Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изучение генофондов в популяциях Picea Schrenkiana методом изоферментного анализа

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Изучение генофондов в популяциях Picea Schrenkiana методом изоферментного анализа"

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ Институт генетики и цитологии

На правах рукописи

АБдаГАНКЕВ НУРУДУН

Изучение генофондов в популяциях Picea Schrenkiana методом изоферментного анализа

(03.00.15 - генетика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Минск - 1992

Работа выполнена в Гомельском государственном университете им. Ф.Скорины и Институте леса Академии наук Беларуси

Научные руководители: доктор биологических наук

Г.Г.Гончаренко;

доктор биологических наук, профессор Б.П.Савицкий.

Официальные оппоненты: • доктор биологических наук,

член-корреспондент Решетников В.Н. доктор биологических наук Моссэ И.Б.

Ведущая организация: Московский государственный университет

Защита состоится "29"декабря 1992 г. в 14-00 часов на заседании специализированного совета К 006.02.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук в Институте генетики и цитологии АН Беларуси по адресу: 220734, г. Минск, ул.Ф.Скорины, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Я.Коласа Академии наук Беларуси

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 006.02.01, к.б.н.

Е.В.Лобакок

9С)( СИ^Г,• • * г г Я ч О

Актуальность проблема Знание генетической структуры природам -популяций, механизмов воспроизводства генетической ивиенчивости пав"' Еоляет сохранять и рационально использовать генофонды древесных пород. повьпзать продуктивность и улучшать качественный состав лесов, á тага® успешно проводить интродукции древесных растений.

В последние годы было убедительно показано, что наиболее удобным инструментом для определения уровня изменчивости и состояния генофонда в популяциях древесных растений является метод электрофоре' тического анализа изоферментов. Используя изоферменты в качестве генетических маркеров удалось решить несколько важных об¡ээбиологических вопросов - это касается определения уровня изменчивости и дифференциации в популяциях хвойных, установления эволюционно-филогенетических взаимоотношений среди видов (Wheeler et al., 1983; Ledig, 1986; Conk le et al., 1988; Millar et al., 1988).

В настоящее время в странах Западной и Северной Европы, а тагакэ США. Канаде, Австралии, Японии и Израиле развернуты широкие генети-ко-биохимические исследования более 50 видов хвойных пород, что позволило вплотную подойти к решении ряда сложных ^есохозяйственных задач (Rudin, Ekberg, 1973; Brown, Moran, 1981; Furnieretal., 1986; Ledig, 1986; Shiller et al., 1986; Shiraishi, 1988)!

Для хвойных пород СНГ исследований такого рода проводится крайне недостаточно (Алтухов и др.. 1986; Духарев и др., 1987; Гончарен-ко и др., 1987, 1989; Гончаренко, Потенко, 1990, 1991, 1992; Крутов-ский и др., 1987, 1989; Щурхал и др., 1988, 1989). Ведется гейети-ко-популяционный анализ только 3-х видов сосен и 2-х видов елей.

Что касается популяционно-генетиФских исследований ели тянь-шанской, то по ней в настоящее время генетичесих работ еще не проводилось.

В то же время ель тяньшанская (Picea schrenkiana) является наиболее ценной лесообразующей породой в горах Тянь-Шзня. Она имеет важное почвозащитное, водорегулирующее и промышленное значение. В связи с этим, популяционно-генетические исследования Р. schrenkiana приобретают особую актуальность.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы являлся подбор электрофоретичееких условий изоферментного анализа и применение этого метода для популяционно-генетических исследований ели тяныпан-ской.

Конкретными задачами исследования были: 1. Подбор условий для электрофоретического выявления ферментных сис-

тем P. schrenkiana.il установления их генетического контроля.

2. Описание генофондов в популяциях ели тяньшанской выраженных частотах встречаемости аплельных вариантов.

3. Исследование генетической структуры и определение уровня изменч; вости природных популяции P. 3ctrrenkiana.

4. Анализ подразделенности природных популяций ели тяньшанской.

5. Оценка величины" генетической дифференциации популяций P. schrenkiana.

Научная новизна работа Впервые описаны 15 ген-ферментных сис тец и установлен характер их наследования у ели тяньшанской. ПроЕе день; исследования генетической структуры природных популяций. Дл; данного вида проанализированна подразделенность популяций и дан детальный анализ внутри- и межвидовой дифференциации. Решен Еопрос с таксономической статусе P.schrenkiana Fish, et Me у и P. tianschanikc Rupr.

