whitebark pine, Pinus albicaulis И Canadian Journal of Forest Research. 1997. V. 27. №. 10. P. 1574-1585.

106. Kim Z.-S., Lee S.-W., Lim J.-H., Hwang J.-W., Kwon K.-W. Genetic diversity and structure of natural populations of Pinus koraiensis (Sieb. et Zucc.) in Korea // Forest Genetics. 1994. V. 1. №. 1. P. 41-49.

107. Kim Z. S., Son W. H., Youn Y. K. Inheritance of leucine-aminopeptidase and glutamate-oxaloacetate transaminase isozymes in Pinus koraiensis II Korean Journal of Genetics. 1982. V. 4. P. 25-31.

108. Kim Z. S., Hwang J. W., Lee S. W., Yang C., Gorovoy P. G. Genetic variation of Korean pine (Pinus koraiensis Sieb. et Zucc.) at allozyme and RAPD markers in Korea, China and Russia I I Silvae Genetica. 2005. V. 54. №. 4-5. P. 235-246.

109. Koski V. On self-fertilization genetic load and subsequent inbreeding in some conifers // Communicationes Instituti Forestalis Fenniae. 1973. V. 78. №. 10. P. 1-40.

110. Krakowski J., Aitken S. N., El-Kassaby Y. A. Inbreeding and conservation genetics in whitebark pine // Conservation Genetics. 2003. V. 4. №. 5. P. 581593.

111. Kriebel H. B. Pinus strobus and introduced Asian and European species // White pines in North and Central America. U.S. Department of Agriculture, Miscellaneous Publication 1221. Washington, DC.: 1972. P. 201-214.

112. Krutovskii К. V., Vollmer S. S., Sorensen F. C., Adams W. Т., Knapp S. J., Strauss S. H. RAPD genome maps of Douglas-fir // Journal of Heredity. 1998. V. 89. №.3. P. 197-205.

113. Ledig F. Т., Conkle M. T. Gene diversity and genetic structure in a narrow endemic, Torrey pine (Pinus torreyana Parry ex Carr) // Evolution. 1983. V. 37. №. l.P. 79-85.

114. Ledig F. T. Genetic variation in Pinus // Ecology and Biogeography of Pinus. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1998. P. 251-280.

115. Lee S. W., Choi W. Y., Norbu L., Pradhan R. Genetic diversity and structure of blue pine (Pinus wallichiana Jackson) in Bhutan // Forest Ecology and Management. 1998. V. 105. №. 1-3. P. 45-53.

116. Lee S. W., Ledig F. Т., Johnson D. R. Genetic variation at allozyme and RAPD markers in Pinus longaeva (Pinaceae) of the White Mountains, California // American Journal of Botany. 2002. V. 89. №. 4. P. 566-577.

117. Lewandowski A. Inheritance and linkage of allozymes in Pinus armandii Franch. // Silvae Genetica. 2000. V. 49. №. 2. P. 79-82.

118. Lewandowski A., Burczyk J. Mating system and genetic diversity in natural populations of European larch (Larix decidua) and stone pine {Pinus cembra) located at higher elevations // Silvae Genetica. 2000. V. 49. №. 3. P. 158-161.

119. Li В., Gu W. C. Distribution of natural resources and research review on Pinus bungeana II Forest Research, Beijing. 2003. V. 16. №. 2. P. 28-36.

120. Li В., Gu W. C., Chen X. Y. Allozyme genetic diversity and conservation strategy of ten natural populations of Pinus bungeana Zucc. ex Endl // Forestry Studies in China. 2003. V. 5. №. 4.

121. Liston A., Robinson W. A., Pinero D., Alvarez-Buylla E. R. Phylogenetics of Pinus (Pinaceae) based on nuclear ribosomal DNA internal transcribed spacer region sequences // Molecular Phylogenetics and Evolution. 1999. V. 11. №. 1. P. 95-109.

