Генетико-биохимическая дифференциация и происхождение карликовых форм яблони сибирской Malus baccata (L.)Borkh

Кузнецова, Елена Вячеславовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Генетико-биохимическая дифференциация и происхождение карликовых форм яблони сибирской Malus baccata (L.)Borkh
ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Генетико-биохимическая дифференциация и происхождение карликовых форм яблони сибирской Malus baccata (L.)Borkh"

На правах рукописи

Кузнецова Елена Вячеславовна

ГЕНЕТИКО-БИОХИМИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ КАРЛИКОВЫХ ФОРМ ЯБЛОНИ СИБИРСКОЙ .\IALLIS ВАССАТА (I.) ВОККН.

03.01.05 - физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Иркутск-2010

004604958

Работа выполнена в лаборатории физиологии продуктивности растений Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН и лаборатории геносистематики Лимнологического института СО РАН, г. Иркутск

Научные руководители: доктор биологических наук

Щербаков Д.Ю. кандидат биологических наук Рудиковский A.B.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Книжин И.Б.

доктор биологических наук Побежимова Т.П.

Ведущая организация:

Западно-Сибирский филиал Института леса им. В.Н. Сукачева

Защита диссертации состоится «10» июня 2010 г. в 10 ч на заседании диссертационного совета Д003.047.01 при Сибирском институте физиологии и биохимии растений СО РАН по адресу: 664033,г. Иркутск,ул. Лермонтова, 132, а/я317. Факс(3952)510754,e-mail: malmod@sifibr.irk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН.

Текст автореферата размещён на сайте Института: www.sifibr.irk.ru

Автореферат разослан

« Qy> М£Ы- 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 003.047.01, кандидат биологических наук

oßwJjflf^ Г.П. Акимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

В резко меняющихся условиях окружающей среды происходят значительные перемены в растительных организмах. Размах адаптивных изменений определяется генетическим разнообразием организмов. Генетическая изменчивость определяет направление микроэволюционных изменений, с которыми связана адаптация к меняющимся условиям среды, эффективность селекционных решений и отдаленные последствия антропогенных воздействий. Сохранение и воспроизводство биологического разнообразия является глобальной задачей современного мира. Одним из эффективных методов познания биоразнообразия является изучение внутривидовой изменчивости, дифференциации и популяционной структуры видов путем исследования морфологического, физиолого-биохимического и генетического полиморфизма.

Способность растений адекватно реагировать на изменения окружающей среды определятся, с одной стороны, индивидуальной реакцией, заключающейся в реализации фенотипической пластичности (норма реакции), с другой - размахом полиморфизма на популяционном уровне. Изменения последнего уже приводят к эволюционным последствиям. Поэтому изучение физиолого-биохимического полиморфизма в связи с характером и направлением микроэволюционных процессов являются актуальными задачами современной фитобиологии. В работе на примере групп разных по росту форм яблони сибирской Malus baccata (L.) Borkh изучено внутривидовое разнообразие этих растений при помощи маркеров различной природы, а также описан механизм протекающего у них микроэволюционного процесса

К настоящему времени для решения вопросов, касающихся генетических связей различных групп родственных организмов - видов и популяций - применяется широкий спектр молекулярно-генетических методов анализа ДНК, что сделало возможным использование молекулярных признаков для решения вопросов об эволюционных связях

популяций и видов. Используя анализ полиморфизма длин быстро эволюционирующих микросателлитных маркеров и сравнения нуклеотидных последовательностей маркерных генов, мы провели популяционно-генетическое исследование яблони сибирской. Использование данного подхода поможет понять механизмы эволюции на протяжении относительно коротких промежутков времени.

Интересующие нас формы яблони появились недавно, приблизительно 150 лет назад. Следовательно, для анализа связанных с их появлением генетических процессов должны быть использованы быстро эволюционирующие маркеры, каковыми являются локусы, содержащие микросателлитные повторы. Скорость мутирования таких маркеров составляет от 10"6 до 10"2 нуклеотидов за поколение (Shlotterer, 2000). Необходимо отметить, что под мутацией микросателлитов обычно подразумевают не только нуклеотидные замены, а любое изменение длины повтора. С другой стороны, значимые физиолого-биохимические адаптации столь молодых форм должны затрагивать, в первую очередь, высоко лабильные механизмы, на регуляции которых существенно сказывается модификационная изменчивость, то есть изменчивость, обусловленная прямым воздействием среды. В качестве такой системы в настоящей работе исследовали изменчивость молекулярных форм пероксидазы.

В случае принадлежности карликовых и высокорослых форм к одному виду М. baccata, представляет интерес определить, насколько значимы их морфологические и физиолого-биохимические отличия, так как это может способствовать пониманию механизмов внутривидовой дифференциации.

Цели и задачи исследования. Цель настоящего исследования заключается в изучении генетической, морфологической и биохимической дифференциации карликовых и высокорослых форм яблони сибирской, произрастающих в Республике Бурятия, и установлении происхождения карликовых.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать генетический полиморфизм М. baccata по микросателлитным маркерам и внутреннему транскрибируемому спейсеру ITS 1.

2. Определить уровень морфологической изменчивости листовой пластинки карликовых и высокорослых форм яблони сибирской.

3. На примере измерений активности пероксидазы и ее множественных молекулярных форм изучить биохимические различия между карликовой и обычной формой яблони сибирской.

4. Оценить степень генетический обособленности карликовой формы М. ЬассаШ и ее филогенетические взаимоотношения с обычной формой.

Научная новизна.

Впервые с использованием морфологических признаков, физиолого-биохимических показателей и молекулярных маркеров проведен анализ полиморфизма нескольких форм яблони сибирской из различных биотопов, расположенных в Республике Бурятия. Определены уровни их фенотипических, физиолого-биохимических и генетических различий. Выявлены экологические особенности и степень адаптации различных форм, проявляющиеся в росте и биохимических реакциях растений. Показано, что для карликовых форм яблони сибирской в течение всего периода вегетации характерна более высокая, по сравнению с высокорослыми растениями этого вида, активность пероксидазы, что, вероятнее всего связано с ИУК-оксидазной функцией этого фермента. Впервые изучен состав анионных пероксидаз разных по росту форм яблони сибирской. Установлена высокая изменчивость спектра множественных молекулярных форм пероксидазы в листьях разных по росту форм яблони в течение периода вегетации. Впервые в результате проведенной работы с помощью микросателлитного анализа выяснены филогенетические отношения карликовой и высокорослой форм яблони сибирской. Установлено, что географически близко произрастающие карликовые и высокорослые растения яблони обладают высокой степенью генетической изоляции. Идентичность последовательностей внутреннего транскрибируемого спейсера 1ТБ1 указывает на принадлежность карликовых и высокорослых растений яблони к одному виду - М. ЬассаШ. Показано полифилетическое происхождение карликовых форм яблони сибирской от высокорослых. Установлено, что вид М. ЬассаШ обладает большой экологической пластичностью, а исследуемые группы являются его экологическими формами.

сравнению с высокорослыми растениями, если растут в экстремальных условиях - в контактной зоне леса и степи при низкой влажности и малом плодородном слое почвы. Отмечаемый у данного вида полиморфизм может способствовать возникновению частичной репродуктивной изоляции между формами, способными к образованию карликов и формами, сохраняющими исходные свойства в результате дизруптивного отбора. Полученные результаты позволили сделать предположение о том, что возможной причиной проявления карликовости у яблони сибирской является ее адаптация к условиям среды. Различия в частотах аллелей микросателлитных локусов, обнаруженные в настоящей работе, показывают, что карликовые яблони еще не образуют замкнутой репродуктивной группы и что способность к образованию карликовой формы является прогрессивным признаком, способствующим адаптации к экстремальным условиям среды и по которому M.baccata высоко полиморфны.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований генетического, морфологического и биохимического разнообразия карликовой и высокорослой форм яблони сибирской могут помочь в понимании процессов парапатрического видообразования, и его роли в адаптивной радиации видов, а также процессов эволюции в целом. Полученные результаты могут быть использованы в курсе лекций по физиологии, биохимии, экологии и географии растений. Полученные результаты критически необходимы для выработки стратегии природоохранных мероприятий, направленных на сохранение эндемичных редких форм яблони в Сибири.

Апробация работы. Результаты работы представлялись на Всероссийской научной конференции «Устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды», Иркутск, 2007; на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Развитие физико-химической биологии и биотехнологии на современном этапе», Иркутск, 2008, на 12-ой и 13-ой Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых, на Международной конференции «Проблемы эволюции и систематики культурных растений», Санкт-Петербург, 2009 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения,

выводов, списка цитированной литературы и приложений. Список цитированной литературы включает 214 работ, из них 73 отечественных и 141 зарубежный источник. Работа изложена на 138 страницах, содержит 26 рисунков, 10 таблиц и 2 приложения.

МАТЕРИАЛЫ II МЕТОДЫ

Сбор материала проводился на территории республики Бурятии. Во время летней экспедиции 2007 года листья были собраны из четырех районов, всего в анализе участвовало 130 деревьев. Исследовались четыре группы растений, произрастающих на территории Южной Бурятии. Группа 1 - смешанная, состояла из карликовых и высокорослых форм яблони сибирской, произраставших в долине р. Загустай у подножия южного склона Хамбинского хребта Гусиноозерской котловины. Часть растений (высокорослые формы) этой группы была интродуцирована человеком. Другая часть - состояла из дикорастущих карликовых и высокорослых форм яблони сибирской. Группа 2 - это карликовые яблони, произрастающие в с. Ягодное Гусиноозерского района вдоль русла ручья. Группа 3 - представлена природной популяцией типичных высокорослых яблонь М. baccata на территории Кабанского района. Группа 4 - включала высокорослые яблони из заброшенного сада в с. Ягодное. Для исследования физиолого-биохимических особенностей разных по росту форм яблони была использована листовая ткань растений, интродуцированных из Республики Бурятия на территорию Сибирского института физиологии и биохимии СО РАН в 2003 году.

Исследуемые группы изучали по результатам анализа морфометрии, биохимических различий между карликовыми и высокорослыми формами яблони, полиморфизма внутреннего транскрибируемого спейсера ITS1 и микросателлитных локусов ядерной ДНК. Для сравнения высокорослых и карликовых форм яблони сибирской применяли методы классической морфометрии. Оценка признаков проводилась по величинам значений длины и ширины листовой пластинки, длины черешка, числу жилок первого порядка с левой стороны листа, а также вычисленному отношению длины листа к ширине и длины черешка к длине листовой пластинки. Полученные данные проверены на нормальность распределения с помощью тестов Шапиро-Уилка и Колмогорова-Смирнова. Математическую обработку проводили с помощью скриптов, написанных на языке R (пакеты аре, cluster, vegan). Биохимические различия оценивали по измерению активности пероксидазы из листьев растений, и ее множественных молекулярных форм

методами электрофореза и фотоэлекгроколориметрии. ДНК экстрагировали из листьев по модифицированному методу Дойла и Диксона (Doyle, Dickson, 1987). Статистическую обработку полученных микросателлитных данных проводили с использованием компьютерных программ. Присутствие «нулевых» аллелей проверяли с помощью программы Micro-Checker (Van Oosterhout, 2004) с использованием метода Brookfield (Brookfïeld, 1996). Частоты аллелей рассчитывали с помощью программы GENEPOP (Raymond, Rousset, 1997). Наблюдаемую (Но) и ожидаемую (Не) гетерозиготности, а

также значения « (Cockerham, 1973; Weir and Cockerham, 1984), отражающие степень генетической изоляции между группами, подсчитывали с помощью программы ARLEQUIN (Schneider et al., 2000). Отклонение от равновесия Харди-Вайнберга проверяли с помощью критерия (Рокицкий, 1973).

Для построения дерева, основанного на данных полиморфизма микросателлитных локусов, использовались генетические расстояния DAS (Chakraborty, Jin, 1993) и метод объединения ближайших соседей (NJ), реализованные в программе Population версии 1.2.30 (Langella, 2002). Филогенетическое дерево строили с помощью программы SplitsTree 4.0 (Huson, Bryant, 2006).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Изучение полиморфизма Malus baccata по морфологическим признакам.