Практичещсая ценность. Результаты исследований могут использоваться при составлении комплексных программ генетического улучшения хвойных пород Тянь-Шаня, разработке способов сохранения, всзобновле• ния и обогащения генетического состава насаждений горных видов хвойных, аналиае генетической дифференциации и филогенетических взаимоотношений между популяциями и видами хвойных. Методы и результаты исследований применимы для идентификации клонов, определения необходимого уровня генетической изменчивости на лесосемянных плантациях.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на Второй Всесоюзной научно-технической конференции "Охрана лесных экосис-теи и рациональное использование лесных ресурсов", (Мзска, 1991), на IV Съезде Белорусского общества генетиков и селекционеров (Горки, 1992), на VI Съезде Всесоюзного общества генетиков и селекционеров (ШНСК, 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ. Объем диссертации. Штериал изложи на 141 странице машинописного текста, содержит 18 рисунков и 8 таблиц. Список цитированной литературы состоит из 200 источников, в том числе 143 иностранных.

МАТЕРИАЛЫ И ЫЕТОДУ ИССЛЕДОВАНИЕ Семенной штериал для электрофоретического исследования был сой-ран ЕЗ 7 природных популяций ели тяньшанской: ущелье Кайында (хр.

Río. I Карта горного Тядь-Сшш, юзазкБалдая ¡лэстораспо~оаанЕЭ гсслэдавагшис сонуалпд^г 1 - хребта; 2 - uücto собрашшг оэвзгдоЗ / здзс:. а далоз: НР - Ег»*lea, (Я „ Сарц-Чолоа. Ш - Kapa-ffiopo, ¡й - Миш, То - Т*Рсj, ид . Пэдго. & - üLLa/.

Ат-Баши), урочище Kapa-Iibpo (Органе кий хр.), урочище БесгТаь' t хр Таласский Алатау), урочище Тарсу (хр. йонгей Ала-Too), заповедник Сары-Челек (Чаткальский хр.), близ поселка Жэланаш и рядом с высоко горным поселком Мэдео (хр. Заилийский Алатау). Местонахождение исс ледованных популяций показано на рис. 1 .

Семена были взяты со 146 деревьев в течение сезонов 1939 - 199 г. г. и хранились . в холодильнике в отдельных бумажных пакетах. Дл определения индивидуального генотипа дерева анализировали 8-20 з:; дссперъ'ов. Эндоспермы выбирались случайно из выборки , насчитывают, не менее 500 семян, полученных минимум из 10 шизек, которые был: собраны с различных частей кроны одного дерева .

Электрофорез проводили в 13 - 14 X крахмальном геле в стандартных вертикальных камерах (Корочкин и др., 1977; Го'нчаренкс и др. , 1989). Каздый эндосперм перед электрофорезом гомогенизировали в 5( икд дистиллированной воды. Гошгенаты, без предварительного центрифугирования , накосились на кусочки ватмана ЗШ (8x5 ш), которые помещали в стартовые щелк гелевых блоков, Электрофоретическое фракционирование аспартаташшотрансферааы .(ААТ), алкогольдегидрогенаа:. (ADH), глутаматдегидрогенааы (6DH), ¿ербитоддегидрогеназы (SDH), изоцитратдегидрогеназы (IDH), б-фэсфоглисонатдегидрогеназы (6-PGD), цядятпйгиппппацяя» (ксн), шнкшатдегвдрогенааы CSK&4), лейцикамино-пептидазы (LAP), ыалик-знзима (ME), фосфоглюкомутазы (RIM), гексокд-назы (НК), диафоразы (DIA), глюкозофосфзигомеразы (6PI) и флуоресцентной зстеразы (FE) проводилось в трис-ЗДТА-боратной рН 8,6 (Гон-чаренко и др., 1984), трис-цитратной рН 6,2 (Adate,Joiy, 1980) ii трий-НС1 рН 8, О/т рис-цитрат ной рН 6,2 буферных системах.

Электрофорез вели в течении 3,5 -4,5 ч в холодильных камерах при О - 5°С и параметрах тока 280 - 320 V, 40 - 80 irA.

Шсле электрофореза гелевый блок разрезался на 4 - б горизонтальных пластик, какдая из которых окрашивалась на отдельный фер-113НТ. -Гистохимическое окрашивание проводилось по стандартным прописям с некоторыми модификациями (Cheliak, Pitel,19a4; Гончаренко и др. ,1989).

Обозначение аллелей дано по общепринятой номенклатуре Пракашг (Prakash et al. ,1969). С целью удобства межвидовых сравнений символом 1.00 обозначены аллели, которые оказались наиболее общиш у P. ebies. В связи с этим, у P. schrenkiana в ряде-локусов наиболее

часто встречающиеся аллели имеют символы другие, чем 1.С0. Символом О обозначены нулевые аллели. Аллельный вариант Lap-2, который выявлялся в виде двух фракций, получил двойной цифровой символ 1. 05/1. 10.

Определение уровня изменчивости, подразделзнности и дифференциации в исследованных популяциях проводилось на осноЕе ряда общепринятых показателей. При анализе изменчивости популяций и видов пользовались показателями наблюдаемой (Но) и ожидаемой (Не) гетерозигот-кости, полиморфности по 95Z и 99% критериям (Р95.Р99), числа аллелей на локус (А) и эффективного числа аллелей (пе). Для изучения степени подразделенности природных популяций использовались показатели генетического разнообразия, разработанные йеи (Hei, 1973, 1975), и коэффициенты инбридинга, разработанные Райтом (Vrigllt, 1943,1951; цлт. по Poshloy, 1984). Степень генетической близости между исследованными популяциям рассчитывалась по методу, предложенному Ней (Nei, 1972). Эзолюционные дендрограммы строились с помощью метода кластерного анализа (Дюран, Оделл, 1977).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ХАРАКТЕР НАСЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОТСРЕТИЧЕСКИХ ВАРИАНТОВ.

Мэноморфные ферменты.

Алкогольдегидрогенааа (ADH). Выявляется ка геле несколькими зонами активности фермента, из которых нами учитывалась только одна, наиболее ярко окрашенная. Тают? один локус Adh учитывается и у елоЯ европейской, сибирской,. Глена, белой, черной и ситхинской CYeh. Arnotl, 1986; Yeh et al. , 1986; Гончаренко, Пэтенко, 1991a; Гонча-ренко, Потенко, 1991b).

Гексокинага (НК). Проявляется в виде двухфракционной мономорфной зоны (рис. 2). Как обнаружено наш ранее, эта зона НК находятся под контролем одного локуса у Р. abies, Р. obovata и Р. Glehnii (Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Потенко, 1991b).

Глутаматдегидрогенага (GDH). Окрашивается на геле в виде 1 зоны активности фермента Единственный локус Gdh оказался полиморфШй! практически у всех елей, за исключением Р. pungens (Ernst et al., .1.987).

Глюкозофосфатизомераза ( GPI). Представлена на злектрофорегрнмм.* 2 зонами. Наш учитывалась медленно мигрирующая и более ярко ок;а шейная зона фермента. Данная зона находится под контролем отдельное локуса у всех проанализированных елей (Yeh, Arnott, 1986; Yen al., 1986; Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Потенко, lS91t; Ernst et al. , 1987; Yeh, El-Kaasaby, 198Q; King et al. , 1984; Poulsen et al.; 19Ô3; Cheliak et al., 1987; Muona et al. , 1987; Lagercrantz et al., 1988).

Шикиматдегидрогеиаза (SKDH). Выявляется на геле 2 зонами ферментативной активности. Следует отметить, что у елей практически все исследователи учитывают 1 локус Skdh (Muona et al. , 1987; Boyle, Morgenstern, 1985; Boyle, Morgenstern, 1987; Shea, Grant, 1986).

Полиморфные ферменты.

Ac парт ат аминот рансфе раз а С ААТ). Представлена на электрофореграммах несколькими зонами активности фермента, которые, как показал генетический анализ, находятся под контролем деух генов: Aat-1 и Aat-2. Полиморфизм у . P. schrenkiana был обнаружен только по Aat-2. Также два локуса, кодирующих аспартатаминотрансферазу, учитывают в ряде работ, посвященных исследованию елей евролеЯской, сибирской, Глена, черной, ситхинской и белой (Yeh, Arnott, 1986; Yeh et al., 1986; Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Потенко, 1991b; Yeh, Sl-Kassaby, 1980; King et al. , 1984; Шопа et al. , 1987; Lundkvist, 1979; Alden, Loopstra, 1987).

Диафораза (DIA). Выявляется на геле в виде 4 гон активности: DIA-1, DIA-2, DIA-3 и D1A-4. Генетическая детерминация установлена для трех зон: DIA-1, DIA-2 и DIA-4. DIA-3 окрашивалась слабо и непостоянно и в дальнейших исследованиях не учитывалась. Локусы Dia-1 и Dia-2 оказались высокополиморфны только в одной популяции Р.schrenkiana, a Dia-4 был практически мономорфен (рис.2). В целом у различных видов елей отмечают от 1 до 3 локусов диафоразы. 'Один локус DIÁ описан у P. engelnannii, P. mariana и P. pungens (Yeh et al., 1986; Ernst et al., 1987; Shea, Grant, 1986). В работах, посвященных исследованию ели белой учитывают от двух до трех локусов диафоразы (Yeh, Arnott, 1986; King et al., 1984). Три локуса DIA обнаружено у P. silchensis, P. abies, P.obovata и Р. Glehnií (Yeh, Arnott, 1986; Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Потенко, 1991b; Yeh, El-Kassaby, 1980).

ФШ1Ш

ЛОКЧ С

атнисцтенычаа

подьижчость

СЧйРТ

ФЕРНШ доку с

относительная

ЛОДйЛЖиОСТЬ

ста^т

ФЕ9МШ л оку с относительная подвижность

старт

ш Ш нк Ш1 до М

1 ! 2 4 ! 2

ОАО Ш |0.Ь5 100 1.00 ОВО оеэ 1.00 |ЮО Ш ш ш

1 1 1 ___ » — — I I I 1 __—

Ф

©

\ 04 ир МОИ

А 2 -1 2 \\2\ з

0 0.90 100 1.1(1 <00 120 0 044 -1Ш Ш 100 1.03 ИО ЙГ 10010.801 О А.00

— — ~ — — — — — = 1-! 1 1 ' !

МЕ

Л 60 ной 1.20

БОН

т 105

-I

ОЙ 0.85

й&О (ЩШ

Щ

1

2

о во ода чоо

400

ТЕ

0.70 100

!

©

Ф

©

Рис. 2 Схематическое инобрааонао а обозначение элеЕгрофарзггчоока: тшаагх паргаагсз вга тжшгшнсюза.

Изоцитратдегидрогеназа (IDH). Проявляется двумя независимыми зонами активности, которые находятся под контролем самостоятельных ло-кусов Idh-1 и Idh-2. Оба локуса у P. schrenkiana практически во всех исследованных популяциях были мономорфными или слабополиморфными, и только Idb-1 в популяции Медео оказался высокоизменчивым. Необходимо отметить, что две полиморфные зоны изоцитратдегидрогеназы обнаружены у ели европейской, сибирской и Глена (Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Штенко, 1991Ь*, Шопа et al., 1987; Алтухов и др., 1986; Bergmann, Scholz, 1987). Что касается других, видов елей, ' то у них учитывается только 1 локус изоцитратдегидрогеназы, хотя нередко указывается на наличие дополнительных зон активности фермента (Yeh, Arnott, 1986; Yeh et al., 1986; Ernst et al., 1987; Yeh, El-Kassaby, 1980; Kingfetal., 1984; Cheliak et al., 1987; Boyle, Morgenstern, 1985; Boyle, Morgenstern, 1987; Shea, Grant, 1986; Cheliak, Pltel, 1984; Cheliak et al. , 1985).

Лейцинаминопептидаза (LAP). Представлена на электррфореграммах двумя изменчивыми зонами активности, кодируемыми локусами Lap-l и Lap-2. Практически во всех изученных популяциях как Lap-l, так и Lap-2 показали высокий полиморфизм (рис.2). Также 2 изменчивых локуса лейцинаминопептидазы описаны у елей европейской, сибирской, Глена, белой и черной (Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Потенко, 1991b;, King et al., 1964; Poulsen et al., 1983; Muona et al., 1987; Lagercrantz et al., 1988; Lundkvist, 1979; Bergmann, Scholz, 1987; Cheliak. Pitel, 1984; O'Reilly et al. , 1985).

Малатдегидрогеназа (MDH). Злектрофоретический спектр данного фермента состоит из четырех стабильно окрашивающихся зон активности, .■iOHTpOinpyeiÄil тремя независимыми локусами, причем, одна из зон является межлокусным гетеродимером. В исследованных популяциях ели тяньшанской Mdh-l и Mdh-2 были уономорфными, а по Mdh-З обнаружено только одно дерево, гетерозиготное по .нулевому аллельному варианту. Три структурных локуса, кодирующих малатдегидрогеназу, отмечены в большинстве работ по всем исследованным видам елей (Yeh, Arnott, 1986; Yeh et al. , 1986; Гончаренко, Штенко, 1991a; Гончаренко, Потенко, 1991b; Ernst et al. , 1987; Yeh, El-Kassaby, 1980; King et al., 1984; Cheliak et al. , 1987; Boyle, Morgenstern, 1985; Boyle, Morgenstern, 1987; Алтухов и др., 1986; O'Reilly et al. , 19SE; El-Kassaby, 1981).

Малик-энзим (ME). Окрашивается на геле одной зоной активности, которая находится-под контролем одного полиморфного локуса (рис.2). Лскус Ifc бил полиморфным во всех исследованных популяциях ели тянь-шанской. В настоящее время в работах по P. sitchensis, P. ahies, P. cbcvata и P. Glehnii найден также один ген, кодирующий малик-энзим (Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Потенко, 1991b; Yeh, El-Kassaby, 1980).

Сорбитолдегидрогеназа (SDH). Представлена на электрофореграммах в виде одной зоны активности. Как было установлено нами в ходе генетического анализа (Табл.2), данная зона кодируется самостоятельным локусом, с двумя аллельными вариантами Sdh^'^H Sdh^'-^Д Следует отметить, что сорбитолдегидрогеназа учитывалась только у елей европейской, сибирской и Глена (Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Потенко, 1991b). У всех вышеперечисленных видов сорбитолдегидрогеназа кодируется одним геном.

Флуоресцентная эстераза (FE). Данный фермент окрашвается на геле одной зоной активнссти. Локус, кодирующий данную аону, оказался высокополиморфным только в популяции Кара-Шаро. Одиним полиморфным геном кодируется Fe и у 6 видов елей произрастающих на территории Северной Америки и Евразии (Yeh, Arnott, 1986; Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Потенко, 1991b; Yeh, El-Kassaby, 1980; Shea, Grant, 1986).

фосфоглюкомутаза (PGM). Выявляется на электрофореграммах двумя полиморфными зонами активности (рис.2), которые находятся под контролем 2 независимых локусов. Два полиморфных локуса Pgm обнаружены у P. engelmanni i, P. sitchensis, P.abies, P. obovat3 и P. Glehni i (Гончаренко, Потенко, 1991a; Гончаренко, Потенко, 1991b; Yeh, El-Kassaby, 1980; Poulsen et al. , 1983; Kfuona et al., 1987; Lagercrantz et al.. 1988). У других видов елей исследователи учитывают 1 лскус фосфоглю-комутазы, но при этом нередко указывают на наличие дополнительной зоны активности фермента (Yeh, Arnott, 1986; Yeh et al. , 1986; Ernst et al. , 1987; King et al. , 1984; Cheliak et al. , 1987; Owliak, Pitel, 1984).

б-Фосфоглюконатдегидрогеназа (б-PGD). Проявляется двумя основными зонами активности Фермента (рис.2), которые кодируиггся отдельными докуеами. Третья зона, расположенная по-середине, явллется междокус-ным гетериднмерсм. В исследованных популяциях P.schrenkiana полимор-

физм обнаруязн только по логсусу б-Pgd-l. В работах, посвжеилых различный вилам елей, исследователя учитывает один (Ernst et al., 1937), два (Ych et al., 1986; Boyle, i.torgenstern, 1985; Boyle, Kbrgenstern, 1887; Alden, Loopstra, 1987; O'Reilly e-t al. , 1985), три (Yeh, Arr.ott, 1983; King et al. , 1984; Poulsen et al., 1983; btorgante et al., 1989) или четыре (Lasercrantz et al., 1988) локуса 6-P6D.

Аллельный характер найденных нами алеггрофоретических вариантов во всех локусах был подтвержден на" основании анализа расщеиггния этих вариантов у гаплоидных эндосперетв гетерозиготных деревьев. После того, как данные по всем гетерозиготным деревьям были суммировании, ни по одной паре аллелей не было обнаружено достоверного отклонения от соотношения 1:1, что подтверждает генетическую природу элсктрофоретических вариантов. Схематическое изображение аллельных вариантов представлено на рис. 2.

УРОВНИ ИЗМЕНЧИВОСТИ В ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ P. SHCRENKIANA

Частоты встречаемости 48 аллельных вариантов по 24 исследованным локусам в популяциях P. schrenktana. Набольшая изменчивость обнаружена по локусам: Ptrm-1, Lap-1, Lap-2 и №. Локусы Pgm-Z, Sdh, 6-Pgd-l, ldh-1, Dia-1, Dia-2 и Fe оказались высокополиморфйши e 1 или 2 популяциях, в то время как в остальных они были либо слабопо-диморфными, либо мономорфными. Что касается Aat-1, Aat-2, Idh-2, M-Jh-3 и Dia-4, то альтернативные аллэльные варианты наблодались липа у отдельных деревьев, a Adh, Gdh, Mdh-1, Mdh-2, 6-Pgd-2, Hk, Gpl и Skdh оказались полностьв ыочоморфными во всех исследованных семи популяциях P. schrenkiana.

На основании аллельных чзстот 24 генов нами рассчитаны основные показатели генетического полиморфизма в популяциях ели тяньшанской. Иэ табл. 1 видно, что популяции Сары-Челек, Кара-Шоро, Ат-Балм, Тар-су, Наланаш и Медео имеет сходную изменчивость, поскольку у них в полиморфном состоянии (по 99Х критерию) находится 29-33% генов, а кажзоо дерево в среднем гетерозиготно по 8-11% своих локусов. В то »i время, ели, щюизрастаюзше на Таласском Алатау, оказались более изменчивыми. 'Гад, например, показатель средней наблюдаемой гетерсзи-готности в популяции Беш-Таш практически в 2 раза превышает соотват-

Таблица 1

Значение основных показателей изменчивости в популяциях Р. ЕсЫопк1ала

Название популяции

Доля ПОЛЮйОрфНЫХ локусов

951 кри-: 991 критерий : теркй

Среднее: число : аллелей: на ло- : 1сус :

Средняя ■ ожидаемая гетерозиготность (На)

Средняя : Эф+чк-наОлвдаемая :тивное гетерозиготность: число (Но) : аллелей

Ыедео Беа-Тао Сари- Чэлек Кара-ЕЬро ГЛЙЦНДЦ Тарсу Еаланап В целом

0.250 0.375 0.250 0. 292 0. 292 0.292 0.250 О. 458

0.333 0.458 0.333 0.292 0. 292 0.333 0.333 0. 458

1.417 1.542 1.417 1.375 1.333 1.375 1.417 2. ООО

0.110 + 0.011 0.160 ± 0.017 0.106 ± 0. С15 0.101 ± 0.008 0.073 ± 0.014 0.113 ± 0.011 0.039 1 0.011 0.136 ± 0. 005

0.107 ± 0.011 0. 206 + 0.016 0.101 ± 0. 015 0.104 + 0. 007 0.075 ± 0.014 0.103 + 0. 010 О. 091 + 0. 011 0.111 ±0.005

203 291 192 196 111 19" 136 2&5

ствующий параметр в других пяти популяциях (табл. 1). Значительно выке здесь и показатели гюлиморфности и среднего числа аллелей . на локус, которые равны 45,8% и 1,542, соответственно. Такие различия в показателях генетического полиморфизма могут быть обусловлены малым размером выборки проанализированных деревьев в популяции Беш-Таа. Имеющиеся в нашем распоряжении данные пока не позволяют выдвинуть какое-либо другое достоверное объяснение зтого несомкегно интересного факта. Тем не менее, на основании полученных данных можно сказать, что у Р, schrenkiana 45,8% генов находятся в изменчивом состоянии, а какдое дерево гетерозиготно в среднем по 11,1% своих генов.

В целом, найденные показатели генетического полиморфизма у ели тяньшанской, практически не отличаются от таковых у североамериканских елей, популяции которых проанализированны по 20 и более генам. Так, например, у ели ситхинской Не-0,150 (Yeh, El-Kassaby, 1980), у ели белой Нэ=0,140 (King et al., 1984), у ели черной lie =0,107 (Yeh et al., 1986) и y ели Энгельмана He=0,166 (Shea. 1990). В то же время, показатели изменчивости у P. schrenkiana оказались HV1TX3, чем в природных популяциях евроазиатских видов, таких как ель европейская Не*0,194, ель сибирская Не=0,186 и ель Глена Не=0,185 (Гончаренко, Потенко, 1991а; Гончаренко, Пзтенко, 1991b).

АНАЛИЗ ГОДРАЗДЕЛЕННОСТ H И ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ

При помощи F-статистик Райта и 6-статистик Ней мы предприняли попытку определить популяционную структуру ели тяньшанской. Значения коэффициента инбридинга особи относительно популяции (Fis), инбридинга особи относительно вида в целом (Fit) и инбридинга популяции относительно всего вида (Fst), а также доли межпопуляциокного разнообразия (Gst).представлены в таблице 2.

Величины Fis находятся в пределах от -0,250 по Мэ до 0,092 по Dia-2, составляя в среднем -0,011. Отрицательное среднее значение говорит о некотором избытке гетерозигот в популяциях ели тяншанской, относительно ожидаемых по Харди-Вайнбергу. Коэффициент Fit равнялся, в среднем, 0,094, что указывает на более чем 9% недостаток гетерозигот у P. schrenkiana Столь высокий недостаток гетерозигот у вида в целом, при некотором их избытке в каждой средней популяции, ыоагт быть объяснен типичным эффектом Валунда.

Габлши Z

Матрица показателей F-статисгик Райта и G-статнетик Ней

Локус : Fis : Fit : Fst : Gst

Aat-1

Aat-2

Adh

Gdh

Idh-1

Idh-2

Hdh-l

ШЬ-2

!t3h-3

Sdh

Skdh

6-Pgd-l

6-Pgd-2

Lap-1

Lap-2

Hk

Pg-T-1 Pgm-2 tö

Oia-1 Dia-2 Dia-4 Gpl

Fa

-0. 002 -0. 004 0. ООО 0.000 0. 005 -0. 005 0.000 0.000 -0.005 0.007 0.000 -0.054 0.000 -0. 053 -0.033 0.000 0.075 0.000 -0.230 -0.0-13 0.092 -0.005 0.000 -0. 010

0.018 0. 013 0. ООО

o.oco

0.248 0.021 0.000 0.000 0.021 0.359 O.OCO 0.211 0.000 0.136 0.171 0.000 0.152 0.053 -0.058 0.345 0.2Б1 0.033 0.000 0.272

0. 020 0. 017 O.OCO O.COO 0. 244 0. 026 0.000 0.000 0.026 0. 355 0.000 0. 252 O.OCO 0.179 0. IS? 0.000 0.033 0. 033 0.140 0.374 0.176 0.038 0.000 0. 279

0. OSO 0. 017 O.COO 0.000 0. 381 0.026 0.000 0.000 0.026 0. 355 0. ООО 0. 252 0.000 0.140 0.194 0.000 0. 083 0. 063 0. 203 0. 374 0.176 0.038 0.003 0. 279

-0.011 0.034 0.103 0.109

Главный показатель подраздоленноети - Fst, для всех множественны:-. аллелей подсчитывала« как средневзвешенный по всем исследованным популяциям и варьировал от 0,017 (Aat-2) до 0,374 (Dia-1). Среднее значение Fst составило 0,103 (10,3%). Это говорит о том, что около 90% Есей изменчивости находится внутри популяций ели тяньшанской, а 10, ЗХ приходится на мешгапуляционную изменчивость. Другой показатель, позволяющий оценить подразделенность популяций, - Gst эквивалентен показателю Fst (Hei. 1975) и равнялся, в среднем, 0,109.

Шлученное нами значение Gst оказалось значительно вига, чем в среднем для хвойных, которое равно 6,8Х (Brown, Woran, 1981). В настоящее время, серьезная подразделенность обнарукена только у двух видов елей, шести видов сосен и секвойи гигантской, поскольку на »¿гяпопуляционнуя изменчивость у них приходится от 10 до 22Х (O'Malley et al. , 1979; Fins, Libby, 1982; Steinhcff et al., 1983; Furnier, Adams, 1986;, Miliar et al., 1988; Trenblay, Simon, 1989; Шопа et al., 1990). Однако, следует отметить, что у всех девяти видов были проанализированы популяции между которыми сувдствует пространственная изоляция. По-видимому, и в насей случае, значительная подразделенность связана с определенной обособленностью исследованных популяций, которые отделены друг от друга высокими горными хребтами, вследствие чего, обмен генами между ними затруднен.

Для того, чтобы количественно оценить насколько близки друг к другу исследованные популяции, нами использовался коэффициент генетической дистанции Ней ( Dn), который учтаыЕазт разницу, существующую в частотах всех аллелей (Nei, 1972). Пэлучонныэ значения коэффициентов генетических дистанций по ¿4 генам для 7 популяций P. screnkiana, представлены в таблице 3. Из таблицы видно, что различия между популяциями находятся в пределах от 0,011 до 0,083.

Для наглядного изображения' полученных результатов, на основании невзвепеиного парно-группового метода кластерного анализа, построена дендрограмма ( рис. 3), иллюстрирующая степень иежпопуляционной дифференциации у ели тяньшанской. Как видно из деидрограшы, популяции тяньшанской ели образовали 3 попарных кластера. Интересно отметить, что популяции кадцого кластера входят в один лесосеменной район. Следовательно, полученные нами генетические данные хорошо согласуются с лесосеиенным районированием P. schrenklana ( Дзсосзмекное районирование основных лесообразувщих пород в СССР,1982).

о

о.о-ш 0.0200.0300.040-аозо-О.Обй

№. !/г кы

5Г СЧ

Рис,

Двндрочамш, построенная с ло№щьв „свешенного я^

анализа на основа коэф^шентов Наи ° ^^^ —Да классного

паи, показывавшая ст«п«т.

шшшш. П'ЛЬ гсн°тдчоскоа дафрорен-

Таблица 3

Матрица генетических коэффициентов дистанции по Ней

Популяция

Цц БТ СЧ КШ Ки Тр Хн

Шдео

Ееш-Таш

Сары-Чэлек

Кара-Шоро

Кайынды

Тарсу

йаланаш

0.000 0. 074 0.045 0.031 0.049 0.030 0.031

0.000 0.040 0.051 0.078 0.083 0.059

0.000 0.029 0.053 0.084 0.044

0.000 0.011 0.037 0.022

0.000 0.053 0.038

0.000 0.031 0.000

В целом, дисанция Ней между кластерами достигала 0,06 (рис. 3). Найденное значение характерно для генетически изолированных популяций хвойных в пределах одного вида (Stelnhoff et al., 1983; Furnier, Adams, 1986; Millar et al., 1988; Trenblay, Simon, 1989). В связи с этим, разделение Р. schrenklana на 2 отдельных вида (КозуОов, Муратова, 1986) - ель [фекка (P.schrenkiana) и ель тяньоанская (P. tlanschanlka) - с нашей точки зрения несостоятельно. Так как, популяции Медео и Таре у, считавшиеся елью Шренка отличается от остальных 4 популяций, относимых к ели тяньшанской, не больше, чем последние между собой (табл. 3, рис. 3).

1. В ходе проведенного нами генетического анализа установлено, что 15 ген-ферментных систем у Р. schrenkiana кодируется 24 локусами.

2. Описаны генофонды, выраженные в частотах встречаемости аллелей, в 7 природных популяциях ели тяньшанской.

3. Основные показатели изменчивости у Р. schrenkiana оказались одними из самых низких по роду Picea У ели тяньшанской в полиморфном состоянии находится 46,8Z локусов при средней гетерозиготности особей 11, IX.

4. Анализ подраэдеденности показал, что доля межпопуляционной изменчивости составляет 10,3 - 10,9% от всей обнаруженной аллозимной изменчивости. Для изученных популяций выявлен избыток гетерозиготных

деревьев.

ШВОДЫ

5. Величины генетической дифференциации природных популяций schrenkiana (Dn= 0.011-0.083) характерны для изолированных популяций.

6. Дистанция Ней между Р. schrenkiana и Р. tianschanika не превышала зеличин изолированных популяций, что ке позволяет рассматривать их сак отдельные виды.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1.Гончаренко Г. Г. , Потенко ЕВ, Абдыганыев Н. , Кривко КГ. Параметры генетической изменчивости в природных популяциях ели Шренка Picea schrenkiana Fisch et Mey.//Доклады АН БССР, 1991, Т. 35, N 8, С. 740-744.

2. Потенко Е В, Абдыганыев Е , Кривко В. Г. , Гончаренко Г. Г. Изменчивость и дифференциация в генофонде тяньшанской ели // Охрана лесных экосистем и рационалное использование лесных ресурсов: Тез. докл. , 2-я Всес. Науч. -техн. конф. , Москва, 1991. С. 140.

3. Абдыганыев Н. , Потенко R R Генетико-таксономические взаимоотношения между елями Северного и Западного Тянь-Шаня// Шестой съезд белорусского общества генетикоЕ и селекционеров: Тез. докл. 2-4 июля 1992 г. Горки. 1992. С. 3.

4. Абдыганыев К , Потенко Е В. Филогенетические взаимоотношения между елями обыкновенной и тяньшанской // VI съезд Всесоюзного общества генетиков и селекционеров. 23-26 ноября 1992 г. Минск. 1992.

5. Гончаренко Г. Г. , Потенко К Е. , Абдыганыев Н. Изменчивость и дифф*ренциация в природных популяциях ели тяньшанской// Генетика. 1992. Т. 28. N 11. С. 70-65.

Отпечатаянс: г. Гомель, Институт леса АН Беларуси •Заказ 604. 19Р2 г. Тираж 100 экз.