122. Liston A., Gernandt D. S., Vining T. F., Campbell C. S., Pinero D. Molecular phylogeny of Pinaceae and Pinus II International Conifer Conference. International Society for Horticultural Science, Brugge.Acta Hort. No.615., 2003. P. 107-114

123. Manchenko G. P. Handbook of detection of enzymes on electrophoretic gels. CRC Press, Inc., USA, 1994. 574 p.

124. Markert C. L., Faulhaber I. Lactate dehydrogenase isozyme patterns in fish // J. Exp. Zool. 1965. V. 159. №. 2. P. 319-332.

125. Mirov N. T. The genus Pinus. New York: The Ronald Press Company, 1967. 602 p.

126. Molina-Freaner F., Delgado P., Pinero D., Perez-Nasser N., Alvarez-Buylla E. Do rare pines need different conservation strategies? Evidence from three Mexican species // Canadian Journal of Botany. 2001. V. 79. №. 2. P. 131-138.

127. Morris R. W., Spieth P. T. Sampling strategies for using female gametophytes to estimate heterozygosities in conifers // Theoretical and Applied Genetics. 1978. V. 51. P. 217-222.

128. Mosseler A., Innes D. J., Roberts B. A. Lack of allozymic variation in disjunct Newfoundland populations of red pine {Pinus resinosa) // Canadian Journal of Forest Research. 1991. V. 21. №. 4. P. 525-528.

129. Muona O., Yazdani R., Rudin D. Genetic change between life stages in Pinus sylvestris: allozyme variation in seeds and planted seedlings // Silvae Genetica. 1987. V. 36. №. 1. P. 39-42.

130. Nei M. Genetic distance between populations // The American Naturalist. 1972. V. 106. P. 283-292.

131. Nei M. F-statistics and analysis of gene diversity in subdivided populations // Ann. Human Genetics. 1977. V. 41. P. 225-233.

132. Nei M. Molecular evolutionary genetics. N. Y.: Columbia Univ. press, 1987. 512 p.

133. Oline D. K., Mitton J. В., Grant M. C. Population and subspecific genetic differentiation in the foxtail pine {Pinus balfouriana) II Evolution. 2000. T. 54. № 5. C. 1813-1819.

134. Park Y. G. Inheritance of leucine aminopeptidase, esterase and peroxidase isozymes in Pinus koraiensis // Korean Journal of Breeding. 1983. V. 15. №. 2. P. 147-153.

135. Peakall R., Smouse P. E. GenAIEx V6: Genetic Analysis in Excel. Population Genetic Software for Teaching and Research // Molecular Ecology Notes. 2006. V. 6. №. l.P. 288-295.

136. Plessas M. E., Strauss S. H. Allozyme differentiation among populations stands and cohorts in Monterey pine // Canadian Journal of Forest Research. 1986. V. 16. №. 6. P. 1155-1164.

137. Politov D. V. Coniferous forests of Baikal Lake region: native population genetic structure and human impact. UNESCO Programme on Man and the Biosphere (MAB), MAB Young Scientist Research Award Scheme Final Scientific Report, 1998. p.

138. Potenko V. V., Velikov A. V. Genetic diversity and differentiation of natural populations of Pinus koraiensis (Sieb. et Zucc.) in Russia // Silvae Genetica. 1998. V. 47. №. 4. P. 202-208.

139. Potenko V. V., Velikov A. V. Allozyme variation and mating system of coastal populations of Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. in Russia // Silvae Genetica. 2001. V. 50. №.3-4. P. 117-122.

140. Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station., 2004. P. 192200.

141. Premoli A. C. South American temperate conifer species a Larger list // Biodiversity and Conservation. 1994. V. 3. №. 3. P. 295-297.

142. Price R., Liston A., Strauss S. H. Phylogeny and systematics of Pinus // Ecology and biogeography of Pinus. Cambrige University Press, 1998. P. 4968.

143. Prus-Glowacki W., Stephan B. R. Genetic variation of Pinus sylvestris from Spain in relation to other European populations // Silvae Genetica. 1994. V. 43. №. l.P. 7-14.

144. Prus-Glowacki W., Stephan B. R., Bujas E., Alia R., Marciniak A. Genetic differentiation of autochthonous populations of Pinus sylvestris (Pinaceae) from the Iberian peninsula // Plant Systematics and Evolution. 2003. V. 239. №. 1-2. P. 55-66.

145. Rajora O. P., DeVerno L., Mosseler A., Innes D. J. Genetic diversity and population structure of disjunct Newfoundland and central Ontario populations of eastern white pine (Pinus strobus) II Canadian Journal of Botany. 1998. V. 76. №. 3. P. 500-508.

146. Ridgeway Y. J., Sherburne S. W., Lewis R. D. Polymorphisms in the esterases of Atlantic herring // Transactions of the American Fisheries Society. 1970. V. 99. P. 147-151.

147. Rogers D. L., Millar С. I., Westfall R. D. Fine-scale genetic structure of whitebark pine (Pinus albicaulis): Associations with watershed and growth form // Evolution. 1999. V. 53. №. 1. P. 74-90.

148. Ryu J. В., Eckert R. T. Foliar isozyme variation in twenty seven provenances of Pinus strobus L.: genetic diversity and population structure // Proceedings of the 28th Northeastern Forest Tree Improvement Conference. Durham N.H.: 1983. P. 249-261.

149. Sato T. Morphological variation of cones and ovuliferous scales in Pinus Subgenus Haploxylon on Mt. Tateyama, Toyama Pref., Japan // J. Jpn. Bot. 1993a. V.68.P. 277-288.

150. Sato T. Seed morphology of Pinus Subgenus Haploxylon on Mt. Tateyama, Toyama Prefecture, Japan // J. Phytogeogr. & Taxon. 1993b. V. 41. P. 7-13.

151. Sato T. Multivariative analysis of needle size and its anatomical traits of Pinus Subgenus Haploxylon (soft pines) on Mt. Tateyama, Toyama Prefecture, Japan // J. Jpn. Bot. 1995. V. 70. P. 253-259.

152. Saylor L. C. Karyotype analysis of the genus Pinus subgenus Strobus II Silvae Genetica. 1983. V. 32. P. 119-124.

153. Schuster W. S., Alles D. L., Mitton J. B. Gene flow in limber pine: evidence from pollination phenology and genetic differentiation along elevational transect // American Journal of Botany. 1989. V. 76. №. 9. P. 1395-1403.

154. Schuster W. S. F., Mitton J. B. Paternity and gene dispersal in limber pine (Pinusflexilis James) // Heredity. 2000. V. 84. №. 3. P. 348-361.

155. Shaw G. R. The genus Pinus // Arnold Arboretum Pub. 1914. P. 1-96.

156. Shurkhal A., Podogas A., Zhivotovsky L. Allozyme differentiation in the genus Pinus II Silvae Genetica. 1992. V. 41. №. 2. P. 105-109.

157. Simon J. P., Bergeron Y., Gagnon D. Isozyme uniformity in populations of red pine (Pinus resionosa) in the Abitibiti region, Quebec // Canadian Journal of Forest Research. 1986. V. 16. №. 5. P. 1133-1135.

158. Slatkin M. Gene flow in natural populations // Annual Review of Ecology and Systematics. 1985. V. 16. P. 393-430.

159. Smithies O. Zone electrophoresis in starch gels: group variation in the serum proteins of normal human adults // Biochem. J. 1955. V. 61. P. 629 641.

160. StatSoft I. STATISTIC A for Windows Computer program manual. Tulsa, OK: StatSoft, Inc., 1998. p.

161. Steinhoff R., Joyce D., Fins L. Isozyme variation in Pinus monticola II Canadian Journal ofForest Research. 1983. V. 13. №. 6. P. 1122-1131.

162. Steinhoff R. J., Andresen J. W. Geographic variations in Pinus flexilis and Pinus strobiformis and its bearing on their taxonomic status I I Silvae Genetica. 1971. V. 20. №. 5-6. P. 159-167.

163. Swofford D. L., Selander R. B. BIOSYS-1: a FORTRAN program for the comprehensive analysis of electrophoretic data in population genetics and systematics // Journal of Heredity. 1981. V. 72. P. 281-283.

164. Szmidt A. E. Genetic variation in isolated populations of stone pine (Pinus cembra) И Silva Fennica. 1982. V. 16. №. 2. P. 196-200.

165. Szmidt A. E., Wang X. R. Molecular systematics and genetic differentiation of Pinus sylvestris (L) and P. densiflora (Sieb. et Zucc.) I I Theoretical and Applied Genetics. 1993. V. 86. №. 2-3. P. 159-165.

166. Tani N., Tomaru N., Araki M., Ohba K. Genetic diversity and differentiation in populations of Japanese stone pine (Pinus pumila) in Japan // Canadian Journal ofForest Research. 1996. V. 26. №. 8. P. 1454-1462.

167. Tani N., Maruyama K., Tomaru N., Uchida K., Araki M., Tsumura Y., Yoshimaru H., Ohba K. Genetic diversity of nuclear and mitochondrial genomes in Pinus parviflora Sieb. & Zucc. (Pinaceae) populations // Heredity. 2003. V. 91. №.5.

168. Tomaru N., Tsumura Y., Ohba K. Inheritance of isozyme variants in Korean pine (Pinus koraiensis) II Journal of Japanese Forestry Society. 1990. V. 72. P. 194-200.

169. Tomback D. F. How nutcrackers find their seed stores // The Condor. 1982. V. 82. P. 10-19.

170. Ulber M., Gugerli F., Bozic G. EUFORGEN Techyical Guidelines for genetic conservation and use for Swiss stone pine (Pinus cembra). Rome, Italy: International Plant Genetic Resources Institute, 2004. 6 p.

171. Vendramin G. G., Hansen О. K. Molecular markers for characterizing diversity in forest trees // Conservation and management of forest genetic resources in Europe. Zvolen: Arbora Publishers, 2005. P. 337-368.

172. Walter R., Epperson В. K. Geographic pattern of genetic diversity in Pinus resinosa: contact zone between descendants of glacial refugia // American Journal of Botany. 2005. V. 92. №. 1. P. 92-100.

173. Wang X. R., Szmidt A. E., Lindgren D. Allozyme differentiation among populations of Pinus sylvestris (L.) from Sweden and China // Hereditas. 1991. V. 114. №.3. P. 219-226.

174. Watano Y., Imazy M., Shimizu T. Spatial distribution of cpDNA and mtDNA haplotypes in a hybrid zone between Pinus pumila and P. parviflora var. pentaphylla (Pinaceae) // Journal of Plant Research. 1996. V. 109. P. 403-408.

175. Wright S. The interpretation of population structure by F-statistics with special regard to systems of mating // Evolution. 1965. V. 19. P. 355-420.

176. Wright S. Evolution and the genetics of population, variability within and among natural populations. V. 4. Chicago, Illinois: University of Chicago Press, 1978. 580 p.

177. Yang Y. P., Wang S. L., Yin R. X. Genetic variation of isoenzymes within and among populations of Korean pine (Pinus koraiensis Sieb. et Zucc.) // Scientia Silvae Sinicae. 1989. V. 25. №. 3. P. 201-208.

178. Yeh F. C., Yang R. C., Boyle T. PopGene Version 1.31. Microsoft Windows-based freeware for population genetic analysis. 1998. p.

179. Zhelev P., Gomory D., Paule L. Inheritance and linkage of allozymes in a Balkan endemic, Pinus рейсе Griseb // Journal of Heredity. 2002. V. 93. №. 1. P. 60-63.

Информация о работе

Белоконь, Марьяна Михайловна
кандидата биологических наук
Москва, 2007
ВАК 03.00.15

Диссертация

Генетическая структура популяций сосны корейской и сосны кедровой европейской и родственные связи видов секции Strobus рода Pinus - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Генетическая структура популяций сосны корейской и сосны кедровой европейской и родственные связи видов секции Strobus рода Pinus - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы