Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование параметров изменчивости у P. abies (L.) Karst. и P.schrenkiana Fisch. et Mey. генетико-биохимическими методами

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Исследование параметров изменчивости у P. abies (L.) Karst. и P.schrenkiana Fisch. et Mey. генетико-биохимическими методами"

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛОРУССКОЙ ССР ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ

На правах рукописи

ПОТЕНКО Владимир Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕНЧИВОСТИ У P. ABIES (L.) KARST. И Р. SCHRENKI ANA FISCH. ET MEY. ГЕНЕТИКО-ШОЯМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМ!

Специальность 03.00.1Б - генетика

АВТОРЕФЕРАТ. диссертации на соискание ученой степени кандидату биологических наук

Шнек - 1S91

" Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательском институте лесного хозяйства

Научные руководителя: Д. б. Н. , .академик АН БССР . . Д ЕХотылева

кандидат биологических наук "•Г. Г. Гончаренко Официальные оппоненты: . Т,• 0, К • , член-корреспондент: АН БССР

,:Е Е Решетников ■ кандидат биологических наук .'. Е. Е Полякова ' '

Ведущая организация: • Московский государственный

университет им. IL R Ломоносова

. Защита состоится J^&tf 1991 г.

в /У часов на заседании специализированного совета К 006.02.01 по затаите диссертаций, на соискание ученой степени кандидата биологических, наук по специальности ' 03. 00.15. - Генетика в институте генетики и цитологии . АН БССР / 220734, Минск, ул. Академическая 27

С•диасертацией ьюжно ознакомиться в Центральной научной библиотеке 'им. Я. Коласа АН ЕССР

■М

Автореферат разослан "<Х/7" У-'Ф- 1991 г

Ученый секретарь специализированного совета .

какд. биологич. наук ... Е. В. Лобанок

актуальность проблемы. Изучение генетической изменчивости и У хозяйстзеняо-ценных ХВОЙНЫХ пород является едкой í3 центральных проблем. лесной генейпет и селекции.

Особое значение при исследовании популяций-.хвойнкх видов ;а:з-5Т гезездаю-баохиадческиз методу, з частности - злектрофоретичес-31Я анализ "гофер;,¡-ктез, являющихся внутриклеточными продуктам: тдальках геяоз.. Это связано с тем, что- применение традиционных етедоз генетического анализа к хвойным породам затруднено, следствие длительности их -жизненного цикла. Необходимо отметить, то к настоящему времени в' странах Западной и Северной Европы, а акжв США, Канаде, Австралии, Ш>, Израиле и Японии, с использо-знием игофермектоз, развернуты широкие генетотеекпе исследования злее 45 видов' хвойных-пород, что дало возможность вплотную по-5йти к решении многих огошк- обаззбшлогкческих и прикладных ле-жозййствекякх задач (Rudin, Ekberg, -1978; Browi, Moran, 1981; ¡mríck et al., 1981; Furnier et al. ,1985; Ledig,°198S; Schiller al., 1985; SMraishi, 1988).

В то кз зрекк, генетические исследования хвойных капей страна чата "сравнительно недавно к их крайне, мало. А что касаеся елей, они проЗедекы síes для одной популяции ели европейской в Ряст-1/екой Области (Алтухоз я др. , 1985). В связи с этик, 'попудяци-но-генеткческие исследования. P. abies я P.cbcvata, являвшихся авкам' структурная компонентом темнохзойных лесоз напей страны, ■»обретает особую актуальность.

;ль и задачи работы. Педыз настоящей работы явился подбор элек-;форетичееких условий изоферменткого анализа и применение этого •ода для популяционно-геяетмчёских исследований елей - P. abies P.cbovata, а также сравнительное изучен-.к дифференциации мелду bies. P. obovata и P. schrenkiana. Конкретными. задачами исследования были: 1. Подбор условий для злектрофореткческого выявления фермент-и установление их Ценного контроля у P.abies, P.cbovata и oftrenk i ana.

j2. Описание генофондов елей, выраженных в частотах встречае-ги аллельных вариантов. :

3. Определение уровня гекетичесг-хй изменчивости в природных и -сственной популяциях P.abies и P.cbovata •

4. Анализ подразделенности популяций ели европейской и.ели

!рСКОЙ.

5. Оценка 23личины знутризкдозой генетической дпфферекцдаци:: у Р. аЫез к Р..оЬоуа1а.

5. Сравнительное • .изучение дифференциации между . ?. аь-зг, Р. оЬо'.'аЬа .к Р. зс^гепкгапа

Научная новизна работы. В данной работе впервые списаны гены, кодирующие изофэрмекты у ели сибирской я ели тякь-панъской. Описаны ногые гены у ели европейской. Применена 0р5згикзльная буферная система, позволяющая проводить анализ 6 ген-ферментных систек у каждой особи. Впервые проведены исследования генетическое структуры популяций ели сибирской к елк гибридной, а такие ел; европейской з популяциях Украины, Белорусски и Латвии. Прсведенс сравнение уровня генетической изменчивости а природных популяция;

на лесосеменкой плантации ели езропе ";ской. Впервые для елей насей страны проанализирована подразделенкость популяций и дак детальный анализ внутри- к межвидовой дифференциации.

Практическая ценность. Выявленные в данной работе гены могу Сыть успешно использованы для исследозакия генофондов хвойных пород, разработке способов сохранения, возобновления к сбогащзки; генетического состава насаждений различных видов хвойных, анализ! генетической дифференциации и филогенетических взаимоотнокакк: между популяциями и видами хвойных. Кроме того, описанные кзофер мекткые маркеры применимы е селекционной практике лесного хо^ЯйС' тва для установления генетических портретов клонов, -плесовых элитных деревьев, паспортизации семенных, наборов от конкретны плантаций, проведения идентификации клановых деревьев на плактз циях и других задач.

Материалы данной работы использованы при написании "Руководс тва по 'исследованию' хеойных видов методом электрофоретическог анализа ¡¡зоферментоз". ,

А:.робацкя работы. Результаты исследований были доложены н Международном с;пя10зиуме. по лесной генетике, селекции и физиоло гии древесных пород (ЕоронежДЭЗЭ), на Конференции молодых уча к'с-: Западного отделения ЕАСХНИЛ (Гомель, 1990), на Ееесожзном сс з-^кии "генетика популяций" (Барок, 1990).

Публикации. По теме диссертации, опубликовано 9 работ. Обгем г-аботы. Диссертационная работа изложена на 175 стран; цгх маипкс-писного текста, содержи 31 рисунок и 11 таблиц. Списс ;:гпол1гс-гакнсй литературы составляет 215 наименований, в том чис л~ ;42 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛЫ Vi МЕТОДЫ

Сггднной для злзкг?^р5т;г-кскогс был

;об::ак 5 прщюдог: популяций : латвийская ( Цеспекпй район }, 'еверо-бе --русская 'Глубококпй р-н), центрально-белорусская 'Нарс-ювпчокпй р-н), кзрпвтскгя кигпннзя (Кггзо-Сракковекпя р-к). кар-

:с некий спе-ко-пскз^лельнкй леолсг, Озип-впчсклй р-н) ели -•: у ~ -:ейо кой (Picss. sbic-s); 2 природных псдуляцпЯ «гя сибирской Р. obovsta): красноярская (Красноярский р-к) , алтайская (Кд-он-Караггйсн::й р-к); одно:: природной пспуляшк: ел:: гиСрндкой Р. rennics): карельская -гСуоярвсклй р-н), 'йстонвх^дгнгк

ОПуЛЯЦИЙ ПС-К£?ЗКО КЗ ркс. 1.

Для. сраЕкптсдьяого исследования Филогенетических звапиостно-;нкя кехц- Р. abies и Р. otovata била вгята небольшая пкборка ;;з ркродкоя популяции ели тякь-гакьской кля Еленка (Р.зг^ег.И1апа) гаагдкого Тянь-12гн» (Таяаееклв Алатау).

Свшнг были взять' со 148 деревьев ели европейской, 25 де::вь-з ел:; сибирской, 24 деревьев ели гибридная я 17 деревьев ел;: ж-лань:кой в течение сезонов 1S35 - 1989 г. г. и хранились в "лодильнике в отдельных бумажных пакета::. Для определения кнд::-:дуального генотипа дерева анализировали 8-20 зкдоспер:.:ов. гя-:-спер;.{ъ; зыбиралксь случайно its выбери: , насчптьзаксэЯ не :.:енее ;0 семхн, пелучгннк:-: «жкмук на 20 пяв§к, которые был;? собрзпы с влкчккс частей крон» одного дереза .

Необходимо ответить , что з выбранных для исследования полуднях '"ли европейской к е а:-сибирской исключалась привесь де-вьез из зоны гибридизации ¡.¡ехду inaoi . 'Все деревья Р.sfciss по .гбийской , северо-белорусской , центрально-белорусский :: к.ар-.тской-низпнксЯ популяций по семенной чегуе относись к ¿орка:.: и 5 по ПрзЕДкиу ( Праздин, 1975), а карпатская горная прпнадле-& к форьк ¡xntana ( Голубец, 1958), иногда выделяемая в от-льный вид Р. nontana Schur.. Деревья ели сибирской кз алтайский красноярской популяций относились к ферме 1-, 2 то время как де-зъя ели гибридной пз карельской популяций-прэк^ндготзенко относись к форма;,; 2 и 3 ( Правдик, 1375) .

Электрофорез проводили в 13 - 14 % крахмально?.: геле в верти-зьных камерах, списание которых дано з рабств йзречкккз с сезг-ззш ОКйрсчкяк и др., ¿97?}^.-Калдай .зядосяери перед .электрета-

Рис. 1 Карта Европейской части СССР и Западной Сибири, пока-зываюзщ месторасположение исследованных популяций: 1. граница ареала Р. ab i es и Р. obovata (по Правдику, 1975); 2. граница гибридной аоны (по Боброву, 1972); . 3. популяции ели европейской (КГ .- карпатская горная, КН - карпатская низинная, ЦБ - центрально-белорусская, ЖП - жарновская плантация, СБ - северо-белорусс-кая, Лт - латвийская); 4. популяция ели гибридной (Ю

~ Каре1 ЛЬ С КЗЛ) í 5. ПОПУЛЯЦИИ в ЛЯ С »'бКрС КОй ( Кр КрЗС" ксярская, Ал - алтайская).

ревом гомогенизировали в 50 мка дистиллированной'годы. Гомогена-ты, без предварительного центрифугирования, кзнос;;лись на кусочки ватмана 3 'ЬМ (S х 5 мм), которые .-оме кали в стартовые ей л:- геле-вых блоков. Злектрсфорет;г4еское фракционирование аспартатамикст-рансферазг. (ДАТ), алкогольдегидрогеказы (ADH), глутаматдегпдрзге-кззы(5СН), сорбитолдеггццрагеназы (SDK), изоцитратдегидрогекагы (ICH), б-фссфсглкконатдегидрогеказы (5-P3D), малатдетпдрогеназы (MDH), глюкозо-б-фосфатдегадрсгеказы (З-б-РЧ), ликлмзтдегкдрсге-аазы (SKDH), дэйцинамикопеятидазы (LAP), "малик-зягкка (КБ), фсс-фоглюкомутазы (PSM), гексокиназы (НК),'диафоразы (DIA), глккозо-фосфоизомеразы (3PI) и флуоресцентной зстеразы (FE) проводилось в трис-ЭДТА-боратной рН 8,6 (Гончаренко и др. ,1984) , трис-цитратной рН 5,2 (Adams,Joly, 1980) и трис-HCl рН 8,0/трис-цутратной рК 6,2 (орет.) буферных системах. .

Электрофорез вел;: в течении 2,5 -4,5 ч в холодильных камерах при 0 - 5 С и параметра? тога 280 - 320 V, 40 - 8Q irA.

После 5г*гктрофорега гелевьй блок разрезался на 4 - 6 горизонтальных пластик, калйая и? которых, скрашивалась ка отдельный ^р-«гнт. Гистох;»г.;ческсе окрашивание проводилось по стандартным прописям с некоторыми модификациям; (Cheüak, Pitel,198'; Гончаренко I Др. ,1983).

Обозначение аллелей дано по общепринятой номенклатуре Пракапз Prakash et al. ,1969). Наиболее часто встречавшая аллель локусз юлучал цифровой символ 1.00. Остальные аллели зтсгс локуса обозначались' в соответствии с их здектрофс-ретическсй подв;»ксстыо от-госительно аллеля 1.00. В случае двух и Солее видов елей, символ .00 дав лея наиболее распространенном:/ у Р. аЫез аллелв.

Определение уровня изменчивости, подразделеннсетп к дифферен-(иации в исследованных популяциях проводилось на основе ряда об-^прикятых показателей. При анализе ¡гзменчнзсст:: популяций и вире пользовались показателями наблюдаемой (Ко) и ожидаемой (Ке) етгрюгигстности, полнморфкссти по 957. и 997. критериям (P25.F39), исла аллелей ка локус (А) и эффективного числа аллелей (г,е). Для зучения подразделеккссти йопуляций использовались показатели ге-етическсго разнообразия, разработанные Ней (l!ei, 1-73, 1375), и озффициенты инбридинга, разработанные Райтом í Vrigfit, 1943,1551; :it. no Peshlsy, 1984). Степень генетической близости иегду псс-эдованкымк популяциям; рассчитывалась по методу, предложенному 5и (Wei, 1972). Эволюционное дендрограмш стремись с помелей ;тсда кластерного анализа (Дарая, Сделл, 1S77).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ОПИСАНИЕ И ХАРАКТЕР НАСЛЕДОВАНИЯ ГЕН-ФЕРМЕНТНЫХ СИСТЕМ

Алкогольдегидрогеназа. Выявляется ка геле несколькими зонамз активности, из которых для одной установдйка генеиг-йсказ детерминация. ЛЬкус АйЪ.был полиморфен только в двух популяция:

УТ1Г

Аспартатаминотраясфераза. Представлена на злектрсфореграшаз несколькими ..зонами. активности фермента, которые находятся по; контролем двух локусов: • 'Аа£-1 - к Первый полиморфен з

Р. аЫез я Р. в то время как второй - у Р. аМез, Р.оЬс7а£г

т» О 'Г ^'ЧГЧ*. ^ «1 1 . л х сыщ^са.

г с*ос!» /цсмглст цл^ри!~п1 чэл,ци1Л ¿^¡ципаллахл. от

дев елей выявляется на геле, в виде двух зон. 05е зоны. синхрокнс |'оМ8КЯгСТ свою подвижность и кодируются одним искусом.

Лскус №

оказался полиморфным у Р.аЫез и Р. х Геплюа.

Глутамат дегидрогенаэа« Один локус найден у. всех исследозанноП

ли^хлКо & ¿АлЦпл г • лчл и с С мч I си ю ^ига^и 1 ^гюосшил типишиу

Гдвкозо-б-фосфатдегкдрогеназа. Из трех зон активности лкш для одной установлена генетическая детерминация. Докус G-5-pd полиморфен у всех изученных видов елей._ - •

Глдкозофосфаткзомераза. Из двух зон активности только одк; имела достаточное разделение. Лскус Qf>i полиморфен в популяция: всех изученных видов, кроме ели тянь-каньской.

Диафораза. Выявляется на геле в виде 4 зон активности: DIA-1. DIA-E, DlA-3 и DIA-4. Генетическая детерминация установлена ди трех зон: DIA-1, DIA-2 и DIA-4. CIA-3 окрашивалась слабо и непостоянно и в дальнейших исследованиях не учитывалась. Локусы Dia-: и Dia-2 были высокополкморфны только в популяции Р. schrer^kisuia, ; у Р. aties, Р. х fennica и Р. cbcvata они сказались либо слабопрли-морфккми, либо мономорфными. Противоположная ситуация наблкздалас! по Dia-4, который показал высокий полиморфизм в популяциях еле! европейской, гибридной и сибирской.

' й'-т рат де гид рог еназ а. Проявляется двумя независимыми зонам актпингсти, которые находятся под контроле;-; самостоятельных локусов Idíi-i и Idh-2. Сба локуса у исследуемых елей мокоморфны ;us слабспслиморфкы. Исключение составляет Р. cbcvata, у которой Idh-:

Красноярского края о^зался высокополиморфным.

Лейцинампнопептидаза. Представлена на злектрс*среграммах двумя изменчивыми зонами актизкости, кодируемыми локусами Lap-1 и Lap-2. Практически во всех-изученных популяциях как Lap-l, так и Lap-2 показал:! высокий полиморфизм.

¡¿алатдегидрогеназа. Злектрофсретический спектр данного фермента состоит из четырех стабильно скрашивакцихся зон активности, контролируемых треки независимыми 'структурными локусами и геном-модификатором. У исследованных видов елей структурные локусы были либо мономорфны, ллб" слаСополаюрфны. В то же 'время ген-модификатор оказался зыссксполиморфным у всех е.;ей, кроме ел:: тянь-ааньской.

Малку.-знзим. Окрашивается., на геле одной зоной активности,которая находится йод контролем одного полиморфного локуса. Локус !.{е был полиморфным во всех исследованных популяциях елей.

Сорбктолдегпдрогеназа. У исследованных елей представлена на злектрсфореграммах в виде одной зоны активности. Как было установлено на:.« в ходе генетического анализа данная зона кодируется :амостояте&,ным лскусом Sdft. Локус сказался полиморфным у всех :сследсванных видов елей.

Флуоресцентная остзраза. Один локус найден у всех изученных зидов. Только в популяциях P. obovata обнаружен высокий полиморфизм по данному локусу, в то время как в популяциях P. abies и 3. х fennica найден низкий уровень изменчивости по локусу Fe. У schrenkiana флуоресцентная зстераза была мономорфной. б-Зосфогдоконатдегидрогеназа. У P. abies, P. х fennica и '.obovata находится под контролем трех (5-Pgd-l, e-Pgd-2, ¡-Pgd-З), а у P. schrenkiana - двух (6-P£d-i,*6-Psd-2) независимых :окусоз. Локус б-Pgd-l сказался високопслкморфнык в популяции ел:: 'янь-шаньской, a 5-Pgd-2 и S-Pgd-3 - в популяциях елей европейской, гибридной и сибирской-, •

Шикиматдегидрогенага. Злектрофсретический спектр фермента остоит из 1-Z зон активности. Генетическая 'детерминация устгнов-:ена для верхней гоны, находящейся под контролем самостоятельного окуса. 'Полиморфизм по данному локусу обнаружен лишь з двух яспу-яциях ели сибирской.

Аллельный характер найденных _ злектрофсретпческпх вариантов о всех локусах был подтверждая на основании анализа расцепления тих вариантов у гаплоидных зндссперьав гетерозиготных , деревьев, осле того,- как данные по всеу"гетерозиготным деревьям были сум-ярсванны, ни по одной п^е аллелей не было обкар ухе но' достовер-

- s -

кого отклонения от соотношения 1:1. Таким образом, полученные нами данные подтверждает: генетическую природу злектрофореткческих вариантов, обнаруженных в популяциях P. aines, P. х fennica, P. cfccvata и P.schrenkiana.

Все 33 аллельных варианта структурных локусов, используемых в pSÓGTS i У 6ЛSei QEpOHSÄCKCÄ, ГКСрйДНОй» •■'СКбЙрСКОй И ТЯКЪ^шоНЬСКОй изображены на рисунке 2.

TFOBEKb Í13ÍZEÍT-C1E0GT И В ПОПУЛЯР/Ж ЕЛЕЯ

В ходе проведенного анализа частот встречаемости аллейных вариантов 2? локусов у P. abies, Р. х férrica к P. obovata обнаружено, что наиболее изменчивым! оказались следующие 12 локусов:

п.а.4* i-, G Gun, »«all ni, 41 l ¿«a U T^U o, L*clp X, uap t,, uici

Sdh, Gpi и Fe. Причем, только локус Dia-4 оказался высокополимор-фкьад во всех S исследованных популяциях P. sbies, Р. х г'епгаоа к P. obovata. Sdh и Fe были высскоизменчивыми в популяциях ели си-

uii^^rujii, ua у i., д», £.f Q H^l ^ " J О1-») кх »»-¿я» ш Ъ

4Uiu¿iti i. jriwt-'jii^nujrl, -а Ji'vr./Lh «¿iu í-, O Q yu, О igu ,

C——О I w_ * T *5 »ff — ^ i ..Tí ^^тм^тт^Лг^т.-г^Л T7mr\

U 1 ¿U , ^Ci^V X, Í. f 1 Ü^i В UUliJ ГГ «i*. fwUíl. "UU

ГьсаО öt-и. л -tiwcvyuUc. иг; , lui* л, »»ill О iL 'J л gu х, iu uu r-í.w xsci'-ui^jrm

полиморфизм наблюдался лг^ппь в нескольких популяциях Р.abíes и P. obovata. Остальные 11 локусов показали низкую изменчивость. • ' ' Интересно отметить, и тот факт, что кз всех найденных нами оЛЛеЛ<э«1) 54 бйги обП5П»5* для Р* 2Í31£2 и P. cL^v^t,s, s остадькы© 38 • аллелей встречались либо в популяциях: ели европейской, либо - ели сибирский. Е то хй в рею, большая часть этих аллелей имели очень нивкие частоты встречаемости и ,их вклад в изменчивость был незначителен. Исключение составляли только Idh-10,3Я Dia-41'15, Fe0,70 у

П сп

F. obovata и ô-Pgd-3 '"uy Р. abies¿ которые встречались с частотой равной или превытпавдей 0,2. Что касается ели гибридной, то практически все 53 обнаруженных здесь аллеля по 27 локусзм характерны для P. aines, за исключением / который не был найден ни

в 6 популяция:; ели европейской, ни в 2 популяциях ели сибирской.

Кз. со копании, аллель ныл частот 27 генов нами рассчитаны основные показатели гэкзтпческого полиморфизма в популяциях ели евро-—слегал, ели сибирской и ели гибридной (Табл. 1). Из таблицы 1 пороло видно, что значения показателей изменчивости, приведенные ллл каждой природной популяции Р. аЫез и P. obovata существенно не

ФЕРМЕНТ

ЛОКУС относите лона« подвижность

старт

ФЕРМЕНТ

ЛОКУС

сггмосктелоная подвижность

стаот

ФЕРМЕНТ

ЮКУС

относ итидмси подемжиость

старт

ДОН ДАТ т сом ШО СР1 ом

1 | 2 1 ; 2 | ^

о стопи |.С1ДЙ| 0 }5№5 МО аза юз на 075 100 автоо ЯВИ 1.001251.50 о аво Ш| о от ив «в ноош ш

I •I | .**" 1 - 1 | 1 _ 1 1—"* ...............»,....,. _____•.........

©

0

ш Ш ш ИЕ

1 ' 2 ; 2 1 !2!. 3

шош^мшошо а а»аз? 1.Ш т ш^^одашшшЩ 085Ш Ив,0.6» 100,0 0?01.00135 Ш 0 0.Ш0 601,00120

1 1 'г 1 I '

©

О

БОЙ ГЕ РШ 6-РС& • 5ИРЙ

« 1 ' 3 . 1 2 I 3*

о«шш (шашио Ой 025 090 180|ШШВ.85 Ш ВО1Й 0.ШШЗШ Ш.й №т\ 0 Ш 0.Е00.90109 Ш 0.60 шш

сэ еэ сэ 1 1 1 ' с=э 1 , --в =а | | .' 1 .., — 1 ,.. , г. -

®

0 .

«э

I

Рис. 2. Схзмлгичоскси нэобт>г.зна и обознтчзни-з элэктрафорзтичэсклх алло льнах вариантов

р.&Мео, Р.х. Гепгйса, Е.оЪоуага Р.зсЬгепк1апа. «- ЛОКус отсутствует у Р.зсЬгепкАапа.

- ли

■ отличается друг ст друга (?>0,05). Наименьшие значения,' практи- ' чески> по всей параметрам изменчивости, найдены нами в .карпатской горной популяции.: Так, например, ^аблйдаемая гетерозигстнссть в природных популяциях Р. аМез . составляет - в среднем 21,57., в то время как у карпатской горной - только 13 ¡5%. Еолее низкие показатели изменчивости в зтой популяции.могут Сыть связаны как с малым размером 2аи0рКа!| так п с экстремальными-условиями про из рас-" танкя в высокогорьях Рарпат.- ' ■'■

Заслуживает внимания тот факт, чтд популяции Р. оЬо\'а1а в целом оказались менее игменчивыми, адм.популяции Р.аЫез. На осно-ван«!и полученных нами данных, можно сказать> что в популяциях Р. аЬхей Солее теноа находится в полиморфном состоянии, а каждое ■дерево в среднем гетерозиготно по 21.,5л» своих генов, , в то

«■■. ^ги и-» V "Э гт/*.гт*тО ^ • ттг ттг>.т<»«л^пшл «ч "1т-гт г Г*У *г

А ¿¿ОааГ. иии*аьа, охжх ххиг*смзохс«»т иасай г д

20", ■ соответственно. Несколько ниже у ели сибирской оказались и значения параметров среднего числа аллелей на локус и эффективного числа аллелей, которые равнялись 2,295 и 1,325 у Р. оЬо"а1а и 3,037 и 1,348 у "Р.аЫез,'соответственно (табл. 1). Однако, эти различия оказались статистически недостоверными (Р>0,05).

При анализе параметров полиморфизма популяции ели гибридной также не было обнаружено достоверных отличий от соответствующих параметров,характерных для популяций ели европейской и ели сибир-ской(Р>0,05). Так,, в популяция Р. х Гепгиса 70,4 X генов находятся в полиморфном состоянии, а каждое дерево гетерозиготно по 20,2 7. своих генов (табл. 1). . •

Следует отметить, что в работе Лундквиста (1_ипСк'/1з1,1979), при анализе параметров .изменчивости 4 шведских популяций Р.аЫез по 11 локусам, и Еергманна, Григориуса (Вегггпапп,6гегог1из,1979), яри' анализе Восточно- и Северо-Европейских популяций.по 7 лаку--сам, значения' наблюдаемой гетерозиготности были выие, чем в нашем исследовании и составили 36Х'и 41Х, соответственно. Столь высокие показатели гетерозиготнссти, полученные этими авторами, по-видимому, связаны с ограниченным количеством локусов, используемых в работе, и непропорционально белька! вкладом в изменчивость высо-гсспслл^лорфкьлс локусов, кодирующих такие ферменты как: зстераза,

ч - Личттчци-ггм-«..—«ИГТП^П Т» • ГУ Г^/^ЛЧ^ТП *-., .

атахидаоа »» гчли^елл ^й^^^ск-а.

Еайденксе нами среднее значение показателя наблюдаемой гете-резиготнеоти у Р.а£)1вз сказалось несколько килй, чем значение Но, нное Алтуховым с соавторами (Алтухов и др. ,1986) по 12 ло-кусам в костромской популяции ели обыкновенной. Однако, значение

Таблица 1

Значения основных показателей изменчивости в популяциях исследованных &лей.

': Доля полиморфных :' Средняя1'' ■ : Среднее : Эффек-

: локусов (Р) : гетерозиготность' : число : тивное

Популяция • :------------:----'-------------------------,-: аллелей: число

:95%-ный : 992-ный : Ожидаемая : Наблюдаемая : на ло- : аллелей

: критерий: критерий: (Не) : (Но) : кус :

Карпатская-горная 0.556 0.630 0.166+0.023' 0.185+0.023 1.778 1.263

Карпатская низиная , 0.519 0,815 0.199+0,015 0.235+0.015 2.370 1.351

Центрально-белорусская 0.556 0.704 0.191+0.017 0.202+0.017 1.926 . 1.328

Северо-белорусская 0.444 0.741 0.201+0.012 0.229+0.012 2.148 1.377

Латвийская 0.519 0.778 0.195+0.012 0.205+0.012 2.296'•-1.327

В целом по P. abies 0.556 0.815 0.202+0.007 0.215+0. 007 3.037 ' 1.348

Карельская (Р. ж fennica) 0. 519 0.704 . 0.203+0. 014 0. 202+0. 014 1.963- 1.363 ; ;

Красноярская 0.667 0.741 0.195+0.017. 0.198+0.017 2.148 1.333

Алтайская 0.444 0.556 0.1^7+0.016' 0.200+0.015 1.852 1.327

В целом по P.obovata. - 0.593 .0.741 0.189+0.012 0.200+0.012 2.296 1.326

ЛСП 0.63Q 0.815 0.216+0.013 ■ 0.242+0.012 2.556 1.394

зтого показателя в карпатской низинной популяции (Табл. 1) равнялось 23,5Z и.,было дажевыше, чем в костромской (23,Z?,). ,

Нельзя не обратить внимания на тот факт, что ели европейская гибридная и сибирская имея? более высокую гетерозиготкость, чем североамериканские 'виды елей,.популяции которых проанализирована по 20 и более генам. Так, у ели. ситхинской Не=0, 150 (Ysh, Е1-КаззаЬу,1980), у ели белой Не=0Д40 (King et al. ,1984) и у ели черной Не=0,107 (Yen et al., 1986). Высокие показатели средней гетерозиготности у P.aines, P. х fennica и P. obovsta, по-видимому, связаны с более обварным и единым ареалом, в отличие от P. sitften-sis, Р. glauca и P. rariana. Эта закономерность в целом характерна для большого числа видов растений ('Häsirick et al. ,1979,1981).

Озказатели гетерозиготности у Р.аЫез, P. х fennxca и P. cbcvata сказались также' чем. среднее значение по роду

Pícea (Но=0,176, Не=0дев),Pinus(Ko=0,159,Не=0,159) и по хвойным в целои( Ш=0,160, ; Es=0,158) (Гончарекко и др. , 1983). - Интересно,'что на десосеменной плантации Р.аЫез в Белоруссии нами :.бьии* обнаружены более высокие показатели генетического полиморфизма,. чем в каждой из природных популяций исследованных елей. Так, например,.в центрально- и северо-бэлорусской популяциях ели европейской 7Q-74X генов находится в полиморфном, состоянии, а каждое дерево гетерозиготно па 19-207« своих генов, в то время как на плантации эти показатели'разнялись .81,5Х к 21,6%, соответственно. Сходная картина наблюдалась и по сосне Вэймутова в Северной Америке. Во-вкдимому, при закладке плантаций селекционеры использовали все изменчивость, сущэетвуккфто у зтих видов в природных популяциях. Причем растительный материал для плантаций бралс; из различных, в том числе и удаленных друг от друга популяци; (так было, во всяком случае, при закладке плантации Р. аЫез). А, поскольку, плантационные деревья является в основном потомкам: плесовых (т.е. более гетерозиготных),- это и объясняет более высокие показатели изменчивости на плантациях двух видов.

П0Д?А£Д5ЛЕНКСС? Ь И ДХОКРЕКЦКАЦЕЯ. .

- В ЙРИРОДШХ ЮПШЦКЯХ ЕЛЕЯ

При помог?! F-статистик Райта к S-статистик Еэи ш предпринял попытку определить ш'ауляционнуа структуру ели европейской и ел сибирской..- " . ■ .

Ее личины'Fi s находятся в пределах от -0,311 по ¡.И ¡у-г. до О,ОС

ioutíuii^a

Значения показателей Fis, Fit, Fst и Gst no .27 лскусам з природных популяциях P. abies и P. obovata

• . CÍA » i la • Fit : Fst : Gst

0 »sV.* л" 1 . CUJI со -0,063 -0,036 0,025 0.032

0 г ^ 1 . У оиа> ГУЛА Ü ^ W*»*» -0,031 0,011 0.017

по 3dn для P. abies, и or -0,248 (ï.fe) до 0,140 (Lap-1) для P. obovata, состазляя в среднем-0,063 и-0,044, соответственно ( табл. 2). Отрицательные средние значения говорят >-5 избытке гете-

лл^гг^.-м»! г» тгг*. ттт» -гт^т v л УГГ* лтчЛ/лгглЛлтллУУ »» л ■»>■»»

^woiuyi с nun v«ллu^i/гл c«ujri ri e^ri

Fit равнялся, в среднем, -0,035 у P. abies и -0,031 у P.obovata,

Г". ? »Ti п «TI ^.rv '•S ^ í O^ t»TÍ ^ Art Л Trtl/^f»! *Г ГЖПП УТП ?5 T^T** »V

iiu vriocofiaci пса uu^bc »oweiiwrv t cic^üomüi / nuu^c^ucahnoiA

STTfi-гл*-i л Л TI Опп^тт/».» ичгкптг /"'fV^'D

li^vc c.ix«Siri £> «.¿сьдсаДли ii Оай<лДаиж1 V*ÍW¿Í

Главный -показатель подраздвлвккости - Fst для всех множественных с1ЛЛ8 Лей ПОДСЧЁТKBЗЛСЯ КЗК СрвДН8ВЗВвЕбНККй ПО BC9W ксслздо-BSHKaíÁ'í и. on у ля щ* я íл Vi варьировал у P. ai^i es от Q> 005 (Di з— до С, 118 (S-6-pd). Среднее значение.Fst составило 0,025 ( 2,5%). Это говорит о том, что более 972 всей изменчивости находится внутри популяций ели европейской и только 2 ,г52 приходится на келаюпуля-циокнуз изменчивость. Среднее значение Fst у ели сибирской, равное ' 0,011 (1,1%), тага® указызает на то, что практически вся изменчивость (около 992) находится внутри популяций.

Другой показатель, позволяющий- оценить подразделенность популяций, - Gst эквивалентен показателю F (Nsi,1975) и равнялся, в среднем, у P-abies - 0,032, а у P. obovata - 0,017 (табл. 2).

Интересно отметить, что и у трех североамериканских видов злей, Р. ¡rariana, Р. glauca и P.sitchensis, от 922 до 992 изменчивости находится внутри популяций (Yeh, El-Ka3saby,l980; O'Reilly st al., 1985*, Yeh et al., 1985; Aîden, Loopstra, 1987; Boyle, ■ícrgenstern, 1987) и только 1 - 7,92 пр!Кодится на мзяиоп'/ляцион-%ую изменчивость.

Данные F- и G-статистик, а такяэ-гсходство в- аллельнкх частотах как мэяду 5 . природными. популярный P. abies,. так и мзяду 2 ¡риредными популяциями P. obovata,; свидетельствует : об. отсутствии :колько-кибудь значительной подрагделенности и свободном обмене енов з популяциях ели европейской и ели сибирской.

Для того, чтобы количественно оценить насколько близки друг к

- ТА ~

о

. •/ Таблица 3.

Матрица генетических ''коэффициентов дистанции по Ней (Wei, 1972) для 5 природных популяций P. abies.

Популяции КГ КН ЦБ QB Лт

Карпатская-горная - - 0,024 0,030 0,021 0,018

Карпатекая-нивинная нейтрально-белорусская Северо-белорусская . Латвийская

другу исследованные популяции, -нами использовался коэффициент генетической дистанции Нэп (Dn), который учитывает разниц:«*, сутцест-вущук в частотах всех аллелей '(Net, 1972). Полученные значения коэффициентов генетических дистанций по 27 генам для 5 популяций P. abies, представлены в таблице 3. йз таблицы видно, что различия между популяциями ели европейской находятся в пределах от 0,005 до 0,030. Столь же близкое значение Dn, равное 0,009, было найдено и между 2 популяциями P. cbovata. Зги величины, в целом, характерны для локальных популяций в пределах различных видов елей (Гоцчаренко и др. ,1939; Lundkvist, 1979; Yeh,' El-Kassaby, 1980; O'Reilly at al., 1985; Yeh et al., 1985; Yeh.Arnctt, 1935; Alder., Locpstra, 1987; Boyle, i.torgenstern, 1SS7; feheliak et al., 1988).

Полученные значения для коэффициентов генетических дистанций для ели европейской, ели горной, ели гибридной, ели сибирской и ели Шренка или тянь-шаиьской представлены в таблице 4. Кг таблицы видно, что дистанция Кеи между P. abies и P. montana, а также P. abies и P. z fennica не превышает 0,022, или значения характерного для популящй елей (табл. ;з) и популяций растений в целс.-j (Айала,Кайгер, 1938). Таким образом, ель горная и ель гибридная, иногда выделяемые на основании формы семенной чешуи в отдельные виды P. montana и P. xXeftnica (Голубец, 1958; Еобров, 1971; Прав-дин, 1972), практически.не имеют отли-лй в генофонде от ели европейской. Столь близкое значение Dn позволяет говорить о P. irentsna к Р. х fennica только как о географических расах P. abies.

В то же время, дистанция Кеимежду елью европейской и елью сибирской . составляет 0,083, то есть в 5 - 6 раз выне, чем Dn в пределах видов. .Столь высокое,значение Dn обусловлено разш.деи ое частотах .аллелей по таким генам как: Aat-2, G-5-pd, Sdn, 5-P.j;3-2,

0,017 0,019 0,014 0,010 0,010 0,005

0

-15 -

.Таблица-4

матрица генетических коэффициентов дистанции.по Ней (iJei,l'972) для 5 исследованных елей.

, N Таксон 2 3 4,5

1 Rabies - С. 018 0.022 0.083 0.4Б7

2 ' Р. rontana - 0.043 0.094 0.4S2

3 Р. X fsnnica - 0.073 0.437

4 Р. obovata - 0.452

5 Р. schränk iara ' . -

S-Fgd-3, Idh-l, Dia-4 и Fe. Следует отметить, что по гену Q-S-pd практически произошла фиксация альтернативных аллелей. Исходя из классического определения,данного в работе Айалы и Паузла (Ayala, Powell., 197Z), зтот ген esg не может считаться полностью диагностическим (вероятность правильного-.'определения- еидовой принадлежности более 99Х), однако наличие такого гена говорит о существовании серьезной разницы з геномах Р. abies й P.ofcovata. -

, Найденный'уровень дифференциации в среди .елей Советского Соа-за, наглядно иллюстрирует деядрсграмма, построенная с помогав ?евзвеЕенного парно-группового метода-кластерного ' анализа (рис. 2). Как видно из дэндрограммы, Оп, отделяв®©: ель сибирскую от ¡ли европейской, достигает значения 0,033. Это или близкое к 0,1 1начекие характерно для таксонов хвойных,: между , которыми-либо су-;гствует зона гибридизации, либо" возможно скрещивание с образовать вполне жизнеспособных гибридов к видовой статус которых все Eß оспаривается (Danoik,Yen,1983; .Wheeler et ab , 1983; Jakobs et .1. ,1984; Yeh, Arnott, 1985; Conkle et al. ,1983; Miliar et 1. ,1988). " ' " .

В и s время, генетическаядистанция Р. abiss и

.obovata оказалась значительно кеньпе, чем Dn, яайденнсе . для етких, хотя и близких видов, таких как Р. abies и Р. sofcrenkiana, зи P.ofcovata я Р.schrankiала (Быков,1950; Бобров, 1971; Крвсс-. ш, 1985). Это хороао видно на дендрсз-рамме (рис.З). "Дистанция ■л: з зтом случае достигает значения 0,455. Столь значительная >личика Dn однозначно говорит о серьезных различиях в геномах и кесомненпом налички репродуктивного барьера «эжду елькз 2р.екка и. ¡ропейско-спбкрскими елями, йзобходшло отметить и тот факт, что •я зтих елей характерно наличие б диагностических генов - Aat-l,

о

0.5

372

0Л 0.3

5.2

од

Генетическая дистанция

297

223

149

7Ь

г£

Р.шопЪала Р.аЫее Р.х *епп1са p.obovata Р.эсЬгепк1апа

тысяч лет (Не1,197.1)'

781 625 469 313 ' 156 тысяч лег (Кимура,1985)

Ряс. 3 дендрограыма, построенная с помощь*

парно-группового иетода кластерного аналога на основе коэффициентов дистанции Ней, показывающая степень генетической . дифференциации между Р. аЫез, Р. вюг^апа, Р. х Геппюа, Р. оЬоуа!а и Р. зйтгеп^апа. АсЗЯ, ЬИ1>2, б-Рдй-З, Ргт-1, Ррп-г т.е. генов, по "каждому ив которых можно практически безошибочно (с ошибкой ке превыгак^а IX) отделить ель■тякь-шаньскую от европейско-сибирских.

Еа основе определения времени дивергенции (1) по Ней («е;, 1971) с поправкой Кимуры (Каура, 1935) , было установлено, что ель сибирская и ель европейская 74 - 156 тыс. лет Xрис.3) существовали раздельно и, по-видимому, лига относительно недавно цх ареалы вновь соединились. Рассчитанное на),к время разделения дву:: таксонов хорошо согласуется с палеоботанические; данными. Как отмечает Горлова с соавторами, основываясь на исследованиях межледниковых рксс-вирмских. отложений, между Р. аЫез и Р. сЬоуа1а. уже в мккулинсккй век (30 - 120 тыс. лет. назад) существовала морфологическая, географическая к экологическая обособленность (Горлова и др., 1958). К лигь-за последние 4 - 5. тыс. лет лесная растительность захватила занятую льдами область (Цравдин, 1975). По-види-¡,¡0117, материковые . и: альпийские оледенения, разорвавшие ареал "праели" и сттеснивЕие ее в несколько; замкнутых рефугиумов, способствовали появлению достаточно четких .различий по морфологичес-

0

Ким-(Форма чэауй) и генетическим (S-6-pd) признакам, однако указанный срок явно недостаточен"для возникновения репродуктивного барьера к аллопатрического видообразования у видов с таким длительным жизненным циклом как ели.

Таким образом, полученные.нами генетические данные не позволяют. считать Р. abies и Р. cbovata отдельными,' независимыми видака:, a существование обширной зоны гибридизации между альв европейской и ©лью сибирской и отсутствие кардинальных различий по морфологическим признакам и экологическим особенностям (Мамаев,Шпов,1989) позволяет нам рассматривать Р. abies и Р. cbovata лишь как подвиды одного вида, который занимает огромный ареал з Европе и Сибири.

' OLITJAmj

i , . А ■ •. J i . .

1. В ходе проведенного ка«и генетического" анализа установлено, что 15 ген-ферментных систем у Р. abies, Р. х fennica и Р. cbovata кодируются 27 локусами, а у Р. schrenkiana - 25 локусами.

2. Описаны генофонды, выраженные в частотах встречаемости аллелей, з 8 природных и ксскуственной популяциях елей европейской, гибридной и сибирской.

3. Основные показатели изменчивости у изученных елей оказались jднями из самых высоких для хвойных. У Р. abies в полиморфном состоянии находится 31,5% локусоз при средней гетерсзигстности особей 21,5%, у Р. cbovata эти показатели равны 74,11 к 20%; соответ-¡твенно. Установлено, что лесосеменкая плантация ели европейской фактически по всем показателям генетическое полиморфизма пре-юс ходит лучшие природные популяции.

4. Анализ подразделенности показал, что доля межпопуляционной вменчивости составляет 2,7 - 3,2% у Р. abies и 1,2 - 1,7% у '.cbovata от всей обнаруженной аллозимной изменчивости. Для изу-енных популяций выявлен избыток гетерозиготных деревьев.

5. Величины генетической дифференциации природных популяций .abies (Dn = 0,017) и P.obovata (Dn = 0,009) ..близки к данным, слученным для других видов елей.

3. Обнаружено значительное сходство генетической структуры .abies, Р.х fennica и Р.montana,.что позволяет рассматривать ель зряуа и ель гибридную только как географические рассы ели евро-5йской. Дистанция Ней между елью европейской, елью сибирский и аю Шренка определяет Р.abies и P.obovata как подвиты одного вк-i (Dn = 0,033), а Р.schrenkíana - как самостоятельный вид (Dn =

0.455..

7. При анализе генетической структуры популяций р. asies я Р. obo-vata, с одной стороны, и Р. schrenkiar.a, с другой, выявлено 5 re-коз, имеющих диагностическое 'значение для типировки son:: видов. Список работ, опубликованных по диссертации

1. Гончаренко. Г. Г., Падутов ЕЕ.,. Шдззровз S.D., ПЗтекко Б. Е. , Киргизов ЕЯ.,'. Слободан Я. Е Генетические исследования хвойных с использованием изофершнтных маркеров /7 Лесная генетика, селекция и физиология древесных растений: Тез. докг. Шщ. спмл. £5-20 сентября-1989 г. , Воронеж. - Í.Í., 1983. С. 108-109.

2. Гончаренко Г. Г. , Падутов В. Е. , Потенко В. В. Руноводст во по исследований хвойных, видов 'методом злектрофоретического анализа изоферментов. - Гомель, 1S89. - 164 с.

3. Гончаренко Г. Г.,. Потенко В. В. , Слободян Я К., Сидор:. И. Геке-тико-тгксоношческие взаимоотношения между Pícea abíes (L) Karst.. Р.montana Schur.' к Р. obovata Ledeb.// Доклады АН БССР. -

1990.' - Т. 34. - N 4. - С. 351-364.

4. Потенко В. В. Исследование шофэрментного полиморфизма в природных популяциях ели обыкновенной // Интенсификация лесного хозяйства в ' Западном регионе СССР: Тез. докл. Конф. мол. ученых 2ап. отд. ВАСЗШИЛ. -Гомель, 1990. - С. 109-111.

5. Гончаренко Г. Г., IfcTei :со Е. В. Изменчивость и дифференциация у ели европейской Picea abíes (L.)" Karst, в популяциях Украины, Белоруссии и ДатЕИй // Доклады АН СССР. - 199Ö. - Т. 314. - N 2. -С. 492-495.

6. Гончара нко Г. Г., Потекко Е Е., йзджарова 3. С. , Сидор А. И. Ге-ткческая и ф неткческая дифференциация в видовых форма:: ели европейской // ©енетика популяции. Тез. докл., 1SQ0- - С. 49 - 50. ?. Гончаренко Г. Г., Кривко В. Г., Потенко В. В., Хзтылева JL В. Эндоспермы Picea abies как тест-система для определения темпов матирования в районах с радиоактивны!,; загрязнением // Доклады АН ЕССР. - 1991. - Т. 35. о К 4. - С. 355-359.

8. Гончаренко Г. Г., Потенко В. В. Параметры генетической изменчивости и дифференциации в популяциях г ли европейской (Pícea ábies (L.) .Karst.) и ели сибирской (Р. obovata Ledeb.) .//'Генетика. -

1991. - В печати.

9. Гончаренко Г. Г., Потенко Ё. В., Абдыганыеа Е , Кривко Е Г. Параметры генетической изменчивости в природных популяциях ели ¡Иренка Picea sohre'nkiana Fisch., et ),fey.// Доклады АН ЕССР. -1931. - Т. 35. В печати. с ■

Подписано в печать 26.04.91г. заказ3^2 тир.100 . пил ио r\Ar»an«TitJ»a vnvn