В рамках проведенного исследования измерено 400 листьев высокорослых и карликовых растений яблони сибирской, собранных из разных районов Республики Бурятия. Предварительно проверили признаки на нормальность распределения. Таким образом, распределение признака внутри группы не подчиняется закону нормального распределения (Табл. 1). Из приведенной таблицы видно, что по морфологическим признакам наиболее отличаются группы 2 и 3 (достоверные отличия максимум на 13%), а также группы 3 и 1(11%). В результате проведенного исследования установлено, что карликовые и высокорослые формы яблони сибирской образуют единую общность по таким признакам, как длина и ширина листовой пластинки, отношению длины листа к его ширине, отношению длины черешка к длине листовой пластинки.

Таблица 1. Процентная оценка различий между группами по морфологическим

признакам

группы Длина листа Ширина листа Длина листа/ширина листа Длина черешка Длина черешка/длина листа Количество жилок с 1 стороны листа Общий % отличий

3 и 2 9% 17% 24% 13% 0% 14% 13%

3 и 1 0% 0% 23% 11% 18% 14% 11%

3 и 4 0% 0% 0% 20% 0% 0% 6%

1 и 2 0% 21% 0% 0% 20% 0% 7%

4 и 1 0% 0% 20% 0% 23% 0% 7%

4 и 2 8% 29% 21% 0% 0% 0% 10%

При этом наблюдается перекрытие двух географически разделенных групп карликовых форм яблони сибирской, то есть они имеют большое сходство. Также отмечено нестрогое отделение группы типичных высокорослых яблонь (группа 3) от карликовых форм. Группа растений 4 (искусственные насаждения высокорослых форм, с. Ягодное) перекрывается со всеми исследуемыми группами, что свидетельствует о наличии в ней большого разнообразия по наблюдаемым морфологическим признакам. Далее анализировали несколько морфометрических признаков цветков и листьев разных по росту форм яблони, таких как длина и ширина листовой пластинки, длина черешка, количество жилок с одной стороны листа, диаметр цветка, длина и ширина лепестков, длина чашелистиков и количество цветков в соцветии. С целью исследования связи между ними и нахождения наиболее эффективной комбинации признаков мы применили метод главных компонент. Можно заключить, что все признаки в рамках одного организма полиморфны, но средние значения у них сдвинуты, поэтому для дальнейшего анализа нужно ориентироваться именно на средние значения признаков. Судя по рисунку 1, наиболее эффективной является первая главная компонента.

Группы особей

1 группа О

2 группа О

3 группа ф

4 группа О

Рис. 1. Распределение растений исследуемых групп яблони в пространстве трех компонент на основании усредненных данных морфометрических признаков. Цифрами обозначены группы растений: Группа 1 - смешанная (карликовые и высокорослые формы яблони), п. Загустай Группа 2 - карликовые формы яблони, с. Ягодное Группа 3 - природные высокорослые яблони, Кабанский район Группа 4 - искусственные насаждения высокорослых форм, с. Ягодное

Для анализа популяционной структуры строили неукорененное простирающееся дерево. ( рис.2)

Рис.2. Неукорененное простирающееся дерево на основе комплекса морфологических признаков. Номерами обозначены высокорослые и карликовые растения яблони сибирской, а цветом указана их принадлежность к той или иной группе. Розовым цветом обозначена группа растений 1 - смешанная (карликовые и высокорослые формы яблони), п. Загустай; зеленым - группа 2 - карликовые формы яблони, с. Ягодное; голубым - группа 3 -природные высокорослые яблони, I Кабанский район; желтым - группа 4 - [ искусственные насаждения высокорослых форм, с. Ягодное

Группы карликовых и высокорослых форм яблони сибирской на дереве образуют отдельные клады. В группе 4 сосредоточены крайние формы, что, по-видимому, является следствием смешанного происхождения этой группы.

Примерно такая же картина наблюдается и в случае кластерного анализа методом объединения ближайших соседей. На рисунке 3 представлена дендрограмма карликовых и высокорослых форм яблони по морфометрическим признакам. Можно заключить, что мы имеем дело с подмножеством яблони сибирской.

Рис. 3. Дендрограмма яблонь на основе морфометрических признаков. Номерами обозначены высокорослые и карликовые растения яблони сибирской, а цветом указана их принадлежность к группе. Красным цветом обозначена группа растений 1 -смешанная (карликовые и высокорослые формы яблони), п. Загустай; розовым - группа 2 - карликовые формы яблони, с. Ягодное; зеленым - группа 3 -природные высокорослые яблони, Кабанский район; голубым - группа 4 - искусственные насаждения высокорослых форм с. Ягодное

Группы карликовых и высокорослых форм яблони сибирской образуют отдельные кластеры, в то время как растения из группы 4 не образуют строгого кластера.

Изучение физиолого-биохимического полиморфизма М. baccata

Пероксидазы участвуют в росте, развитии и дифференциации растений. Поэтому представляло интерес проследить динамику активности пероксидазы в высокорослых и карликовых формах яблони сибирской в течение периода вегетации (вегетационный сезон 2008 года).

Для данного эксперимента были использованы различные по росту формы яблони, интродуцированные из Гусиноозерского района Республики Бурятия на территорию Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН. В исследовании участвовали высокорослые, полукарликовые (высота взрослого растения до 3,5 метров) и суперкарликовые растения (во взрослом состоянии высота 1,8- 2,5 метра).

На следующем рисунке представлен прирост побегов яблони сибирской 2008 года (рис.4). Для измерений выбирались побеги, стремящиеся к вертикальному расположению. Измерения проводились на 9 деревьях, по 5 ветвей с каждого, из которых три высокорослых, три полукарлика и три суперкарлика.

Наибольшая величина прироста характерна для высокорослых растений яблони. Для нее характерно наличие двух точек активного роста: одна совпадает с началом июля (7.07.08), а вторая с концом июля (28.07.08).

прирост в течение периода вегетации (мм)

2 5 я

о о.

а с я

X £

700

600

500

400

300

200

100

с?' V1- С^' Т>' <р■

дата

суперкарлик —в—полукарлик —•—высокорослое растение Рис. 4. Прирост побегов яблони сибирской в течение периода вегетации (2008 год)

Одновременно с измерением прироста была изучена динамика активности слабосвязанной с клеточной стенкой и растворимой пероксидаз из листовой ткани разных по росту форм яблони сибирской.

Так, наибольшая активность слабосвязанной с клеточной стенкой пероксидазы наблюдалась у полукарликовой формы яблони сибирской, и составляла 0,03 условных единиц/г сырого веса (рис. 5а). Эта точка совпадает с периодом максимального прироста. Наименьшая величина активности слабосвязанной с клеточной стенкой пероксидазы отмечена для высокорослой формы яблони. 8 августа она составляла 0,001 условных единиц/г сырого веса. Следует отметить, что в течение всего периода вегетации 2008 года активность слабосвязанной с клеточной стенкой пероксидазы у полукарликовой формой яблони сибирской была выше, чем у высокорослых и суперкарликовых растений. Вероятно, это может свидетельствовать о повышенной устойчивости этой

формы к неблагоприятным стрессовым воздействиям. Напротив, возможно, что такие формы яблони живут в состоянии стресса.

Большой интерес представляло также изучение динамики растворимых пероксидаз. В течение всего периода вегетации самая высокая активность растворимой пероксидазы наблюдалась у полукарликовой формы яблони сибирской. Она достигала максимального значения 25 июля (0,055 условных единиц/г сырой массы) и минимального - 15 августа (0,005) (рис. 56). Логично предположить, что минимальное значение активности фермента связано с окончанием периода вегетации. Максимальной величины активность достигает в период активного роста.

А Б

Рис. 5. Динамика активности а) слабосвязанной с клеточной стенкой пероксидазы в течение вегетационного периода 2008 года; б) растворимой пероксидазы из листьев разных по росту форм яблони сибирской, в течение периода вегетации 2008 года.

Проведен электрофоретический анализ состава пероксидазы из листьев карликовых и высокорослых форм яблони сибирской, произрастающих на территории Гусиноозерского района Республики Бурятия (табл. 2). Из таблицы видно, что карликовые формы яблони сибирской, растущие в с. Ягодное и п. Загустай обладают четырьмя формами растворимой пероксидазы с относительными электрофоретическими подвижностями (Кг) 0,46; 0,51; 0,55 и 0,72. А спектр растворимой пероксидазы из листьев высокорослых форм яблони сибирской чаще всего представлен одной формой фермента с относительной

электрофоретической подвижностью 0,55. Полученные результаты показали, что карликовые формы яблони сибирской обладают более богатым, по сравнению с высокорослыми формами, спектром молекулярных форм растворимой пероксидазы. Вероятно, это разнообразие молекулярных форм пероксидазы и объясняет измененный метаболизм карликовых растений. Как известно, пероксидаза обладает ИУК-оксидазной активностью, т.е. этот фермент участвует в деградации ИУК (Французова, 1998). А это, в свою очередь, вероятно, связано с карликовостью яблони сибирской.

Таблица 2. Электрофорез в полиакриламидном геле в нативных условиях растворимых пероксидаз из листьев яблони

№ Краткая характеристика растения Число молекулярных форм пероксидазы Относительная электрофоретическая подвижность (Яг)

1 Карликовая форма, село Ягодное; 16.06.06 4 0.46 0.51 0.55 0.72

2 Высокорослая форма село Ягодное 15.06.06 1 0.51

3 Высокорослая форма, восточное побережье оз. Щучье 15.06.06 2 0.51 0.63

4 Высокорослая форма, 169 км от Кяхты 17.06.06 2 0.48 0.63

5 Карликовая форма яблони п. Загустай 16.06.06 2 0.46 0.51 0.55 0.72

6 Высокорослая форма яблони, село Ягодное, большое дерево с круглыми листьями и опушением цветка 16.06.06 3 0.45 0.51 0.69

7 Высокорослая форма яблони, село Ягодное 16.06.06 3 0.51 0.71 0.78

8 Высокорослая форма яблони, село Ягодное 16.06.06 1 0.55

9 Высокорослая форма яблони, село Ягодное14.06.06 1 0.55

В последние годы появились данные о том, что на клеточной поверхности растительных клеток присутствуют слабосвязанные с клеточной стенкой пероксидазы, способные легко отделяться от клеточной стенки и циркулировать по апопласту целого растения (Вев^ск еГ а/., 1998; Минибаева, 2003). Был проведен электрофорез в полиакриламидном геле в нативных условиях слабосвязанных с клеточной стенкой

пероксидаз из листовой ткани карликовых и высокорослых форм яблони сибирской. В наших исследованиях разнообразия в данном случае не наблюдалось. Во всех вариантах фермент был представлен одной формой с относительной электрофоретической подвижностью 0,54 (рис.6)

1 2 3 4 5 6 Ю

Рис.6. Электрофорез в полиакриламидном геле в нативных условиях слабосвязанных с клеточной стенкой пероксидаз из листьев яблони: 1- п. Танхой, высокорослая яблоня;2 - п. Загустай, карликовая яблоня;3 - п. Загустай, карликовая яблоня; 4 - п. Загустай, карликовая яблоня; 5 - п. Загустай, карликовая яблоня; б - с. Ягодное, высокорослая яблоня.

В культурных сортах яблони спектр множественных молекулярных форм слабосвязанной с клеточной стенкой пероксидазы намного шире, чем в дикорастущих и полукультурных формах. Таким образом, количество молекулярных форм растворимой пероксидазы из листовых тканей карликовой и высокорослой форм яблони сибирской, различается по электрофоретической подвижности. Разнообразия молекулярных форм слабосвязанной с клеточной стенкой пероксидазы не наблюдается. Разнообразие пероксидаз отражает физиологическое состояние растений в момент отбора проб. Как и любой признак, он включает в себя генетическую и средовую вариансы. Определение I степени наследуемости пероксидазы не представляется возможным. Но наблюдаемые изменения могут быть следствием влияния окружающей среды и носить адаптивный характер.

Изучение генетического полиморфизма яблони сибирской по микросателлитным , локусам

При изучении генетического и внутривидового полиморфизма высокорослой и карликовой форм яблони сибирской и их популяционной структурированности использовали анализ полиморфизма длины микросателлитных локусов. Уровень наблюдаемой гетерозиготности для большинства исследуемых микросателлитных локусов был выше уровня ожидаемой гетерозиготности (табл.3).

Таблица 3. Генетическая вариабельность групп растений яблони сибирской по шести микросателлитным локусам (Н0- наблюдаемая гетерозиготность, Не- ожидаемая

гетерозиготность)

группа 28Р4 2304 05в8 04Н11 01аЬ 02Ы

Но Нс Н„ Не Но Не Но Не Н„ Не Н0 Не

1 1 0,59 0 0,06 0,94 0,58 0,82 0,54 I 0,53 1 0,52

2 0,96 0,56 - - 0,97 0,64 0,69 0,59 0,47 0,68 1 0,51

3 0,97 0,62 0,04 0,04 0,49 0,67 1 0,69 1 0,77 0,41 0,33

4 0,79 0,65 1 0,59 0,70 0,73 1 0,51 1 0,56 0,53 0,40

всего 0,73 0,53 0,77 0,86 0,76 0,48

Во всех исследованных группах с использованием % - критерия по некоторым локусам с высокой достоверностью выявлены отклонения наблюдаемых частот генотипов от теоретически ожидаемых при равновесии Харди-Вайнберга.

Наблюдается характерное для микросателлитов редкое соответствие равновесию Харди-Вайнберга. Скорее всего микросателлитные маркеры сцеплены с какими-то локусами, находящимися под действием селективного отбора, интенсивность потока генов была оценена с учетом размера популяции (рис. 7).

Результаты анализа показали, что

самое высокое значение потока генов

(14,73) наблюдается из группы растений 2 в

группу 1, что свидетельствует об

интенсивном обмене генетической

информацией. В свою очередь, поток генов

из группы растений I в группу 2 на

порядок меньше и составляет 1,44. Таким

образом, обмен генетической информацией

между этими группами растений

несимметричен. Обычно это объясняется

Рис. 7. Схема потока генов между популяциями, менее благоприятными условиями в той Цифрами обозначены номера групп растений.

группе, куда направлен поток генов. Самое низкое значение потока генов (0,36) между группами 2 и 3. Вероятно, это может объясняться их удаленностью друг от друга. Следует также отметить, что поток генов из

группы 4 во все остальные незначителен. Эта группа состоит из полукультурных растений, возможно, в экстремальных природных условиях их жизнеспособность не позволяет конкурировать с дикими формами. Наблюдается практически равнозначный поток генов из группы 3 в группы карликовых яблонь (1 и 2). С помощью программы ARLEQUIN был рассчитан индекс молекулярно-генетического разнообразия в каждой группе растений. Для высокорослых форм яблони из заброшенного сада характерно самое высокое значение индекса молекулярно-генетического разнообразия - 0,59. Значения этого параметра для природной группы высокорослых растений и смешанной группы, состоящей из карликовых и высокорослых форм яблонь, практически равнозначно и составляет 0,50. У группы природных форм яблони с карликовым типом роста наблюдается пониженное значение индекса молекулярно-генетического разнообразия, что, по-видимому, указывает на то, что способность к карликовому росту генетически детерминирована и относительно редко встречается у диких высокорослых яблонь (табл. 3).

Таблица 4. Индексы молекулярно-генетического разнообразия в группах яблони

сибирской

Номер группы растений Индекс молекулярно-генетического разнообразия

1 0,502373

2 0,321186

3 0,503202

4 0,5903953

Для оценки генетической подразделенности вычислены значения критериев

(табл. 4). Оказалось, что самое высокое значение Р57 - критерия (0,4083) между группами растений 1 (смешанная) и 3 (природные высокорослые растения), что свидетельствует о низком обмене генами. Самое низкое значение - критерия (0,2408) между группами 1 и 2 (карликовые формы), следовательно, для них характерна высокая степень обмена генами (вероятно, это объясняется их близким расположением друг относительно друга).

методами электрофореза и фотоэлектроколориметрии. ДНК экстрагировали из листьев по модифицированному методу Дойла и Диксона (Doyle, Dickson, 1987). Статистическую обработку полученных микросателлитных данных проводили с использованием компьютерных программ. Присутствие «нулевых» аллелей проверяли с помощью программы Micro-Checker (Van Oosterhout, 2004) с использованием метода Brookfieid (Brookfield, 1996). Частоты аллелей рассчитывали с помощью программы GENEPOP

(Raymond, Rousset, 1997). Наблюдаемую (Н0) и ожидаемую (Не) гетерозиготности, а

р1

также значения " (Cockerham, 1973; Weir and Cockerham, 1984), отражающие степень генетической изоляции между группами, подсчитывали с помощью программы ARLEQUIN (Schneider et al., 2000). Отклонение от равновесия Харди-Вайнберга проверяли с помощью критерия % (Рокицкий, 1973).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Изучение полиморфизма Malus baccata по морфологическим признакам.

В рамках проведенного исследования измерено 400 листьев высокорослых и карликовых растений яблони сибирской, собранных из разных районов Республики Бурятия. Предварительно проверили признаки на нормальность распределения. Таким образом, распределение признака внутри группы не подчиняется закону нормально го распределения (Табл. 1). Из приведенной таблицы видно, что по морфологическим признакам наиболее отличаются группы 2 и 3 (достоверные отличия максимум на 13%), а также группы 3 и 1(11%). В результате проведенного исследования установлено, что карликовые и высокорослые формы яблони сибирской образуют единую общность по таким признакам, как длина и ширина листовой пластинки, отношению длины листа к его ширине, отношению длины черешка к длине листовой пластинки.

Для укоренения в качестве аутгруппы использовали вид М. domestica, для которого имеются данные о полиморфизме некоторых сортов по шести микросателлитным локусам, использованным в данной работе (Guilford el al., 1997). Группа дикорастущих высокорослых форм яблони (Группа 3) выглядит как наиболее базальная относительно аутгруппы М. domestica и является предковой для групп карликовых форм яблони. Группа карликовых форм яблони из с. Ягодное (2) генетически более однородна, чем смешанная группа (1). Группа растений из искусственных насаждений в с. Я годное (4)-самая разнообразная генетически - на дереве оказалась полифилетичной, поэтому вопрос о ее происхождении, как генетически единой группы, не корректен.

Анализ пуклеотидных последовательностей внутреннего транскрибируемого

спейсера ITS1

Для представителей всех исследуемых групп растений были расшифрованы нуклеотидные последовательности внутреннего транскрибируемого спейсера ITS1 (intemal transcribed spacer), находящегося между генами 18S рРНК и 5,8S рРНК. По результатам анализа установлено, что все исследованные нуклеотидные последовательности, принадлежащие растениям как карликовой, так и высокорослой формы М. baccata идентичны.

Следовательно, существование двух форм яблони сибирской, резко отличающихся морфологически, но не отличающихся генетически по маркеру ITS 1, позволяет предполагать, что это экологические формы одного вида М. baccata, который обладает большой морфологической пластичностью.

Выводы

1. Исследовано четыре географически разделенные группы яблони, представленные 130 растениями. Определена степень генетической изоляции между карликовыми и высокорослыми формами яблони с помощью анализа изменчивости шести полиморфных микросателлитных локусов. Показано отсутствие строгой генетической изоляции между всеми четырьмя группами, однако карликовые яблони достоверно генетически отделены от высокорослых.

диаметр цветка, длина и ширина лепестков, длина чашелистиков и количество цветков в соцветии. Карликовые формы и дикие (природные) высокорослые яблони образуют отдельные кластеры внутри кластера искусственно посаженных человеком (диких) высокорослых деревьев на простирающемся древе, построенном на основании морфологических признаков. С точки зрения морфологии карликовая яблоня входит в состав яблони сибирской.

3. Показано, что активность пероксидаз из листьев полукарликовых форм яблони сибирской на протяжении всего периода Вегетации выше, чем у высокорослых растений этого вида. Выдвинуто предположение, что это может приводить к повышению ИУК-оксидазной функции пероксидазы и, следовательно, служить одним из важнейших механизмов ингибирования ростовых процессов у низкорослых форм яблони.

4. Определены нуклеотидные последовательности внутреннего транскрибируемого спейсера, находящегося между генами 18S рРНК и 5,8S рРНК, у представителей всех групп растений. Последовательности оказались идентичны, что свидетельствует об отсутствии репродуктивного барьера.

5. Морфологические и генетические данные свидетельствуют о том, что карликовые и высокорослые формы яблони недостаточно изолированы друг от друга, чтобы это имело таксономическое значение. По происхождению карликовые растения полифилетичны. Это позволяет считать их экологической формой, которая, возможно, представляет собой начальный этап парапатрического видообразования.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

Статьи в рецензируемых журналах:

1. Рудиковский A.B., Рудиковская Е.Г., Дударева Л.В., Кузнецова Е.В. Уникальные и редкие формы яблони сибирской Селенгинского района Бурятии // Сибирский экологический журнал, №2. - 2008. - С.63-68.

Тезисы в рецензируемых сборниках конференций:

1. Кузнецова Е.В., Граскова И.А., Раченко М.А., Рудиковский A.B. Изучение полиморфизма слабосвязанной с клеточной стенкой и общей пероксидазы в разных по

росту формах яблони сибирской // Материалы Всероссийской научной конференции, 1619 сентября 2007г. - Иркутск, СИФИБР СО РАН. - Иркутск: РИО НЦ PBX ВСНЦ СЩ РАМН, 2007.-С. 143-147.

2. Кузнецова Е.В., Перетолчина Т.Е., Букин Ю.С., Щербаков Д.Ю., Рудиковский A.B. Происхождение карликовых форм яблони сибирской на территории Республики Бурятия // Вестник Иркутского государственного университета, 2008. - С.75-81.

3. Кузнецова Е.В., Перетолчина Т.Е., Букин Ю.С., Щербаков Д.Ю., Рудиковский A.B. Оценка степени генетической изоляции между популяциями Malus baccata на территории Республики Бурятия // Материалы 12-ой Международной Путинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука 21 века», 2008. - С. 132.

4. Кузнецова Е.В., Перетолчина Т.Е., Щербаков Д.Ю., Рудиковский A.B. Оценка генетического разнообразия растений Malus baccata по микросателлитным локусам // Материалы 13-ой Международной Путинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука 21 века», 2009. - С.233.

5. Рудиковский A.B., Кузнецова Е.В., Перетолчина Т.Е., Букин Ю.С., Щербаков Д.Ю. К вопросу о происхождении карликовых форм яблони сибирской. - Матер. Междунар. конференции «Проблемы эволюции и систематики культурных растений». Санкт-Петербург, 2009. - С.244-248

Благодарности: Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям -д.б.н. Д.Ю. Щербакову и к.б.н. A.B. Рудиковскому, а также дружному коллективу лаборатории геносистематики Лимнологического института СО РАН за консультации и поддержку на всех этапах подготовки диссертационной работы. Самые теплые и искренние слова благодарности хочется выразить к.б.н. Т.Е. Перетолчиной за помощь в освоении методик и консультации при выполнении и оформлении диссертации, за сотрудничество в написании совместных статей и всестороннюю поддержку. Автор выражает глубокую благодарность д.б.н. И.А. Трастовой за неоценимую помощь, оказанную при выполнении биохимической части работы.

Работа выполнена при поддержке интеграционного проекта СО РАН № 5.13 и гранта РФФИ 05-04-97253

Подписано к печати 30.04.2010 г. Формат 60*84/16. Объем 1,2 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 479. Издательство Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН 664033 г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Кузнецова, Елена Вячеславовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Систематика рода Malus.

1.2. Распространение рода Malus.

1.3. Особенности яблони ягодной (сибирской) - Malusвассатл (L.) Borkh.

1.3. микросателлитная днк и ее использование для исследования генетических процессов в популяциях.

1.3.1. Микросателлитные повторы: механизмы возникновения и размножения в геноме.

1.3.2. Применение микросателлитного анализа.

1.3.3.Методика проведения анализа полиморфизмамикросателлитныхлокусов.

1.4. Структура популяций.

1.4.1. Эволюционные процессы в популяциях.

1.4.2. Анализ генетической изменчивости.

1.4.2.1. Поток генов.

1.4.2.2. Частоты аллелей.

1.4.2.3. Гетерозиготностъ.

1.4.2.4. Эффективный размер популяции.

1.4.2.5. Fst- критерий.

1.5. Активность пероксидазы - тестовая характеристика физиологического состояния культурных растений.

1.6. Пероксидазы растений.

1.7. Классификация пероксидаз.

1.8. Реакции, катализируемые пероксидазой.

1.9. Множественность молекулярных форм пероксидазы.

1.10. Генетический контроль синтеза пероксидаз.

1.11. Локализация пероксидаз в растительной клетке.

1.12. Термостабильность пероксидазы.

1.13. участие пероксидазы в лигнификации и суверенизации клеточной стенки.

1.14. Участие пероксидазы в дыхании растения.

1.15. Изменение активности пероксидазы и количества фитогормонов при стрессовых воздействиях на растение.

1.16. Пероксидаза и стресс.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Генетико-биохимическая дифференциация и происхождение карликовых форм яблони сибирской Malus baccata (L.)Borkh"

Актуальность работы

Способность растений адекватно реагировать на изменения окружающей среды определятся, с одной стороны, индивидуальной реакцией, заключающейся в реализации фенотипической пластичности (норма реакции), с другой - размахом полиморфизма на популяционном уровне. Изменения последнего уже приводят к эволюционным последствиям (Kutschera, Niklas, 2009). Поэтому изучение физиолого-биохимического полиморфизма в связи с характером и направлением микроэволюционных процессов являются актуальными задачами современной фитобиологии. В работе на примере групп разных по росту форм яблони сибирской Malus baccata (L.) Borkh изучено внутривидовое разнообразие этих растений при помощи маркеров различной природы, а также описан механизм протекающего у них микроэволюционного процесса.

На территории Гусиноозерского района Республики Бурятия встречаются карликовые и высокорослые формы яблони сибирской М. baccata, которые могут расти совместно (симпатрически), однако резко отличающиеся по ряду морфологических признаков. Различия настолько существенны, что заставили некоторых исследователей полагать, что они достигают межвидового размаха. В результате таксономический статус карликовой формы яблони в настоящее время оставался окончательно не установленным. В.В. Вартапетян и JI.B. Соловьева выделили карликовую форму в отдельный вид Mains chamardabanica (Vartapetyan & Solovjeva, 1981). B.B. Пономаренко (Пономаренко, 1988) на основе изучения морфологических признаков и ботанических особенностей, утверждал, что этот таксон, на самом деле, является одной из упомянутых выше форм М. baccata. Таким образом, морфологические исследования карликовых форм не позволили разным исследователям прийти к одному мнению об их таксономическом статусе.

К настоящему времени для решения вопросов, касающихся генетических связей различных групп родственных организмов — видов и популяций — применяется широкий спектр молекулярно-генетических методов анализа. ДНК, что сделало возможным использование молекулярных признаков для решения вопросов об эволюционных связях популяций и видов. Используя анализ полиморфизма длин быстро эволюционирующих микросателлитных маркеров и сравнения нуклеотидных последовательностей маркерных генов, мы провели популяционно-генетическое исследование яблони сибирской. Использование данного подхода поможет понять механизмы эволюции на протяжении относительно коротких промежутков времени.

Интересующие нас формы яблони появились недавно, приблизительно 150 лет назад. Следовательно, для анализа связанных с их появлением процессов генетической изменчивости должны быть использованы быстро эволюционирующие маркеры, каковыми являются локусы, содержащие микросателлитные повторы. Скорость мутирования таких маркеров л 9 составляет от 10" до 10" нуклеотидов за поколение (Shlotterer, 2000). Необходимо отметить, что под мутацией микросателлитов обычно подразумевают не только нуклеотидные замены, а любое изменение длины повтора. С другой стороны, значимые физиолого-биохимические адаптации столь молодых форм должны затрагивать, в первую очередь, высоко лабильные механизмы, на регуляции которых существенно сказывается модификационная изменчивость, то есть изменчивость, обусловленная прямым воздействием среды. В качестве такой системы в настоящей работе исследовали изменчивость молекулярных форм пероксидазы.

Научная новизна

Впервые с использованием морфологических признаков, физиолого-биохимических показателей и молекулярных маркеров проведен анализ полиморфизма нескольких форм яблони сибирской из различных биотопов, расположенных в Республике Бурятия. Определены уровни их фенотипических, физиолого-биохимических и генетических различий. Выявлены экологические особенности и степень адаптации различных форм, проявляющиеся в росте и биохимических реакциях растений. Показано,что для карликовых форм яблони сибирской в течение всего периода вегетации характерна более высокая, по сравнению с высокорослыми растениями этого вида, активность пероксидазы, что, вероятнее всего связано с ИУК-оксидазной функцией этого фермента. Впервые изучен состав анионных пероксидаз разных по росту форм яблони сибирской. Установлена высокая изменчивость спектра множественных молекулярных форм пероксидазы в листьях разных по росту форм яблони в течение периода вегетации. Впервые в результате проведенной работы с помощью микросателлитного анализа выяснены филогенетические отношения карликовой и высокорослой форм яблони сибирской. Установлено, что географически близко произрастающие карликовые и высокорослые растения яблони обладают высокой степенью генетической изоляции. Между двумя формами яблони сибирской обнаружены достоверные различия по морфологическим признакам Идентичность последовательностей внутреннего транскрибируемого спейсера ITS1 указывает на принадлежность карликовых и высокорослых растений яблони к одному виду - М. baccata. Показано полифилетическое происхождение карликовой формы яблони сибирской от высокорослой. Установлено, что вид М. baccata обладает большой экологической пластичностью, а исследуемые группы являются его экологическими формами.

Яблоня полиморфна с морфологической точки зрения, а также - по характеру физиологических реакций на неблагоприятные условия окружающей среды. Растения, способные давать карликовые формы, видимо, имеют селективное преимущество по сравнению с высокорослыми растениями, если растут в экстремальных условиях — в контактной зоне леса и степи при низкой влажности и малом плодородном слое почвы. Отмечаемый у данного вида полиморфизм может способствовать возникновению частичной репродуктивной изоляции между формами, способными к образованию карликов и формами, сохраняющими исходные свойства в результате дизруптивного отбора. Изоляция карликовых форм может рассматриваться как очень недавнее событие, которое пока незначительно отразилось на микросателлитном полиморфизме. Полученные результаты позволили сделать предположение о том, что возможной причиной проявления карликовости у яблони сибирской является ее адаптация к условиям среды. Различия в частотах аллелей микросателлитных локусов, обнаруженные в настоящей работе, показывают, что карликовые яблони еще не образуют замкнутой репродуктивной группы и что способность к образованию карликовой формы является прогрессивным признаком, способствующим адаптации к экстремальным условиям среды и по которому М. baccata высоко полиморфны.

Практическое значение работы

Результаты исследований генетического, морфологического и биохимического разнообразия карликовой и высокорослой форм яблони сибирской могут помочь в понимании процессов парапатрического видообразования, и его роли в адаптивной радиации видов, а также процессов эволюции в целом. Полученные результаты могут быть использованы в курсе лекций по физиологии, биохимии, экологии и географии растений.

Полученные результаты критически необходимы для выработки стратегии природоохранных мероприятий, направленных на сохранение эндемичных редких форм яблони в Сибири.

Апробация работы

Результаты работы представлялись на Всероссийской научной конференции «Устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды», Иркутск, 2007; на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Развитие физико-химической биологии и биотехнологии на современном этапе», Иркутск, 2008, на 12-ой и 13-ой Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых (2008,2009), на научной сессии-СИФИБР СО РАН (2009), на Международной конференции «Проблемы эволюции и систематики культурных растений», Санкт-Петербург,2009 г.

Публикации

По результатам работы опубликовано: Статьи в рецензируемых журналах:

1. Рудиковский А.В., Рудиковская Е.Г., Дударева JI.B., Кузнецова Е.В. Уникальные и редкие формы яблони сибирской Селенгинского района Бурятии // Сибирский экологический журнал, №2. — 2008. - С.63-68.

Тезисы в рецензируемых сборниках конференций:

1. Кузнецова Е.В., Граскова И.А., Раченко М.А., Рудиковский А.В. Изучение полиморфизма слабосвязанной с клеточной стенкой и общей пероксидазы в разных по росту формах яблони сибирской // Материалы Всероссийской научной конференции, 16-19 сентября 2007г. - Иркутск, СИФИБР СО РАН. -Иркутск: РИО НЦ РВХ ВСНЦ СЩ РАМН, 2007. - С. 143-147.

2. Кузнецова Е.В., Перетолчина Т.Е., Букин Ю.С., Щербаков Д.Ю., Рудиковский А.В. Происхождение карликовых форм яблони сибирской на территории Республики Бурятия // Вестник Иркутского государственного университета, 2008. - С.75-81.

3. Кузнецова Е.В., Перетолчина Т.Е., Букин Ю.С., Щербаков Д.Ю., Рудиковский А.В. Оценка степени генетической изоляции между популяциями Malus baccata на территории Республики Бурятия // Материалы 12-ой Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология — наука 21 века», 2008. - С.132.

4. Кузнецова Е.В., Перетолчина Т.Е., Щербаков Д.Ю., Рудиковский А.В. Оценка генетического разнообразия растений Malus baccata по микросателлитным л оку сам // Материалы 13-ой Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология — наука 21 века», 2009. — С.233.

5. Рудиковский А.В., Кузнецова Е.В., Перетолчина Т.Е., Букин Ю.С., Щербаков Д.Ю. К вопросу о происхождении карликовых форм яблони сибирской. - Матер. Междунар. конференции «Проблемы эволюции и систематики культурных растений». Санкт-Петербург,2009. - С.244-248

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям - д.б.н. Щербакову Д.Ю. и к.б.н Рудиковскому А.В., а также дружному коллективу лаборатории геносистематики Лимнологического института СО РАН за консультации и поддержку на всех этапах подготовки диссертационной работы. Самые теплые и искренние слова благодарности хочется выразить к.б.н. Т.Е. Перетолчиной за помощь в освоении методик и консультации при выполнении и оформлении диссертации, за сотрудничество в написании совместных статей и всестороннюю поддержку. Автор выражает глубокую благодарность д.б.н. И.А. Грасковой за неоценимую помощь, оказанную при выполнении биохимической части работы.

Автор выражает благодарность Раченко М.А. за предоставленный листовой материал и ценные советы. Автор выражает признательность к.б.н. Г.П. Акимовой, д.б.н. Г.Б. Боровскому и к.б.н. А.И. Катышеву за помощь в интерпретации полученных в данном исследовании результатов и оформлении работы.

Работа выполнена при поддержке интеграционного проекта СО РАН №5,13 и гранта РФФИ 05-04-97253.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Кузнецова, Елена Вячеславовна

Выводы

2. Обнаружены достоверные различия между карликовыми и высокорослыми формами яблони по ряду морфологических признаков, таких, как длина и ширина листовой пластинки, длина черешка, количество жилок с одной стороны листа, диаметр цветка, длина и ширина лепестков, длина чашелистиков и количество цветков в соцветии. Карликовые формы и дикие (природные) высокорослые яблони образуют отдельные кластеры внутри кластера искусственно посаженных человеком (диких) высокорослых деревьев на простирающемся древе, построенном на основании морфологических признаков. С точки зрения морфологии карликовая яблоня входит в состав яблони сибирской.

3. Показано, что активность пероксидаз из листьев полукарликовых форм яблони сибирской на протяжении всего периода вегетации выше, чем у высокорослых растений этого вида, Выдвинуто предположение, что это может приводить к повышению ИУК-оксидазной функции пероксидазы и следовательно, служить одним из важнейших механизмов ингибирования ростовых процессов у низкорослых форм

Я6ЛОНИ.

1 • 4. Определены нуклеотидные последовательности внутреннего транскрибируемого спейсера, находящегося между генами 18S рРНК и 5,8S рРНК, у представителей всех групп растений. Последовательности t л к оказались идентичны, что свидетельствует об отсутствии репродуктивного барьера.

Заключение

В результате проведенной работы подробно исследована генетическая дифференциация вида М. baccata из разных районов на территории республики Бурятия. На основе сравнения нуклеотидных последовательностей ядерного молекулярно-генетического маркера ITS1, а также анализа частот аллелей 6 локусов, содержащих микросателлитные повторы, установлено, что карликовые и высокорослые растения являются экологическими морфами одного вида М. baccata. С помощью шести пар праймеров к высокоспецифичным микросателлитным локусам изучен генетический полиморфизм в каждой группе растений, показана степень изоляции. Так, самая высокая изоляция существует между первой и третьей группами (значение FiT - критерия - 0,64), а самая низкая (0,19)- наблюдается между 2 и 4 группами, следовательно, они активно обмениваются генетической информацией. Достоверно показано наличие двустороннего потока генов, таким образом, изоляция носит частичный характер.

Уровень наблюдаемой гетерозиготности по всем исследуемым микросателлитным локусам в каждой группе был выше ожидаемой гетерозиготности. Это свидетельствует о постоянном обмене генетической информацией между группами карликовых и высокорослых форм яблони. При этом поток генов чаще всего несимметричен. Наибольшее количество мигрантов наблюдается от групп высокорослых растений к карликовым формам. Кроме того, группы высокорослых растений яблони отличаются большей величиной индекса молекулярно-генетического разнообразия по сравнению с карликовыми формами.

Группы высокорослых растений яблони в настоящее время находятся в более благоприятном положении, чем карликовые формы. Нет следов действия движущего отбора на группы высокорослых форм яблони, о чем свидетельствует то, что по результатам исследования полиморфизма микросателлитных локусов установлено, что высокорослые растения находятся в состоянии, приближенном к равновесию Харди-Вайнберга, то есть частоты аллелей остаются приблизительно постоянными из поколения в поколение. Это связано с тем, что группы высокорослых яблонь имеют большой размер популяции, поэтому поток миграции практически не сказывается на генетическом разнообразии. Особенно это характерно для третьей группы, которая состоит из типичных дикорастущих яблонь.

Несмотря на установленную принадлежность карликовых и высокорослых форм яблони к одному виду, показано, что исследуемые группы растений достоверно отличаются по длине и ширине листовой пластинки, отношениям длины листа к его ширине и длины черешка к длине листовой пластинки. При этом две географически разделенные группы карликовых форм яблони сибирской достоверно не различаются по исследуемым морфологическим признакам. Также отмечено четкое отделение группы типичных высокорослых яблонь (третья группа) от карликовых форм. Четвертая группа растений (высокорослые формы яблони из заброшенного сада с. Ягодное) перекрывается со всеми исследуемыми группами, что свидетельствует о наличии в ней большого разнообразия по наблюдаемым морфологическим признакам. Скорее всего, эти отличия объясняются адаптацией карликовых форм к условиям среды и связаны с широкой нормой реакции фенотипа по этим признакам.

Существует предположение, что пероксидаза как стрессовый фермент выступает в качестве регулятора формирования адаптационных процессов при различных физиологических нагрузках. По результатам исследования установлено, что карликовые формы яблони сибирской отличаются повышенной активностью этого фермента на протяжении всего периода вегетации, что, скорее всего, связано с их приспособлением к жестким условиям среды. Повышение активности пероксидазы происходит за счет увеличения активности уже имеющихся форм фермента и синтеза новых молекулярных форм.

Более богатый спектр молекулярных форм растворимой пероксидазы в карликовых растениях яблони сибирской может свидетельствовать о повышенной устойчивости этих растений к факторам окружающей среды.

У растений не устойчивых к стрессовым воздействиям, генетического потенциала организма не хватает для того, чтобы сформировать оптимальный изоферментный комплекс, и в критических ситуациях это может привести к летальному исходу. Таким образом, высокорослые формы яблони, вероятно, обладают меньшей устойчивостью к неблагоприятным воздействиям среды. В результате экспедиционных работ было обнаружено некоторое количество погибших высокорослых деревьев, но при этом ни одного погибшего карликового растения не наблюдалось.

На сегодняшний день карликовая форма яблони сибирской является экотипом высокорослых растений этого вида. Происхождение этой формы происходит постоянно, но состояние группы при этом крайне нестабильно и нуждается в постоянном притоке мигрантов из высокорослых групп растений. Такой экотип яблони сибирской образовался под давлением условий окружающей среды. Возможно, это начальный этап экологического видообразования, который на этой стадии в большей мере проявляется в морфологических изменениях. Но о его успешности можно судить лишь после того, как образуется самовоспроизводящаяся популяция с устойчивым интегрированным генным фондом, способная к неограниченно долгому существованию в ряду поколений.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Кузнецова, Елена Вячеславовна, Иркутск

1. Аксенова, В.А. О некоторых свойствах пероксидазы инфицированных тканей растений / В.А. Аксенова, О.Н. Кожанова, Б.А. Рубин // Физиология растений. 1971. - Т. 18, вып.2. - С.387-391.

2. Алтухов, Ю.П. Генетические процессы в популяциях / Ю.П. Алтухов. М.: ИКЦ, 2003. - 431 с.

3. Андреева, В.А. Фермент пероксидаза / В.А. Андреева. М.: Наука, 1988. - 128 с.

4. Байков, К.С. Биоразнообразие: сущность и опыт создания онтологии. Популяционно-видовой уровень / К.С. Байков, М.Г. Сергеев, В.А. Черемушкина // Биоразнообразие и динамика экосистем. — Новосибирск, Издательство Сибирского отделения РАН. 2006. — С.35-43.

5. Беклемишев, Н.В. Основные понятия биоценологии в приложении к животным компонентам наземных сообществ / Н.В. Беклемишев // Биоценологические основы современной паразитологии. -М.:Наука. 1970. - С.53-89.

6. Бояркин, А.Н. Быстрый метод определения активности пероксидазы /

7. A.Н. Бояркин // Биохимия. 1951. - Т. 16, Вып.4. - С.352.

8. Вартапетян, В.В. Новый вид дикорастущей яблони Сибири / В.В. Вартапетян, JI.B. Соловьева // Вестник Московского университета. Сер. Биол., 1981. № 4. - С. 26-31.

9. Васильева, В.Н. Яблоня в Сибири: интродукция, селекция, сорта/

10. B.Н. Васильева. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - 151с.

11. Веселова, Т.В. Стресс у растений / Т.В. Веселова, В.А. Веселовский^ Д.С. Чернавский. М.: Из-во МГУ, 1993. - 144 с.

12. Войников, В.К. Синтез белков в растениях" при действии; низкой; температуры / В.К. Войников, Г.Г. Иванова, М.-В- Корытов // Физиология и биохимия культурных растений. 1986. - Т. 18, №3.1. C.211-222.

13. Газарян, И.Г. Молекулярная и генетическая структура пероксидаз

14. И.Г. Газарян // Итоги науки и техники. Серия Биотехнология. -1992. Т.36. - С.28-54.

15. Газарян, И.Г. Пероксидазный статус растений-регенерантов, полученных из суперпродуцирующей культуры клеток люцерны / И.Г. Газарян, А.Ю. Скрипников, А.Н. Веревкин, В.А. Фечина // Доклады РАН. 1993. - Т.331(3). - С.364-365.

16. Газарян, И.Г. Влияние рН на стабильность анионной пероксидазы табака и ее взаимодействие с перекисью водорода / И.Г. Газарян и др. //Биохимия. 1998. - Т.63(5). - С.708-716.

17. Гибралтарская, И.Н. Изменение изоферментных спектров пероксидаз при индуцированном ризогенезе у гармалы обыкновенной {Peganum harmala L.) / И.Н. Гибралтарская, И.Н. Кузовкина, Э.Е. Хавкин // Доклады РАН. 1990. - Т.314, №4. - С. 1010-1012.

18. Гималов, Ф.Р. О восприятии растением холодового сигнала / Ф.Р. Гималов, А.В. Чемерис, В.А. Вахитов // Успехи современной биологии. 2004. - Т. 124(2). - С. 185-196.

19. Граскова, И.А. Роль слабосвязанных с клеточной стенкой пероксидаз в устойчивости растений к биотическому стрессу: диссертация доктора биол. наук: защищена 04.07.2008. / И.А. Граскова. -Иркутск.: ООО «ЦентрНаучСервис»,2008. 323 с.

20. Грин, Н. Биология (в трех томах, том 3) / Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор /Под ред. Р. Сопера. Пер. с англ. М.: «Мир», 1993

21. Животовский, JI.A. Микросателлитная изменчивость в популяциях человека и методы ее изучения / JI.A. Животовский // Вестник ВОГиС. 2006. - Т. 10. - № 1. - С. 74-95.

22. Животовский, JI.A. Популяционная биометрия / JI.A. Животовский. — М.:Наука, 1991.-271 с.

23. Загульнова, Л.Б. Мониторинг фитопопуляции / Л.Б. Загульнова, О.В. Смирнова, А.С. Комаров, П.Г. Ханина // Успехи современной биологии. 1993. - Т.113, №4. - С.402-414.

24. Запрометов, М.Н. Локализация пероксидазы и лигнина в тканях чайного растения и в полученных из них каллусных культурах / М.Н. Запрометов, Н.В. Загоскина, В.Ю. Стрекова, Г.А. Субботина // Физиология растений. 1982. - Т.29(2). - С.302-311.

25. Ивакин, А.П. Термостабильность пероксидазы сортов томатов, различающихся по жаростойкости / А.П. Ивакин, А.А. Грушин // Физиология растений. 1986. - Т.33(2). - С.226-233.

26. Иванова, Т.М. О каталитических функциях пероксидазы / Т.М. Иванова, М.А. Давыдова, Б.А. Рубин // Биохимия. 1967. - Т.32(3). -С.607-611.

27. Ильинская Л.И. Продукты липоксигеназного окисления жирных кислот как сигнальные молекулы в индуцированной устойчивости растений (обзор) / Л.И. Ильинская, О.Л. Озерецковская // Прикладная биохимия и микробиология. 1998. - Т.34, №5. - С.467-479.

28. Климов, С.В. Пути адаптации растений к низким температурам / С.В. Климов // Успехи современной биологии. 2001. - Т.121(1). - С.3-22.

29. Клячко, Н.Л. Фитогормоны и цитоскелет / Н.Л. Клячко // Физиология растений. 2003. - Т.50(3). - С.475-480.

30. Колупаев, Ю.Е. Влияние экзогенного кальция на интенсивность пероксидазного окисления липидов в колеоптилях озимой пшеницы и их теплоустойчивость / Ю.Е. Колупаев, Ю.В. Карпец // Физиология и биохимия культурных растений. 2003. - Т.35(1). - С.67-73.

31. Комов, В.П. Выделение и очистка пероксидазы из каллусной культуры женьшеня / В.П. Комов, Л.А. Троицкая, Н.В. Кириллова // Прикладная биохимия и микробиология. 1998. - Т.34(5). - С.495-498.

32. Конарев, В.Г. Белки растений как генетические маркеры / В.Г. Конарев. -М.: Колос, 1983. 320 с.

33. Ладыгина, М.Е. Изменение белково-ферментного комплекса при заражении растений вирусами Y и X / М.Е. Ладыгина, В.А. Князев, Д.В. Липсиц // Иммунитет и покой растений. М.: Наука, 1972. -С.121-141.

34. Ладыгина, М.Е. Особенности изоэнзимного состава пероксидазы и полифенолоксидазы при вирусном патогенезе у табака / М.Е. Ладыгина, Э.А. Таймла, Б.А. Рубин // Физиология растений. 1970. -Т. 17, №5. - С.928-935.

35. Левитес, Е.В. Генетика изоферментов растений / Е.В. Левитес. -Новосибирск.:Наука, 1986. 144 с.

36. Левонтин, Р. Генетические основы эволюции / Р. Левонтин. — М.:Мир,1978. 349 с.

37. Ли, Ч. Введение в популяционную генетику / Ч. Ли. — М.:Мир, 1978. -555 с.

38. Лобашев, М.Е. Генетика / М.Е. Лобашев. — Ленинград.: Ленинградский Университет, 1967.- 749 с.

39. Ллойда, 3 Гистохимия ферментов / 3. Ллойда, Р. Госсрау, Т. Шиблер. М.: Мир, 1982.-279 с.

40. Максимов, В.И. «Хитин-специфичные» пероксидазы в растениях / В.И. Максимов, Е.А. Черепанова, P.M. Хайруллин // Биохимия. -2003. Т.68. - С.133-138.

41. Минибаева, Ф.В. Продукция супероксида и активность внеклеточной пероксидазы в растительных тканях при стрессе / Ф.В. Минибаева, J1.X. Гордон // Физиология растений. 2003. - Т.50(3). -С.459-464.

42. Михлин, Д.М. Пероксиды и пероксидазы. Химизм медленного окисления / Д.М. Михлин. М.: Л. Из-во АН СССР, 1947. - С. 209.

43. Олейникова, Т.В. Действие высокой температуры на изоферментный состав и активность изозимов пероксидазы листьев пшеницы / Т.В. Олейникова, A.M. Волкова, Р.Н. Путина // Физиология и биохимия культурных растений. 1979. - Т.11,№2. - С. 113-117.

44. Остерман, JI.A. Исследование биологических макромолекул электрофокусированием, иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами / JI.A. Остерман. М.: Наука, 1983. - 304 с.

45. Остерман, J1.A. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот (электрофорез и ультрацентрифугирование) / JI.A. Остерман. М.: Наука. 1985. - 305 с.

46. Паду, Э.Х. Свойства пероксидазы и фенилаланин-аммиак-лиазы при образовании и лигнификации клеточных стенок стебля пшеницы /"' Э.Х. Паду // Физиология растений. 1995. - Т.42, №3. - С.408-415.

47. Пешкова, Г.А. Семейство Rosaceae Розоцветные // Флора Центральной Сибири. - Новосибирск.: Наука, 1979. — С.541-584.

48. Побежимова, Т.П. Методы изучения митохондрий растений. Полярография и электрофорез / Т.П. Побежимова, А.В. Колесниченко, О.И. Грабельных. М.: ООО «НПК «ПРОМЭКОБЕЗОПАСНОСТЬ», 2004. - 98 с.

49. Побережный, Е.С. Некоторые аспекты изучения байкальских эндемичных моллюсков / Е.С.Побережный, P.M. Островская // Исследования природных ресурсов озера Байкал и ангарских водохранилищ. Иркутск - 1984. - С.50-55.

50. Пономаренко, В.В. Mains chamardabanica (Rosaceae) из Забайкалья / В.В.Пономаренко // Бот. журн. 1988. - Т.73. - С.78-83.

51. Роговин, В.В. Пероксидазосомы клеток растений / В.В. Роговин, Р.А. Муравьева, В.А. Фомина, В.М. Муштакова // Известия РАН. Серия биологическая. 1996. - №1. - С.16-22.

52. Роговин, В.В. Пероксисомы / В.В. Роговин, Р.А. Пирузян. М.: Наука, 1977.-С. 207.

53. Рокицкий, П.Ф. Биологическая статистика / П.Ф. Рокицкий. Минск, «Вышэйшая школа», 1973. - 320с.

54. Рубин, Б.А. Биохимия и физиология иммунитета растений / Б.А. Рубин, Е.В. Арциховская, В.А. Аксенова. М.: Высшая школа, 1975. -319 с.

55. Рубин, Б.А. Физиология и биохимия дыхания растений / Б.А. Рубин, М.Е. Ладыгина. М.: Из-во МГУ, 1974. - С.512.

56. Рубин, Б.А. Альтернативные пути биологического окисления / Б.А. Рубин, JI.H. Логинова // Итоги науки и техники. Биологическая химия. М.: ВИНИТИ, 1973. - Т.6. - С.434-468.

57. Рудиковский, А.В. Уникальные и редкие формы яблони сибирской Селенгинского района Бурятии / А.В. Рудиковский, Е.Г. Рудиковская, Л.В. Дударева, Е.В. Кузнецова // Сибирский экологический журнал. 2008. - №2. - С. 327-333.

58. Рыськов, А.П. Мультилокусный ДНК-фингерпринтинг в генетико-популяционных исследованиях биоразнообразия / А.П. Рыськов // Молекулярная Биология. 1999. - Т.ЗЗ. - № 6. - С. 997-1011.

59. Савич, И.М. Пероксидазы стрессовые белки растений / И.М. Савич // Успехи современной биологии. - 1989. - Т.107(3). - С.406-417.

60. Савич, И.М. Удельная активность изопероксидаз проростков кукурузы и пшеницы в условиях низкотемпературного стресса / И.М. Савич, Т.Л. Таджибаева, Ю.В. Перуанский // Физиология и биохимия культурных растений 1988. - Т.20(2). - С.128-133.

61. Садвакасова, Г.Г. Некоторые физико-химические и физиологические свойства пероксидазы растений / Г.Г. Садвакасова, P.M. Кунаева // Физиология и биохимия культурных растений. -1987. Т.19(2). - С.107-119.

62. Сахаров, И.Ю. Субстратная специфичность пероксидазы африканской масличной пальмы / И.Ю. Сахаров, М.К. Весга Бланко, И.В. Сахарова // Биохимия. 2002. - Т.67(9). - С. 1259-1264.

63. Скоупс, Р. Методы очистки белков / Р. Скоупс. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.-358 с.

64. Смирнова, О.В. Популяционная концепция в биоценологии / О.В. Смирнова, Л.Б. Загульнова, Р.В. Попадюк // Журнал общей биологии. -1993.-Т. 54, №3.-с. 438-447.

65. Титов, А.Ф. Изопероксидазы растений / А.Ф. Титов // Успехи современной биологии. 1975. - Т.80, Вып.1(4). - С.102-115.

66. Титов, А.Ф. Влияние актиномицина Д и циклогексимида на процесс адаптации сои к высокой температуре / А.Ф. Титов, С.Н. Дроздова, В.В. Таланова, Т.В. Акимова // Физиология и биохимия культурных растений. 1987. - Т. 19(2). - С. 146-149.

67. Угарова, Н.Н. Пероксидазный катализ и его применение / Н.Н. Угарова, О.В. Лебедева, А.П. Савицкий. М.: МГУ, 1981. - 92 с.

68. Уилкинсон, Д. Изоферменты / Д. Уилкинсон. -М.: Мир. 1968. 220 с.

69. Урманцева, В.В. Пероксидазы культивируемых клеток растений / В.В. Урманцева //Биотехнология пероксидаз растений и грибов. М., 1992. Серия Биотехнология. - Т.36. - С. 54-70.

70. Хочачка, П. Биохимическая адаптация / П. Хочачка, Дж. Сомеро . -М.:Мир,1988. — 567 с.

71. Хедрик, Ф. Генетика популяций / Ф.Хедрик. М.: Техносфера, 2003. -592 с.

72. Чалова, Л.И. Активность пероксидазы и полифенол-оксидазы — маркер сенсибилизации клубней картофеля / Л.И. Чалова, Д.Э.

73. Ногайдели, К.А. Караваева, O.JI. Озерецковская // Микология и фитопатология. 1985. - Т. 19, Вып.6. - С.495-498.

74. Шакирова, Ф.М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция / Ф.М. Шакирова. Уфа: «Гилем», 2001. - 160 с.

75. Шевякова, Н.И. Изменение активности пероксидазной системы в процессе стресс-индуцированного формирования САМ / Н.И. Шевякова, JI.A. Стеценко, А.Б. Мещеряков, Вл.В. Кузнецов // Физиология растений. 2002. - Т.49(5). - С.670-677.

76. Юзепчук С.И. Флора СССР. Т.9. 1939 / Под ред. С.И.Юзепчука. М.; Л.: Изд-во АН СССР. С.260-261.

77. Amos, W. Microsatellites show mutational bias and heterozygote instability / W. Amos, S.J. Sawcer, R.W. Feakes, D.C. Rubinsztein // Nat.Genet. 1996. - Vol.13. - P. 390-391.

78. Angers, B. Usefulness of heterologous microsatellites obtained from brook charr, Salvelinus fontinalis Mitchill, in other Salvelinus species / B. Angers, L. Bernatchez // Molecular Ecology. 1996. — Vol.5. - P. 317319.

79. Asada, K. Ascorbate peroxidase a hydrogen peroxide-scavenging enzymes in plants / K. Asada // Physiol. Plant. 1992. V.85. P.235-241.

80. Balloux, F. The estimation of population differentiation with microsatellite markers / F. Balloux, N. Lugon-Moulin // Molecular Ecology. 2002. - Vol. 13. - P. 729-744.

81. Bandyopadhyay, P. Legionella pneumophila catalase-peroxidases: cloning of the katB gene and studies of KatB function / P. Bandyopadhyay, H.M. Steinman // J. of Bacteriology. 1998. - V.180, №20. - P.5369-5374.

82. Bassam, B.J. Fast and sensitive silver staining of DNA in polyacrylamide gels / BJ. Bassam, G. Caetano-Anolles, P.M. Gresshoff // Analytical biochemistry. 1991. - V. 196. - P. 80-83.

83. Boeva, V. Short fuzzy tandem repeats in genomic sequences, identification, and possible role in regulation of gene expression / V. Boeva, M. Regnier, D. Papatsenko, V. Makeev // Bioinformatics. 2006. -26 (6) - p. 676-684.

84. Brookfield, J.F.Y. A simple new method for estimating null allele of animal mitochondrial DNA / J.F.Y. Brookfield // Molecular Ecology. -1996. — V.5. — P. 453-455.

85. Calabrese, P.P. Dynamics of Microsatellite Divergence Under Stepwise Mutation and Proportional Slippage / Point Mutation Models / P.P. Calabrese, R.T. Durrelt, C.F. Aquardo// Genetics. 2001. -Vol. 159. - P. 639-852.

86. Callan, D.F. Incidence and origin of null alleles of the (AC)n microsatellite markers / D.F. Callan et al. II Am.J. Hum. Genet. 1993. - Vol.52. -P.922-927.

87. Cavalli-Sforza, L. L. The Genetics of Human Populations. W. H. Freeman, San Francisco (reprinted 1999 by Dover Publications) / L. L. Cavalli-Sforza, W. F. Bodmer. 1971. - 512 p.

88. Chacraborty, R. Determination of relatedness between individuals by DNA fingerprinting / R. Chacraborty, L. Jin // Human Biology. 1993. -V.65. - P.875-895.

89. Chambers, G.K. Microsatellites: consensus and controversy / G.K. Chambers, E.S. MacAvoy //Comparative Biochemistry and Physiology. Part B. 2000. - Vol.126. - P. 455-476.

90. Charlesworth, B. Effective population size and patterns of molecular evolution and variation /В. Charlesworth //Nature Reviews. 2009. -V.10.-P. 195-205.

91. Clementi, F. Intestinal capillaries. 1 Permeability to peroxidase and ferritin / F. Clementi, C.E. Palade // J. Cell Biol. 1969. - V. 41, N1. - P. 33-58.

92. Cockerham, C.C. Analyses of gene frequencies / C.C. Cockerham // Genetics. 1973. - V.74. - P. 679-700.

93. Dib, C. A comprehensive genetic map of the human genome based on 5,264 microsatellties / C. Dib et al. II Nature. 1996. -V. 380. - P. 152154.

94. Dieringer, D. Two distinct models of microsatellites mutation processes: evidence from the complete genomic sequences of nine species / D. Dieringer, C. Schlotterer// Genome Res, 2003. 13 (10):p. 2242-51.

95. Dobzansky, Th. Evolution, genetics and man / Th. Dobzansky. — N.Y.:Wiley, 1955.-380 p.

96. Doyle, J.J. Preservation of plant samples for DNA restriction endonuclease analysis / J.J. Doyle, E. Dickson// Taxon. V.36 — P.715-722.

97. Edwards, A. Genetic variation of five trimeric and tetrameric tandem repeat loci in four human population groups / A. Edwards et al. II Genomics. 1992. - Vol.12. - P.241-253.

98. Ehrlich, P.R. Differentation of population / P.R. Ehrlich, P.H. Raven // Science. 1969.-V. 165.-P. 1228-1232.

99. Ellegren, H., Microsatellites: simple sequences with complex evolution / H.Ellegren // Nature Genetics. 2004. - V.5. - P. 5435-445.

100. Elliot, N.G. Likelihood of bottleneck event in the histoiy of the Australian population of Atlantic salmon (Salmo salar L.) / Elliot, N.G., Reilly, A. // Aquaculture. -2003. Vol. 215. - P.31-44.

101. Estoup, A. Microsatellites and minisatellites for molecular ecology: theoretical and empirical considerations / A. Estoup, B. Angers // Advances in molecular ecology. IOS Press, Amsterdam, 1998. - P. 5586.

102. Estoup, A. Microsatellite evolution: inferences from population data / A. Estoup, J-M. Comuent // In: Goldstein D.V., Schlotterer C. (Eds), Microsatellites: evolution and applications. Oxford University Press, Oxford.- 1999.-P. 46-65.

103. Ferrer, M.A. A biochemical study of the cuticle-associated peroxidases in lupines / M.A. Ferrer, R. Munoz, A. Ros Barsedo // Ann. Bot. 1991. - V.67, N3. - P.561.

104. Fisher, R.A. The Genetic Theory of Natural Selection / R.A. Fisher. -N.Y.: Dover, 1958.

105. FitzSimmons, N.N. Conservation and dynamics of microsatellite loci over 300 million years of marine turtle evolution / N.N. FitzSimmons, C. Moritz, S.S. Moore // Molecular Biology and Evolution. 1995. - Vol.12. P. 432-440.

106. Fontain, P.M. A genetic test of metapopulation structure in Atlantic salmon (Salmo salar) using microsatellites/ Fontaine, P.M., Dodson, J.J., Bernatchez, L., Slettan, A. // Can. J. Fish. Aquat. Sci. 1997. - Vol.54. -P. 2434-2442.

107. Ford, E. Polymorphism and taxonomy / E. Ford // The new systematics. Oxford: Clarendon press. 1940. - P. 493-513.

108. Gaspar, N. Peroxidase and amylase activities in relation to germination of dormant and nondormant wheat / N. Gaspar , R. Wyndacker, M. Bouchet, E. Ceulemans // Physiol. Plant. 1977. - V. 40(1). -P.l 1-14.

109. Gazaryan, I.G. Aerobic oxidation of indolil-3-acetic acid catalyzed by anionic and cationic peanum peroxidase / I.G. Gazar et al // Phytochemistry. 1999. - V.51. - P.175-186.

110. Gibson, D.M. Substrate specification of peroxidase isozymes in the developing pea seedling / D.M. Gibson, E.V. Liu // Ann. Bot. 1978. -V.42 (181). - P.1075-1083.

111. Goldstein, D.B. The use of microsatellite variation to infer population structure and demographic history in a natural model system / Goldstein, D.B. etal. II Genetics. 1999. - Vol.15. - P. 797-801.

112. Goodman, S.J. Drift and differentiation: the population structure and demographic history of sika deer (Cervus Nippon) in the Japanese archipelago / Goodman, S.J. et al II Molecular Ecology. 2001. - Vol.10. -P. 1357-1370.

113. Gorbunova, V. Genom-wide demethylation destabilizes CTG-CAG trinucleotide repeats in mammalian cells / V.Goodman, A.Seluanov, D.Mittelman, J.H. Wilson . Human Molecular Genetics, 2004. 13 (23): p. 2979-2989.

114. Gordenin, D.A. Repeat expansion all in a flap? / D.A. Gordenin, T.A. Kunkel, M.A. Resnick // Nat. Genet. - 1997. - Vol.16. - P. 116-118.

115. Guillemette, J.G. Detection of subnanogram quantities of DNA and RNA on native and denaturing polyacrylamide and agarose gels by silver staining / J.G. Guillemette, P.N. Lewis // Electrophoresis. 1983. - V.4. -P.92-94.

116. Guilford, P. Microsatellites in Malus X domestica (apple): abundance, polymorphism and cultivar identification // P.Gulford, S. Prakash, J.M. Zhu, E. Rikkernik, S. Gardiner, H. Basset, R. Forster Theor Appl Genet.- 1997.-V. 94.-P. 249-254.

117. Hancock, J.M. Microsatellites and other simple sequences: genomic context and mutational mechanisms. In: Goldstein, D.V., Schlotterer,C. (Eds.), Microsatellites: Evolution and Applications. Oxford University Press, Oxford. 1999. P. 1-9.

118. Hanfling, B. Late glacial history of the cold-adapted freshwater fish Cottus gobio, revealed by microsatellites / B. Hanfling, B. Hellemans, A.M. Volckaert, G.R. Carvalho // Molecular Ecology. 2002. - Vol. 11.-P. 155-165.

119. Hansen, M.M. Assigning individual fish to populations using microsatellite DNA markers / Hansen, M.M., Kenchington, E., Neilsen, E.E. // Fish and fisheries. 2001. - Vol.2. - P. 93-112.

120. Hanski, I. Metapopulation dynamics / I. Hanski // Nature -1998. -V.396. P. 41-49.

121. Henderson, S.T. Instability of simple sequence DNA in Saccharomyces serevisiae / S.T. Henderson, T.D. Peters // Mol Cell Biol.- 1992 Vol 12 (6) - P. 2749-2757.

122. Huson, D.H. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies / D.H. Huson, D. Bryant // Mol. Biol. Evol. 2006. - V. 23 (2). -P. 254-267.

123. Hutchinson, W.F. A non-destructive technique for the recovery of DNA from dried fish otoliths for subsequent molecular genetics analysis / W.F. Hutchinson, G.R. Carvalho, S.I. Rogers // Mol. Ecol. 1999. - V.8. - P. 893-894.

124. In, K.H. Naturally occurring mutations in the human 5-lipoxygenase gene promoter that modify transcription factor binding and reporter gene transcription / In, K.H. et al. И Clin Invest. 1997. - Vol.99. - P. 11301137.

125. Jackson, R.J. Alternative mechanisms of initiating translation of mammalian mRNAs / R.J. Jackson. // Biochemical Society transaction. -2005.- Vol.3. -P.1231-1241.

126. Jarne, P. Microsatellites from moleculars to populations and back / P. Jarne, P.J.L. Lagoda // Trends Ecol. Evol. 1991. - Vol.32. - P. 128-144.

127. Kashi, Y. Simple sequence repeats as advantageous mutators in evolution / Y.Kashi, D.G.King. // Trends in Genetics. 2006. - Vol.22. -P.253-259.

128. Kashi, Y. Functional roles of microsatellites and minisatellites / Y. Kashi, M. Soller. In: Microsatellites. Evolution and application (Ends D.B. Goldstein, C. Schlotterer). N.Y. Oxford Univ. Press Inc. - 1999. - P. 10-23.

129. Kenigsberg, P. Post-translational modifications of chloroperoxidase from Caldariomyces furnago / P. Kenigsberg, G.H. Fang, L.P. Hager //Arch Biochem Biophys. 1987 May 1; 254(2) - P.409^tl5.

130. Kimura, M. «Stepping stone» model of population / M. Kimura // Annu. Rep. Nat. Inst. Genet. Mishima. 1953. - V.3. - P.63-65.

131. Kimura, M. The measurement of effective population number / M. Kimura, J.F. Crow //Evolution. 1963. - V. 17. - P. 279-288.

132. Kimura, M. Stepwise mutation model and distribution of allelic frequencies in a finite populations / M. Kimura, T. Otha // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 1978. - Vol.75. -P.2868-2872.

133. Kimura, M. The stepping stone model of population structure and the decrease of genetic correlation with distance / M. Kimura, G.H. Weiss // Genetics (US). 1964. - V.49. - P. 561-576.

134. Knaepkens, S. The use of genetic tools for the evaluation of a potential migration barrier for the bullhead / S. Knaepkens, E.Verheyen, P. Galbusera, M. Eens // Journal of Fish biology. 2004. - Vol. 64. - P. 1737-1744.

135. Kutschera, U. Evolutionary plant physiology: Charles Darwin's forgotten synthesis / U. Kutschera, K.J. Niklas // Naturewissenschaften. -2009. V.96. - P. 1339 - 1354.

136. Lagrimini, M.L. Characterization of antisense transformed plants deficient in the tobacco anionic peroxidase / M.L. Lagrimini et al. II Plant Physiol. 1997. - V.l 14. - P.l 187-1196.

137. Lee, T-M. Changes in soluble and cell wall-bound peroxidase activities with growth in anoxia-treated rice (Oryza sativa L.) coleoptiles / T.M. Lee, Y-H Lin // Plant Science. 1995. - V.106. - P.l-7.

138. Levinson, G. Slipped-strand mispairing: a major mechanism for DNA sequence evolution / G. Levinson, G.A. Gutman // Mol. Biol. Evol. -1987.-V.4.-P. 203-221.

139. Li, Y.-C. Microsatellites within genes: structure. Function and evolution / Y-C. Li, A.B.K., T. Fahima, E. Nevo // Molecular biology and evolution. 2004. - p. 991-1007.

140. Liszkay, A. Evidence for the involvement of cell wall peroxidase in the generation of hydroxyl radicals mediating extension growth / A. Liskay, B. Kenk, P. Schopfer // Planta. 2003. - V. 217. - P.658-667.

141. Lobarzewski, J. Homoproteid peroxidase from Inonotas radiatus / J. Lobarzewski // Acta microbial. Pol. 1977. - V. 26, N2. - P. 179-184.

142. MacAdam, J.N. Peroxidase activity and termination of cell elongation in tall fescue leat blades / J.N. MacAdam // J. Chem. Biochem. 1993. Suppl. 17a. -P.29.

143. Mader, M. Origin of the heterogeneity of peroxidase isoenzyme group G1 from Nicotiana tabacum L. conformation / M. Mader // Ztshr. Pflanzenphysiol. 1980. - V.96, N 4. - P.283-296.

144. Mader, M. Localization peroxidase-isoenzyme in protoplast of Nicotiana tabaccum L. / M. Mader, Y. Meyer, M. Bopp // Planta. 1975. Bd.122, H.3. - S.259-268.

145. Mader, M. Uber die physiologische bedeutung der peroxidase-isoenzymgruppen des tabaks anhand einiger biochemischer eigenschaften / M. Mader, A. Nessel, M. Bopp // Ztschr. Pflanzenphysiol. 1977. Bd.82, H.3. S.247-260.

146. Mader, M. De-novo synthesis and release of peroxidases in cell suspension cultures of Nicotiana tabacum L. / M. Mader, C. Walter // Planta. 1986. - V.169. - P.273-277.

147. Maehly, A.C. Splitting of horseradish peroxidase into prosthetic group and protein as a means of studying the linkages between hemin end protein / A.C. Maehly // Biochim. Biophys. Acta. 1952. - V.8 (1). - P. 117.

148. Malecot, G. Decrease of relationship with distance / G. Malecot // Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 1955. - V.20. -P.52-53.

149. Malecot, G. Indentical loci and relationship / G. Malecot // Proc. V. Berkeley symp. math. stat. prob. Berkeley: Univ. Cal. press. 1967. -V.4.-P.317-332.

150. Maniatis, T Molecular Cloning: a laboratory manual / T. Maniatis, E.F. Fritch, J. Sambrook. -N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory, 1982. -545 p.

151. Maudet, С. Microsatellite DNA and recent statistical methods in wildlife conservation management: applications in Alpine ibex Capra ibex. / C. Maudet et al.//Molecular Ecology. 2002. - Vol. 11. — P. 421436.

152. Mendendez, R.A. Fingerprinting apple cultivars by electrophoretic isozyme banding patterns / R.A. Mendendez, F.E. Larsen, R. Fritts // J.environm. Hortic. 1986. - V.4, №3. - P. 101 -107.

153. Minibayeva, F.V. Role of extracellular peroxidase in the superoxide production by wheat root cells / F.V. Minibaeva, L.K. Gordon, O.P. Kolesnikov, A.V. Chasov // Protoplasma. 2001. - V.217. - P. 125-128.

154. Minibayeva, F. Possible functions of extracellular peroxidases in stress-induced generation and detoxification of active oxygen species / F. Minibayeva, A. Mika, R.P. Beckett, S. Luthje // Phytochemistry Reviews. -2004.-V.3.-P. 173-193.

155. Moore, S.S. The conservation of dinucleotide microsatellites among mammalian genomes allows the use of heterologous PCR primer pairs in closely related species /S.S. Moore et al И Genomics. 1991. - Vol.10. -P.654-660.

156. Morgante, M. Microsatellites are preferentially associated with nonrepetitive DNA in plant genomes / M. Morgante, H.M. Powell // Nature genetics. 2002. - P. 194-200.

157. Nauta, M.J. Constraints on allele size at microsatellite loci: implications for genetic differentiation / M.J. Nauta, F.G. Weissing // Genetics. 1996. - Vol.143. - P. 1021-1032.

158. Nei, M. Molecular evolution and phylogenetics / M.Nei, S.Kumar. -Oxford University Press, New York.

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

160. Nei, M. Molecular evolution and phylogenetics / M. Nei, S. Kumar -N.Y.: University Press, 2000. 333 p.

161. Neigel, J.E. A comparison of alternative strategies for estimating dispersal and gene flow from genetic markers / J.E. Neigel // Annual Reviews of Ecology and Systematics. 1997. - V.28. -P. 105-128.

162. Nigroho, E. Genetic divergence of kingfish from Japan, Australia and New Zealand inferred by microsatellite DNA control region markers / Nigroho, E., Ferrell, D.J., Smith, P. // Fisheries scienece. 2001. — Vol.67. -P.843-850.

163. Paetkau, D. Microsatellite analysis of population structure in Canadian polar bears / D. Paetkau, W. Calwert, I. Stirling, C. Strobeck // Mol. Ecol.- 1995.-Vol. 4.-P. 347-354.

164. Pang, A. On substrate specificity of peroxidases involved in the lignifications process / A. Pang et al II Plant Physiol. 1989. - V.135 (2).- P. 325-332.

165. Paradis, E. APE: analyses of phylogenetics and evolution in R language./ E. Paradis, J. Claude, K. Strimmer // Bioinformatics: -2004. -№ 20. P. 289-290.

166. Penel, S. Periodicity in a-helix lengths and C-capping preferences / S. Penel, R.G. Morrison, R.J. Mortishire-Smith, A.J. Doig // J. Mol. Biol. -1999. V.293 (5). - P.1211-1219.

167. Primmer, C.R. Directional evolution in germline microsatellite mutations / C.R. Primmer, H. Ellegren, N. Saino, A.P. Moller // NatGenet. 1996. -Vol.13. - P. 391-393.

168. Raymond, M. GENEPOP (version 1.2): population genetics software for exact tests and ecumenicism / M. Raymond, F. Rousset // J. Heredity.- 1997. V.86. - P. 248-249.

169. Renneuberg H. 5-Oxo-prolinase in Nicotiana tabacum catalytic properties and subcellular localization / H. Renneuberg, R. Steinman, J. Kesselme // Jbid. - 1981. - V. 52, N2.-P. 211-216.

170. Rooney, A.P. Evaluating a putative bottleneck in population of bowhead whakes from patterns of microsatellite diversity and genetic disequilibria / Rooney, A.P., Honeycutt, R.L., Davis, S.K., Derr, J.N. // J.Mol.Evol. 1999. - Vol.49. - P.682 -690.

171. Ros Barcelo, A. Lupin peroxidases. I. Isolation and characterization of cell wall-bound isoperoxidases activity / A. Ros Barselo, R. Menoz, F. Sababer// Physiol. Plantarum. 1991. - V.71 (4). - P.448-456.

172. Rudin, D. Genetic variation in esterases from needles of Pinus silvestris L. / D.Rudin, B. Rasmuson // Hereditas. 1973. - V.73. - P.89-98.

173. Ruzzante, D.E. A nuclear DNA basis for shelf-and bank-scale population structure in NW Atlantic cod (Cadus mofhua): Labrador to Georges Bank / D.E. Ruzzante, C.T. Taggart, D.A. Cook // Molecular ecology. 1998. - Vol.7. - P. 1663-1680.

174. Saunders, B.C. Peroxidase: the properties and uses of a versatile enzyme and some related catalysts / B.C. Saunders, A.G. Holmessiedle, B.P. Stark. L.: Butterworths, 1964. - 271 p.

175. Savitsky, P.A. Oxidation of indole-3-acetic acid by dioxygen catalyzed by plant peroxidases: specificity for the enzyme structure / P.A. Savitssky et al. // Biochem. J. 1999. - V.340. - P.579-583.

176. Sawyer, L.A. Natural variation in a Drosophila clock gene and temperature compensation / L.A. Sawyer et al. II Science. 1997. - Vol. 278.-P. 2117-2120.

177. Sawyer, L.A. The period gene Thr-Gly polymorphism in Australian and African Drosophila melanogaster populations: implications for selection / L.A. Sawyer et al. И Genetics. 2006. - Vol.174. - P. 465-480.

178. Schloss, P. Basic peroxidases in isolated vacuoles of Nicotiana tabacum L. / P. Schloss, C. Walter, M. Mader //Planta. 1987. - V.170 (2). - P.225-235.

179. Schlotterer, C. Microsatellites / C. Schlotterer. In: Hoelzer, A.R. (Ed.), Molecular Genetic Analysis of Populations: A Practical Approach. IRL Press, Oxford. - 1998. -P.237-261.

180. Schuster, M. Chromosome numbers in the Malus wild species collection of the genebank Dresden-Pillnitz / M. Svhuster, R. Buttner // Genetic Resources and Crop Evolution. 1995. - V.42 (4). - P.353-361.

181. Shannon, L.M. Peroxidase isoenzymes from horseradish roots. Isolation and physical properties / L.M. Shannon, E. Kay, Y.Y. Lew // J. Biol. Chem. 1966. - V.241, N9. - P. 2166-2172.

182. Slatkin, M.A. Measure of population subdivision based on microsatellite allele frequencies / M.A. Slatkin // Genetics. V. 139(1). -1995.-P. 457-462.

183. Sokolov, E.P. An improved method for DNA isolation from mucopolysacchride-rich molluscan tissues / E.P. Sokolov // J. Moll. Stud. -V. 66.-2000.-P. 573-575.

184. Spencer, C.C. Experimental evaluation of the usefulness of microsatellite DNA for detecting demographic bottlenecks / C.C. Spencer, J.E. Neigel, P.L. Leberg // Molecular ecology. 2000. - Vol.9. - P. 15171528.

185. Staskawicz, B. Molecular genetic of plant disease resistance / B. Staskawicz, E. Ausubel, B. Baker // Science. 1995. - V.268. - P.661-666.

186. Striclend, E.N. Circular dichrosium of horseradish peroxidase and its enzyme-substrate compounds / E.N. Striclend // Biochim. et biophys. acta. 1968. - V. 151, N1. - P. 70-75.

187. Tautz, D. Notes on definition and nomenclature of tandemly repetitive DNA sequences / D.Tautz.- In: Pena, Chakraborty D.J., Epplen R., Jeffreys A.J. (Ends). DNA Fingerprinting: State of the Science. Birkhauser Verlag, Basel. 1993. - P. 21-28.

188. Theorell, H. Crystalline peroxidase / H. Theorell // Enzimologia. -1942.-V.10. -P.250-252.

189. Timchenko, N.A. CUG repeat binding protein (CUGBP1) interacts with the 5' region of C/EBPbeta isoforms / Timchenco, N.A., Welm, X.Lu., Timchenko, L.T. // Nucleic acid research. 2005. - Vol.22. - P. 4517-4525.

190. Tognolli, M. Analysis and expression of the class III peroxidase large gene family in Arabidopsis thaliana / M. Tognolli, C. Penel, H. Greppin, P. Simon // Gene. 2002. - V.288 (1-2). - P. 129-138.

191. Van den Berg, B.M. Rapid isolation of plant peroxidase. Purification of peroxidase A from Petunia / B.M. Van den Berg, R.B. Van Huystee // Physiol, plant. 1984. - V.60, N3. - P.339-369.

192. Van Huystee, R.B. Plant peroxidases / R.B. Van Huystee // Isozymes: Current Topics in Biological and Medical Research / Ed. Alan R. V.16. N.Y.: Liss Inc., - 1987. - P.241-249.

193. Van Oosterhout, C. Micro-Checker: software for identifying and correcting genotyping errors in microsatellite data / C. Van Oosterhout, W.F. Hutchinson, D.P.M. Wills, P. Shipley // Mol. Ecol. Notes. 2004. -V.4. -P.535-538.

194. Varshney, R.K. Genie microsatellite markers in plants: features and applications. / R.K. Varshney, A. Graner, M.E. Sorrels // TRENDS in Biotechnology. -2005. V.23,№1. -P.48-55.

195. Villanueva, В. Parental assignment in fish using microsatellite genetic markers with finite numbers of parents and offspring / Villanueva, В., Verspoor, E., Visscher, P.M. // Animal Genetics. 2002. - Vol. 33. -P. 33-41.

196. Was, A. Genetic differentiation in hatchery and wild sea trout (Salma trutta) in the Southern Baltic at microsatellite loci / A. Was, R. Wenne // Aquaculture. 2002. - Vol. 204. - P. 493-506.

197. Weber, J.L. Mutation of human short tandem repeats / J.L. Weber, C. Wong // Human Molecular Genetics. 1993. - Vol.2. - P. 1123-1128.

198. Webster, M.T. Microsatellite evolution inferred from human-chimpanzee genomic sequences alignment / M.T. Webster, N.G. Smith, H. Ellegren // Proc Natl Acad Sci USA, 2002. P. 8748-53.

199. Weeden, H.F. Isozymes in plant genetics and breeding / H.F. Weeden.- Pt A / Eds Tanksley S.D., Orton T.J. Amsterdam, Oxford; New York: Elsevier Sci. Publ. Co., 1983. P. 175.

200. Weir, B.S. Estimating F statistics for the analysis of population structure / B.S. Weir, C.C. Cockerham // Evolution. - 1984. - V.38. - P. 1358-1370.

201. Welinder, K.G. Amino acid sequence studies of horseradish peroxidase J.Tryptic peptides / K.G. Welinder, L.B. Smillie, G.R. Schonhaum И Canad. J. Biochem. 1972. - V.50 - P.44-62.

202. Wright, S. Isolation by distance / S. Wright // Genetics(US). 1943.-V.28.-P. 114-138.

203. Wright, S. The genetical structure of populations / S. Wright II Ann. Eugenics. 1951. - V.15. -P.323-354.

204. Wright, S. Evolution and genetics of populations / S. Wright. -Chicago.: Chicago press, 1977. 580 p.

205. Wright, S. Evolution in Mendelian population / S. Wright // Genetics. -1931.-V.16.-P. 97-159.

206. Wright, J.M. Microsatellites: genetic markers for the future / Wright, J.M., Bentzen, P. // Rev. Fish Biol. Fish. 1994. - Vol.4. - P. 384-388.

207. Zhao, L. Peroxidases are involved in biosynthesis and biodegradation of P-thujaplicin in fungal elicitor-treated Cupressus lusitanica cell cultures / L. Zhao, K. Sakai //New Phytopath. 2003. - V.159. - P.719-731.

208. Yeh, F.C. Population genetic analysis of co-dominant and dominant markers and quantitative traits /F.C. Yeh, T.J.B. Boyle // Belgian Journal of Botany.- 1997.-V.129.-P. 157.

Информация о работе

Кузнецова, Елена Вячеславовна
кандидата биологических наук
Иркутск, 2010
ВАК 03.01.05

Диссертация

Генетико-биохимическая дифференциация и происхождение карликовых форм яблони сибирской Malus baccata (L.)Borkh - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы