Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Популяционно-генетическое исследование сосны обыкновенной (PINUS SYLVESTRIS L.), и анализ ее таксономических и филогенетических взаимоотношений с близкородственными видами

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Популяционно-генетическое исследование сосны обыкновенной (PINUS SYLVESTRIS L.), и анализ ее таксономических и филогенетических взаимоотношений с близкородственными видами"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ГЕНЕТИКИ И ЦИТОЛОГИИ

УДК 575.1:630*165:630*174

СИЛИН АРКАДИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (PINUSSYLVESTRIS L.) И АНАЛИЗ ЕЕ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ И ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИХ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ С БЛИЗКОРОДСТВЕННЫМИ ВИДАМИ

03.00.15 - генетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Минск - 1998

Работа выполнена в Институте леса Национальной Академии Наук Беларуси

Научные руководители: Член-корреспондент НАНБ,

доктор биологических наук, профессор Гончаренко Г. Г.

Академик НАНБ,

доктор биологических наук, профессор Хотылева Л. В.

Официальные оппоненты: Член-корреспондент НАНБ,

доктор биологических наук, профессор Решетников В.Н.

Доктор биологических наук Моссэ И.Б.

Оппонирующая организация: Институт биологии развития

им. Н.К. Кольцова РАН (г. Москва)

Защита состоится 30 июня 1998 г. в 1400 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д. 01.31.01. в Институте генетики и цитологии Национальной Академии наук Беларуси по адресу: 220072, г. Минск, улица Академическая, 27.

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

Автореферат разослан "_" мая 1998 г.

Ученый секретарь

Совета по защаите диссертаций

кандидат биологических наук

Л.А.Тарутина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Одной из центральных проблем лесной генетики и селекции является изучение генетической структуры основных лесо-ообразуюпхих и хозяйственно-ценных пород, к которым, в первую очередь, относятся хвойные виды. Кроме этого, в последнее время все более пристальное внимание уделяется вопросам сохранения генетических ресурсов, которые могут быть решены только на основе анализа микроэволюционных процессов в природных популяциях, включая точную оценку запаса генетической изменчивости, степени подразделенное™ и дифференциации.

Применение традиционных методов генетического анализа с использованием фенотипических признаков, хорошо зарекомендовавших себя в генетике и селекции большинства сельскохозяйственных культур, для лесных древесных растений оказалось практически невозможным в силу длительного цикла развития этих видов, что потребовало разработки и внедрение в лесную генетику принципиально новых экспериментальных методов анализа. В настоящий момент одним из наиболее информативных и оптимальных для широкомасштабных популяционно-гене-тических исследований является элекгрофоретический анализ изоферментов, которые представляют собой внутриклеточные продукты отдельных генов. Использование изоферментов в качестве моногенно и кодоминантно наследующихся генетических маркеров позволяет оценивать такие параметры, как доля полиморфных локусов в генофонде популяций и гетерозиготных локусов - в геноме отдельных особей, степень подразделености вида на субпопуляции, а также генетическую дистанцию и интенсивность потока генов между этими субпопуляциями.

К настоящему времени в странах Западной и Северной Европы, а также США, Канаде, Австралии, Израиле, Японии, Корее с использованием изоферментного метода развернуты широкомасштабные исследования более чем 50 видов хвойных пород, что дает возможность выполнять не только прикладные лесохозяйствен-ные задачи, но и вплотную подойти к решению ряда фундаментальных вопросов, включая изучение микроэволюционных процессов в популяциях, разработку стратегий сохранения генетических ресурсов различных видов хвойных, а также анализ сложных таксономических и филогенетических проблем (Yeh, Layton, 1979; Brown, Moran, 1981; Wheeler et al., 1983; Ledig, 1986; Millar et al., 1988; Hamrick, 1989; Millar, Westfall, 1992; Hamrick et al., 1992; Raja et al., 1997).

В то же время, генетические исследования хвойных на территории Беларуси и сопредельных государств начаты сравнительно недавно и их крайне мало. Что же касается представителей рода Pirms, то генетический анализ наиболее полно проведен только для кедровых сосен (Гончаренко и др., 1987, 1988, 1991, 1992а, б; Крутовский и др., 1988, 1990). В связи с этим популяционно-генетические исследования сосны обыкновенной P.sylvestris L., являющейся главным структурным

компонентом светлохвойных лесов бывшего Советского Союза, а также анализ ее таксономических и филогенетических взаимоотношений с близкородственными видами приобретают особую актуальность.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Диссертационная работа выполнена в Институте леса НАН Беларуси в ходе исследований по следующим фундаментальным темам и программам: "Провести разработку мо-лекулярно-генетических методов изоферментного маркирования хвойных пород" (1989-1991 № госрегистрации II.2.11), "Исследование и разработка генетико-се-лекционных методов для создания теоретических основ лесовосстановления и лесоразведения" (1991-1995 гг. № госрегистрации 19951416). Работа также выполнялась при поддержке фонда Сороса в рамках программы "Анализ генетических ресурсов еловых и сосновых пород бывшего Советского Союза" (RW 2000, 1994 г.)

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось на основе анализа 21-24 локусов провести исследование генетической структуры и уровня подразделенности, дифференциации и генного потока в природных популяциях сосны обыкновенной на территории Беларуси и сопредельных государств, решить некоторые сложные вопросы внутривидовой систематики P.sylvestris, а также проанализировать ее таксономические и филогенетические взаимоотношения с близкородственными видами P.mugo, P.nigra и P.funebris. Конкретными задачами исследования были:

1. Подбор условий для электрофоретического выявления ферментов и установление их генного контроля у Rsylvestris, P.mugo, P.nigra и P.funebris.

2. Описание генофонда P.sylvestris, выраженного в частотах встречаемости аллельных вариантов, и определение уровня генетической изменчивости в природных популяциях P.sylvestris.

3. Анализ подразделенности и интенсивности генного потока в популяциях сосны обыкновенной.

4. Оценка степени генетической дифференциации как между отдельными популяциями, так и между различными формами P.sylvestris.

5. Определение величины генетических различий между P.sylvestris, P.mugo, P.nigra и P.funebris с последующей оценкой их таксономических и филогенетических взаимоотношений.

Научная новизна полученных результатов. Впервые проведено исследование генетической структуры популяций сосны обыкновенной, произрастающих на территории от Беларуси до дальневосточного региона России. Даны оценки подразделенности, интенсивности генного потока и дифференциации для центральных и краевых популяций с использованием в анализе различных форм сосны обыкновенной. Впервые на основе большого набора генов (более 20) оценены с генетических позиций таксономические и филогенетические взаимоотношения между четырьмя видами сосен подсекции Sylvestres - P.sylvestris, P.mugo, P.nigra и P.funebris.

Практическая значимость полученных результатов. Данные о генетической структуре, уровне изменчивости и дифференциации как в конкретных популяциях, так и для вида P.sylvestris в целом, могут быть использованы в мероприятиях по сохранению генетического разнообразия этой ценной лесообразуюшей породы, генетической паспортизации лесосеменных плантаций и различных селекционных объектов.

Знания о внутривидовой систематике сосны обыкновенной, а также ее таксономических и филогенетических взаимоотношениях с близкородственными видами сосен, полученные на основании генетического анализа, позволят скорректировать стратегию сохранения и восстановления биологического разнообразия в пределах рода Pirtus на территории Восточной Европы и Сибири.

Экономическая значимость полученных результатов. Точные знания о запасе генетической изменчивости и структурированности природных популяций сосны обыкновенной дадут возможность воссоздавать генетически полноценные насаждения при лесовосстановлении и лесоразведении. Эти данные могут быть использованы в различных генетико-селекционных программах, а также в лесном семеноводстве.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- Выявленный уровень генетического полиморфизма позволяет рассматривать сосну обыкновенную как вид, обладающий наиболее ботатым генофондом среди других представителей рода Pirtus-,

- Восточно-европейские и сибирские популяции сосны обыкновенной имеют единый генофонд, несмотря на удаленность и изолированность некоторых из них;

- Из семи проанализированных форм сосны обыкновенной только hamata имеет генетические отличия, позволяющие выделить ее в отдельный внутривидовой таксон;

- Среди четырех проанализированных видов сосен подсекции Sylvestres филогенетически наиболее близки P. sylvestris и P. mago, которые являются молодыми видами; P. funebris представляет собой ветвь, филогенетически отделившуюся от P. sylvestris и P. mago на более ранней стадии. Сосна черная по отношению к сосне обыкновенной является четким видом, обособившимся не только филогенетически, но и репродуктивно.

Личный вклад соискателя. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены непосредственно автором в лаборатории генетики леса ИЛ НАНБ. В сборе экспериментального материала и его анализе также принимали участие с.н.с. Падутов А.Е. и м.н.с. Болсун С.И., которых автор благодарит за помощь в работе. Автор особо благодарит кандидата биологических наук, в.н.с. Па-дутова В.Е. за разностороннюю помощь при выполнении диссертации и обсуждении ее результатов.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались на VI съезде БОГиС (Горки, 1991), Международной научно-практической

конференции "Проблемы сохранения биологического разнообразия Беларуси" (Минск, 1993), Республиканской конференции "Современные проблемы генетики и селекции" (Минск, 1995), Международной конференции IPGRI "Проблемы изучения и сохранения генетических ресурсов лесных древесных видов на территории бывшего Советского Союза" (Беловежская пуща, 1996), Международной научно-практической конференции "Генетика - на службе лесу" (Воронеж, 1996).

Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ общим объемом 342 страницы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, 3-х глав, включающих обзор состояния проблемы по данным литературы, материалы и методы исследования, результаты и их обсуждение, а также заключена, выводов и списка цитируемой литературы, который содержит 264 наименований, в т. ч. 183 на иностранных языках. Работа изложена на 131 странице, проиллюстрирована 22 рисунками, 14 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы н методы исследований

Семенной материал для популяционно-генетического анализа был взят с 895 деревьев сосны обыкновенной Р. sylvestris L. в 29-ти природных популяциях из восточно-европейской и сибирской частей ареала, с 203 деревьев из восьми природных популяций сосны черной Р. nigra Arn., произрастающих в районах горного Крыма, с 68 деревьев сосны горной Р. mugo Turra из трех природных популяций в Восточных Карпатах, с 10 деревьев сосны могильной P. funebris Кот. из одной популяции, произрастающей на Дальнем Востоке в районе оз. Ханка (рис. 1).

Для определения генотипа отдельного дерева исследовалось от 8-ми до 20-ти эндоспермов семян и несколько зародышей по каждому локусу. Эндоспермы и зародыши выбирались случайно из выборки, насчитывающей не менее 100 семян, которые были извлечены из 5-10 шишек, собранных с различных частей кроны.

В нашем исследовании генетическая символика основана на принципах и правилах, изложенных в работе Пракаша с соавторами (Prakash et al., 1969). Обозначение фермента составляется из наиболее употребляемого его названия в сокращенном виде прописными латинскими буквами. Обозначение локуса, кодирующего фермент; отличается только тем, что из всех букв, входящих в аббревиатуру локуса заглавной остается первая, а все остальные заменяются на строчные (IDH -Idh). В случае, если фермент кодируется несколькими неаллельными генами, изо-ферменты, кроме буквенных обозначений получили номера в порядке уменьшения электрофоретической подвижности изоферментов (PGM-1 и PGM-2).

Для обозначения аллельных изоферментов (аллозимов), а также кодирующих их аллельных генов, использованы цифровые символы, пишущиеся в надстрочни-ке и отражающие относительную электрофоретическую подвижность. В нашем

I - Пяозеро (Пз), 2 - Архангельск (Ах), 3 - Тукумус (Тк), 4 - Подсвилье (Пд), 5 - Марковичи (Мр), 6 - Альберпш (Ал), 7 - Полесье (Пл), 8,9,10 - Беловежская Пуща-1,2,3 (БП-1, БП-2, БП-3),

II - Турова дача (ТД), 12 - Выгодская (Вг), 13 - Мизуньская (Мз), 14 - Зеленская (Зл), 15 -Гор ганская (Гр), 16-Курский бор (КБ), 17 - Новомосковск™ бор (НБ), 18 - Усманский бор (УБ), 19 - Шебекино (Шб), 20 - Славянск (Сл), 21 - Хвалынск (Хв), 22 - Жнгупевск (Жг), 23 - Вингапур (Вп), 24 - Караульное (Кр), 25 - Уярское (Уя), 26 - Свободный (Св), 27-29 - кавказско-крымской формы сосны обыкновенной; сосны горной ( ■ ), сосны черной ( i ) и сосны могильной (■*•)

иследовании символом 1.00 обозначался аллель данного гена, наиболее часто встречающийся в природных популяциях сосны обыкновенной. Все другие аллели этого же локуса, как у сосны обыкновенной, так и у остальных исследуемых видов, обозначались в соответствии с электрофоретической подвижностью их аллозимов по сравнению с аллелем 1.00.

Изоферменты изучаемых видов сосен были исследованы методом электрофореза в крахмальном геле. В состав геля, кроме буферного раствора, входили 1314% гидролизованный крахмал и 10% сахароза. Электрофорез проводили в вертикальных и горизонтальных камерах на блоках размером 210x180x10 мм. Анализируемую ткань (эндосперм или зародыш) гомогенизировали в 120 мкл экстрагирующего раствора следующего состава: 1% тритон Х-100 и 0,02% Р-меркаптоэтанол в водном растворе. Гомогенатом пропитывали полоски ватмана ЗММ (8x5мм), которые помещали в стартовые щели гелевых блоков.

По результатам предварительного исследования установлено, что оптимальным для анализа всех используемых в работе изоферментов является применение трех буферных систем: А) трис-ЭДТА-боратная буферная система (Гончаренко и др., 1984). Б) трис-цитрат / трис-HCl прерывистая буферная система (Гончаренко, Потенко, 1990) и В) трис-цитратная буферная система (Adams, Joly, 1980).

Таблица 1.

Исследовавшиеся ген-ферментные системы, их условное обозначение и используемые для анализа буферные системы

Аббреви- Кодовый Используемая

Фермент атура номер буферная система

Аконитаза ACO 4.2.1.3. В

Аспартатаминотрансфераза ААТ 2.6.1.1. А Б

Алкогольдегидрогеназа ADH 1.1.1.1. А

Глутаматдегидрогеназа GDH 1.4.1.2. А

Глюкозофосфатизомераза GPI 5.3.1.9. Б, В

Диафораза DIA 1.6.4.3. Б

Изоцитратдегидрогеназа IDH 1.1.1.42. Б

Лейцинаминопептидаза LAP 3.4.11.1. А Б

Малатдегидрогеназа MDH 1.1.1.37. Б, В

Фосфоглюкомутаза PGM 2.7.5.1. А

Флуоресцентная эстераза Fl-EST 3.1.1.2. АБ

6-Фосфоглюконатдегидрогеназа 6-PGD 1.1.1.44. Б, В

Сорбитолдегидрогеназа SDH 1.1.1.14. А

Кислая фосфатаза ACPH 3.1.3.2. В

В каждой буферной системе проводилось элекгрофоретическое фракционирование ферментов, указанных в таблице 1.

Для выявления ферментов использовали общепринятые прописи (Корочкин и др., 1977; Harris, Hopkinson, 1978; Conkle et al., 1982; Cheliak, Pitel, 1984; Гонча-ренко и др., 1989) с небольшими модификациями.

Для определения генотипа дерева исследовалось от 8 до 20 эндоспермов и по нескольку зародышей по каждому локусу. При этом вероятность ошибки правильного определения генотипа была меньше 1%, в соответствии с формулой Р=0,5Ы, где к - число проанализированных эндоспермов.

Проверка достоверности отклонения наблюдаемого расщепления аллельных вариантов от ожидаемого соотношения 1:1 осуществлялась при помощи метода %2. Для определения уровня генетической изменчивости использовали следующие показатели: доля полиморфных локусов (Р), среднее число аллелей на локус (А), а также средняя гетерозиготность (Не - ожидаемая и Н0 - наблюдаемая). Для анализа степени подразделенности природных популяций использовались коэффициенты, предложенные Райтом (F-статистики) и Ней (G-статистики) (Wright, 1965; Nei, 1975). Интенсивность генного потока (Nem) между популяциями (число мигрантов на поколение) определялась двумя способами - при помощи значения Fsth с использованием уникальных аллелей (Slatkin, 1985; Barton, Slatkin, 1986). Степень генетической дифференциации природных популяций, внутривидовых форм, а также различных видов определяли с использованием коэффициента генетической дистанции (Dn), который был разработан Ней (Nei, 1972). Эволюционные дендрог-раммы строились с помощью парногруппового метода кластерного анализа UPGMA

(Sneath, Sokal, 1973). Время дивергенции (t) исследуемых популяций, а также таксонов различного ранга рассчитывлось по Ней (Nei, 1975).

Результаты и обсуждение

Описание использованных в исследовании ген-ферментных систем

В результате проведенного исследования установлено, что 14 ферментных систем, использованных для анализа сосны обыкновенной, сосны горной, сосны черной и сосны могильной кодируются 24 различными генами. Подробный ход анализа ген-ферментных систем и установление их генетической детерминации представлен в ряде наших публикаций (Гончаренко и др., 1993а; Гончаренко, Силин, 1997; Goncharenko et al., 1994, 19956; Silin, Goncharenko, 1996).

Популяпионно-генетический анализ сосны обыкновенной

В процессе исследований природных популяций сосны обыкновенной использованы 11 ген-ферментных систем. В целом было обнаружено 94 различных элек-трофоретических варианта, которые, как показал генетический анализ, находятся под контролем 21 локуса. Все выявленные электрофоретические аллельные варианты и их относительная электрофоретическая подвижность наглядно изображены на рис. 2.

Для оценки генетической структуры были рассчитаны частоты встречаемости аллелей в каждой из исследованных популяций и у P.sylvestris в целом. В большинстве популяций практически в каждом локусе преобладает наиболее общий аллель 1.00, что указывает на сходство генетических структур исследованных популяций, несмотря на изолированность и географическую удаленность некоторых го них.

Интересно, что из 94 аллелей, найденных в природных популяциях сосны обыкновенной, 38 оказались редкими, так как их частота для вида в целом составляет менее 1%. При этом, 11 аллелей из числа редких встретились только в какой-либо одной популяции, т. е. являются уникальными. Следует отметить, что уникальные аллели в равной степени присутствуют как в краевых, так и в центральных популяциях P.sylvestris. Наличие большого количества редких и уникальных аллелей, по-видимому, является отражением микроэволюционных процессов, активно происходящих в популяциях сосны обыкновенной.

Для определения уровня генетической изменчивости были рассчитаны значения основных показателей генетического полиморфизма. Величины этих показателей представлены в таблице 2. Как видно из таблицы, доля полиморфных локу-сов по 99% критерию в популяциях сосны обыкновенной из Восточной Европы и Сибири колеблется в пределах от 0,667 до 0,952. Интересно отметить, что серьезных различий между центральными и краевыми популяциями Восточной Европы по данному показателю обнаружено не было. В то же время значение в центральных популяциях колеблется от 76,2 до 95,2%, а в краевых - от 71,4 до 90,5%,

ФЕРМЕНТ

ЛОКУС

относительная подвюкносгь

Старт

А AT ADH GDH GPI FL-EST

ll 2 1 3 1 1 2

0 0 85 1.00 1.2ol 0 1 00 1.10 1 25 I.40I 0,80 1 00 1 90 3 0 0 5.50 0 0 80 1 00 МО 1.20 lo 0.30 0.70 1 00 1 60 0.70 1.00 1.30 1.40 0.95 1 00 1.15 1.25 0.30 0.40 0.70 0 95 1.001 05

• • 1 1

©

ФЕРМЕНТ DiA LAP 6-PDH PGM IDII

ЛОКУС 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 2

относительная 0 0.85 0.90 1.00 1.20j 0.80 0 95 1,00 1.15 0 0.95 100 l.Oij 0 0.95 1.00 1.05 1.10 0.85 0.95 1.00 1.05 1.301 0 0.80 0.90 0.95 1 00 0.90095 1 00 1.051 0 095 1 00 1 10 1.00

Старт 1 • 1 1 1 1 1 1 1 1 ~ 1 1 •

ФЕРМЕНТ

ЛОКУС относительная подвижность

Старт

MDH

О' 0 0.80 1.00 1.10

О'0 0.70 0.90 1.00 1.20

I

СО

0

100 3 00 6.50 8 00

©

0

Рис. 2. Схематическое изображение и обозначение электрофоретических аллельных вариантов 21 локуса Р. sylvestris

4

Таблица 2.

Значения основных показателей генетического полиморфизма в природных популяциях Р. sylvestris

Доля полиморфных Среднее число Средняя

Популяции локусов аллелей на локус гетерозиготность

P« А А,., Н с Н о

Пяозеро Ц* 0,619 0,762 2,381 2,381 0,249 0,263

Архангельск ц 0,714 0,810 2,476 2,476 0,267 0,246

Тукумус ц 0,667 0,857 2,762 2,762 0,265 0,285

Подсвилье Ц 0,762 0,905 2,952 2,476 0,297 0,276

Марковичи Ц 0,762 0,905 2,667 2,667 0,315 0,368

Альбертин Ц 0,714 0,810 2,476 2,381 0,296 0,332

Полесье ц 0,762 0,905 2,619 2,619 0,297 0,265

Беловежская пуща-1 ц 0,714 0,810 2,571 2,571 0,261 0,256

Беловежская пуща-2 ц 0,667 0,952 2,667 2,667 0,260 0,284

Беловежская пуща-3 ц 0,762 0,857 2,571 2,571 0,286 0,311

Турова дача к 0,762 0,905 2,619 2,619 0,297 0,267

Выгодская к 0,619 0,810 2,333 2,333 0,271 0,284

Мизуньская к 0,810 0,905 2,524 2,524 0,262 0,273

Зеленская к 0,714 0,762 2,143 2,143 0,254 0,236

Горганская к 0,667 0,714 2,143 2,143 0,227 0,232

Курский бор к 0,714 0,762 2,286 2,286 0,295 0,282

Новомосковский бор к 0,714 0,905 2,571 2,571 0,305 0,305

Усманский бор к 0,571 0,857 2,429 2,429 0,261 0,282

Славянск к 0,762 0,857 2,524 2,524 0,279 0,271

Хвалынск к 0,714 0,857 2,667 2,667 0,270 0,239

Жигулевск к 0,619 0,905 2,524 2,524 0,267 0,280

Шебекино к 0,667 0,714 2,000 2,000 0,256 0,282

Вингапур с 0,571 0,810 2,333 2,333 0,238 0,224

Караульное с 0,667 0,714 1,952 1,952 0,261 0,271

Уярское с 0,619 0,714 2,048 2,048 0,236 0,227

Свободный с 0,571 0,667 1,905 1,905 0,217 0,198

В целом по виду 0,714 0,857 4,476 2,667 0,283 0,275

Примечание. * - ц - центральные популяции восточно-европейской части ареала, к -краевые популяции восточно-европейской части ареала, с - популяции из сибирского региона

что указывает на наличие несколько большей изменчивости в основной части ареала Сходная тенденция сохраняется и по другим параметрам изменчивости.

Кроме 22 популяций Восточной Европы в ходе нашего исследования были проанализированы и 4 популяции из сибирского региона распространения сосны обыкновенной. Оказалось, что у всех сибирских популяций показатель полиморф-

N 8 "

7 .

6 5 4

- не

0,1 0.2 0^3

Рис. 3. Распределение значений параметра ожидаемой гетерозиготносги у сосен, проанализированных по 20 и более генам. N - количество видов, Н= -средняя ожидаемая гетерозиготность

ности не превышает 81%, значения Нс и Н0 только в одной популяции достигают величины 26,1 и 27,1% соответственно, а среднее число аллелей на локус во всех случаях было не больше 2,333 (табл. 2). Иными словами, сибирские популяции в целом обладают более низкими параметрами генетической изменчивости по сравнению как с центральными, так и изолированными популяциями Восточной Европы.

Рассчитанные для вида значения параметров изменчивости говорят о том, что в целом сосна обыкновенная на изученной территории обладает огромным запасом генетической изменчивости, поскольку у нее более 85% локусов находится в полиморфном состоянии, количество аллелей на локус достигает 4,476, а каждое дерево в среднем гетерозиготно более чем по 28% своих генов.

Полученные величины генетического полиморфизма природных популяций сосны обыкновенной в целом соответствуют данным об уровне изменчивости данного вида из других частей его ареала (Кт1осЬ е! а1., 1986).

При сравнении сосны обыкновенной по такому показателю как средняя ожидаемая гетерозиготность с другими видами сосен, проанализированными в настоящее время по 20 и более генам (рис. 3), становится ясным, что Р.ху/ге.ипх относится к наиболее изменчивым представителям рода Рш;«.

В ходе исследования уровень подразделенности природных популяций сосны обыкновенной определяли с использованием Р-статистики Райта и в-статистики Ней. Значение коэффициента инбридинга особи относительно популяции (Р,3) в среднем по виду составило -0,010. Отрицательное среднее значение говорит о некотором избытке гетерозигот в популяциях сосны обыкновенной. В то же время

значение FIT (коэффициент инбридинга особи относительно вида в целом) в среднем равнялось 0.018, что указывает на 1,8% незначительный недостаток гетерози-гот у P.sylrestris в целом. Величины этих двух показателей свидетельствуют о том. что изученные популяции P.sylrestris находятся практически в состоянии равновесия по Харди-Вайнбергу. Параметры FST и GST, определяющие подразделенность. имеют невысокие значения - 0,028 и 0,034 соответственно, и это указывает на то, что около 97% всей изменчивости находится внутри популяций сосны обыкновенной и только около 3% приходится на межпопуляционную изменчивость. Следовательно, несмотря на географическую удаленность и изолированность ряда проанализированных популяций, их генетическая структура, по крайней мере в изучаемой части ареала, в целом однородна.

Величина генного потока, рассчитанного двумя различными способами, оказалась достаточно высокой и по оценке с использованием FST составила 8,68, а по уникальным аллелям - 13,11 мигрантов на особь на поколете. Из полученных данных следует, что популяции сосны обыкновенной, несмотря на удаленность и изолированность некоторых из них, интенсивно обмениваются в настоящее время или обменивались в недалеком прошлом генетическим материалом и, вследствие этого, имеют сходные генофонды.

Степень генетической дифференциации для всех исследованных популяций P.sylrestris установлена на основании коэффициентов дистанции Ней (Nei, 1972). В среднем, дистанция Ней цля всех пар популяций составила 0,016.

Используя значения коэффициентов генетической дистанции Ней (Nei, 1972), посредством невзвешенного парно-групповой метода кластерного анализа (UPGiMA), построена дендрограмма (рис. 4), позволяющая проиллюстрировать степень межпопуляционной дифференциации у сосны обыкновенной. Как видно из рисунка, проанализированные популяции P.sylvestris Восточной Европы и Сибири разбиваются на две группы, одна из которых содержит 24 популяции, а несколько обособившаяся другая - только две. Проведенная кластеризация не выявила закономерностей в распределении популяций на дендрограмме в зависимости от их географического расположения. Так. популяции из непрерывной части восточно-европейского ареала не отделились от краевых изолятов и не образовали собственный единый кластер. Например, наиболее близкими на дендрограмме оказались популяции Тукумус (центральная) и Усманский бор (краевая), а также Беловежская пуща-3 (центральная) и Хвалынск (краевая). Кроме того, из четырех сибирских популяций в отдельный кластер объединились только две - Караульное и Уярское. Популяция Вингапур попала в другой кластер вместе с двумя восточноевропейскими, а популяция Свободный, образовав на дендрограмме собственную ветвь с дистанцией 0,022, отделилась от обшей группы (рис. 4). Исходя из географического расположения, можно было ожидать обособления пяти карпатских популяций (ТД, ВГ, МЗ, 3JI. ГР), которые имеют собственную историю и в настоящее

Dn Шб'Зл Гр Вп Ач БП1 Пj Мз Жг НБ Сл Пл Вг ТД УБ Тк БП2 Пл БГВ Хв Al Мр КБ Кр Уя Св 0,000-1

0,0050,0100,0150,0200,0250,0300,035-

и

4J¿

j

j

Рис. 4. Дендрограмма, построенная на основании коэффициентов генетической дистанции Ней (ps), показывающая степень генетической дифференциации 26 природных популяций Р. sylvestris

Примечание. ' - ШБ - Шебекино, 3JI - Зеленская, ГР - Горганская, ВП - Вингапур, АХ -Архангельск, БП1 - Беловежская пуща-1, ПЗ - Пяозеро, МЗ - Мизуньская, ЖГ- Жигулевск, НБ - Новомосковский бор, CJI - Славянск, ПЛ - Полесье, ВГ - Выгодская, ТД - Турова Дача, УБ - Усманский бор, ТК - Тукумус, БП2 - Беловежская пуща-2, ПД - Подсвилье, БПЗ -Беловежская пуща-3, ХВ - Хвалынск, АЛ - Албергин, МР - Марковичи, КБ - Курский бор, УЯ - Уярское, СВ - Свободный, KP - Караульное

время географически удалены от остальных восточно-европейских популяций. Однако в результате кластеризации оказалось, что эти популяции дисперсно разбросаны по всей дендрограмме (рис. 4). Причем одна из них - Зеленская, вошла в состав несколько обособленного отдельного кластера вместе с популяцией Шебеки-но, представляющей собой изолированный меловой бор.

Величины выявленной в исследовании генетической дистанции, которые оценивают степень дифференциации проанализированных популяций сосны обыкновенной, в целом характерны для географически связанных популяций в пределах одного вида сосен (Guríes, Ledig, 1982; Dancik, Yeh, 1983; Woods et al., 1983; Gullberg et al„ 1985; Ross, Hawkins, 1986; Wheeler, Guríes, 1987; Goncharenko et al., 1993 a, b; Kim et al., 1994). Полученные нами данные по генетической дифферренциации указывают на существенное генетическое сходство между проанализированными популяциями сосны обыкновенной, несмотря на географическую удаленность и изолированность некоторых из них.

В целом, в результате проведенной работы показано, что популяции P.sylvestris обладают огромным запасом генетической изменчивости, которая, по-видимому, объясняет высокую экологическую пластичность данного вида и говорит о его большом эволюционном потенциале. Рассчитанные параметры подразделенности, по-

тока генов и генетической дистанции указывают на существование единого генофонда в изученной части ареала сосны обыкновенной.

Решение некоторых сложных вопросов внутривидовой таксономии сосны обыкновенной

Генетико-таксономическое исследование сосны обыкновенной производилось путем сравнительного анализа семи различных форм, таксономический статус которых не имеет однозначной оценки и неоднократно оспаривался. В нашей работе для анализа был использован материал из 10 природных популяций сосны лесной (sylvestris), 5 популяций сосны карпатской (carpatica), 1 популяции сосны рижской (rigensis), 2 популяций сосны лапландской (lapponica), 4 популяций сосны меловой (cretacea), 4 популяций сосны сибирской (sibirica), 3 популяций сосны крючковатой (hamata).

Для каждой формы были рассчитаны частоты встречаемости всех выявленных аллельных вариантов по 24 локусам. При сравнительном анализе аллельных частот оказалось, что б исследованных форм: sylvestris, carpatica, rigensis, lapponica, cretacea и sibirica, имеют очень близкие генетические структуры, поскольку их аллельные частоты по всем локусам практически не различаются. В то же время форма hamata имела ряд отличий от остальных форм по таким локусам, как Aat-3, Dia-2, Mdh-З и 6-Pgd-l. В этом отношении показательным является локус Dia-2, где наряду с наиболее общим аллелем, аллели 1.05 и 0.80 также встречались с достаточно высокой частотой. Первый из них полностью отсутствует у всех других популяций сосны обыкновенной, а второй встречается только в одной популяции у сосны меловой и в одной у сосны лесной. Причем его частота даже в этих популяциях не превышает 1%, в то время как у hamata достигает 25%.

Для оценки уровня генетической дифференциации мы применили коэффициенты генетической дистанции Ней (Nei, 1972), на основании которых с использованием невзвешенного парно-группового метода кластерного анализа (UPGMA) построена дендрограмма (рис. 5), наглядно демонстрирующая степень генетической дифференциации у форм сосны обыкновенной. Из дендрограммы хорошо видно, что 6 форм объединились в тесный кластер с генетической дистанцией, не превышающей 0,008. Это указывает на наличие единого генофонда у шести форм Р. sylvestris и не дает основания выделить ни одну из них в отдельный таксон. Данное заключение особенно существенно в отношении формы cretacea, которую некоторые исследователи рассматривают как самостоятельный вид Р. cretacea (Лыпа, 1955; Машкин, 1971; Артамонов, 1989).

Из семи проанализированных нами форм сосны обыкновенной на дендрог-рамме четко обособилась только hamata. Дистанция Ней, равная 0,024 (рис. 5), и существенные различия по локусу Dia-2 между ней и остальными формами позволяют рассматривать hamata как четко генетически обособившуюся географическую расу сосны обыкновенной и дают основания придать ей статус отдельного

Dn iura. sib. lap. cret. car. svl. ng. 0,000"'

0,0050,0100,0150,0200,025-

Рнс. 5. Дендрограмма, построенная на основании коэффициентов генетической дистанции Ней (Dn), показывающая степень генетической дифференциации для 7 форм Р. sylvestris

внутривидового таксона. В то же время, эти генетические различия не столь велики, чтобы выделять ее в отдельный вид, как предлагает ряд исследователей (Комаров, 1934; Новиков, 1967; Бобров, 1978).

Анализ филогенетических и таксономических взаимоотношений Р. sylvestris с близкородственными видами сосен

В данное исследование эволюционных и филогенетических взаимоотношений четырех близкородственных видов двухвойных сосен был включен материал 29 природных популяций сосны обыкновенной, 8 популяций сосны черной, 3 популяций сосны горной и 1 популяции сосны могильной. Месторасположения всех проанализированных популяций указаны на рис. 1.

Для каждого вида были рассчитаны частоты встречаемости всех выявленных аллельных вариантов по 24 локусам. Исходя из анализа аллельных частот оказалось, что наиболее близкими генетическими структурами обладают сосна обыкновенная и сосна горная. По 18 проанализированным локусам между ними практически не наблюдалось каких-либо различий. В то же время по шести локусам -Adh-1, Adh-2, Mdh-3, 6-Pgd-l, 6-Pgd-2 и Dia-2, была выявлена существенная дифференциация. При этом, по двум из них - Adh-1 и Adh-2, наметилась серьезная тенденция к фиксации альтернативных аллелей. Иными словами, Р. sylvestris и Р. mugo имеют тенденцию к формированию двух качественно различающихся генов.

Несколько более существенная дифференциация наблюдается между сосной обыкновенной и сосной могильной, поскольку серьезные различия в частотах встречаемости аллелей отмечены по восьми локусам - Aat-2, Adh-1, Gdh, Dia-2, Pgm-2, Mdh-3, 6-Pgd-l и Mdh-4. По двум из них - 6-Pgd-l и Mdh-З выявлена тенденция к закреплению альтернативных аллелей, поскольку у Р. funebris аллель б-Pgd-l095 был полностью фиксирован, а Mdh-З070 имел частоту 95%. в то время как у Р. sylvestris в этих локусах преобладал аллель 1.00.

шу

Сосна черная также имеет существенные отличия от сосны обыкновенной. Наиболее ярко они проявляются в практически полной фиксации альтернативных аллелей по локусам Adh-1 и Dia-2. Следовательно, различия между P. nigra и Р. sylvestris по этим локусам достигли качественного уровня, так как вероятность наличия деревьев разных видов с одинаковыми генотипами не превышает 1% по Dia-2 и 5% по Adh-1. Кроме двух качественно различающихся генов (диагностических), существенные отличия P. nigra от Р. sylvestris выявлены также в локусах 6-Pgd-l и \idh-4, по которым между двумя видами наметилась тенденция к формированию качественно различающихся генов. К этому следует добавить, что разница в частотах аллеля 1.00 по таким локусам, как Pgm-2, Mdh-2 и Mdh-3 между сосной черной и сосной обыкновенной достигает 44,4,50,6 и 52,8% соответственно.

Для более точной количественной оценю! генетической дифференциации между двухвойными соснами мы использовали коэффициенты дистанции Ней (Nei, 1972), на основании которых, используя невзвешенный парно-групповой метод кластерного анализа, построена дендрограмма (рис. 6), наглядно демонстрирующая степень генетической дифференциации четырех проанализированных видов сосен. На межвидовой дендрограмме наиболее близкими видами оказались Р. sylvestris и Р. mugo, которые объединились с дистанцией 0,141. Довольно низкое значение DN между морфологически сильно различающимися Р. mugo и Р. sylvestris и, что более важно, отсутствие диагностических локусов может являться следствием обмена генами между ними, что в определенной степени подтверждает данные о наличии естественных гибридов, встречающихся в местах совместного произрастания двух видов (Правдин.1964; Mejnartovvicz, Bergmann, 1985; Filppula et al., 1992). С другой стороны, малая величина дистанции Ней может указывать на

D„

P.fun. P.svl. P. mug.

0,000

0,100-

0,200-

P.nig. Тыс. лет 0

- 500

- 1000

Рис. 6. Дендрограмма. построенная на основании коэффициентов генетической дистанции Ней (Ох), показывающая степень генетической дифференциации и время дивергенции по Неи (1975) для 4 видов сосен из подсекции Sy/vestres

относительно недавнюю дивергенцию двух видов, в ходе которой генетическая дифференциация еще не привела к полной фиксации альтернативных аллелей. Следующим видом, подсоединившимся к паре Rsylvestris-P.mugo, с DN. равной 0,171, стала P. funebris (рис. 6). По мнению Боброва (1978), сосна могильная возникла в результате гибридизации между Л sylvestris и P. densiflora. Несмотря на 8 генов, по которым между сосной могильной и сосной обыкновенной имеются существенные отличия, ни по одному из них виды не различаются качественно. Косвенно это . может свидетельствовать в пользу гибридного происхождения Р. funebris. Замкнула кластер на дендрограмме P. nigra, с дистанцией Ней, достигшей 0,187 (рис. 6). Полученные нами данные говорят о том, что сосна черная и сосна обыкновенная являются четко различающимися видами, а наличие двух диагностических генов однозначно указывает на отсутствие гибридизации между ними в природных популяциях, по крайней мере - на территории Крымского полуострова, где эти виды произрастают совместно.

Используя возможность определять время дивергенции таксонов (t) на основании значений DN, мы оценили, что Р. sylvestris и Р. mugo отделились друг от друга, исходя из временной шкалы Ней (Nei, 1975), около 700 тыс. лет назад (рис. 6), что хорошо соответствует палеонтологическим данным. В соответствии с временной шкалой Р. funebris отделилась от ветви Р. sylvestris-P. mugo более 850 тыс. лет (рис. 6). К сожалению, в настоящее время мы не располагаем какими-либо палеонтологическими данными относительно времени обособления сосны могильной. Однако такие данные имеются для сосны черной. Известно, что P. nigra произошла от P. thomasiana, которая еще в доледниковый период была самостоятельным видом и занимала обширные пространства на евразийском континенте (Горбунов, 1958; Правдин, 1964). Рассчитанное время дивергенции для Р. sylvestris и P. nigra составляет по Ней 1975 года более 930 тыс. лет (рис. 6). Следовательно, здесь, как и в случае разделения Р. sylvestris и Р. mugo, значение t хорошо соответствует палеоботаническим данным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе на основе анализа 21-24 локусов проведено исследование генетической структуры, уровня подразделенное™, дифференциации и генного потока в природных популяциях сосны обыкновенной на территории Беларуси и сопредельных государств. С генетической точки зрения решены некоторые сложные вопросы внутривидовой систематики P.sylvestris, а также проанализированы ее таксономические и филогенетические взаимоотношения с близкородственными видами Р.mugo, P. nigra и Р.funebris.

В ходе исследования показано, что сосна обыкновенная на изученной территории обладает огромным запасом генетической изменчивости (Падутау i i mu. 1992; Гончаренко и др., 1993а, б, 1995, 1996а, б, в; Гончаренко, Силин, 1995, 1997; Goncharenko et al., 1994, 1995, 1997, 1998). Более 85% локусов у P.sylvestris находится в полиморфном состоянии, количество аллелей на локус достигает 4,476, а

каждое дерево в среднем гетерозиготно более чем по 28% своих генов. Эти данные позволяют считать сосну обыкновенную наиболее полиморфным видом среди представителей рода Pinns, проанализированных в настоящее время по 20 и более локусам (Гончаренко, Силин, 1997).

Анализ подразделенное™ позволил установить, что, несмотря на географическую удаленность и изолированность ряда проанализированных популяций сосны обыкновенной, их генетическая структура, по крайней мере в изучаемой части ареала, в целом однородна, поскольку около 97% всей изменчивости находится внутри популяций и только около 3% приходится на межпопуляционную изменчивость (Гончаренко и др., 1993а; Гончаренко, Силин, 1997; Goncharenko et al., 1994). В результате анализа установлено, что между проанализированными популяциями происходит интенсивный обмен генами, эквивалентный 8-13 мигрантам на поколение.

Рассчитанные коэффициенты генетической дистанции Ней не выявили какой-либо зависимости генетической дистанции от изолированности или удаленности исследованых популяций, а низкие значения D4. указывают на существенное генетическое сходство между ними (Гончаренко и др., 1993а; Гончаренко, Силин, 1997; Goncharenko et al., 1994).

Проведен генетический анализ семи различных форм сосны обыкновенной (sylvestris, carpatica, rigensis, lapponica, cretacea, sibirica, hamata), которым ранее придавался различный таксономический статус, достигающий в некоторых случая видового ранга. Оказалось, что только hamata имеет генетические основания для выделения ее в отдельный внутривидовой таксон P.sylvestris (Гончаренко, Силин, 1997; Goncharenko et al., 1995). Ранее описанный видовой статус сосны меловой Р. cretacea с генетической точки зрения является несостоятельным (Гончаренко и др., 19916; Гончаренко, Силин, 1997; Goncharenko et al., 1995).

Среди четырех проанализированных видов сосен подсекции Sylvestres филогенетически оказались наиболее близки Р. sylvestris и Р. mugo, в то время как P. funebris представляет собой ветвь, филогенетически отделившуюся от Р. sylvestris и Р. mugo на более ранней стадии. Сосна черная по отношению к сосне обыкновенной является четким видом, обособившимся не только филогенетически, но и, учитывая наличие диагностических генов, репродуктивно, по крайней мере на территории Крымского полуострова (Гончаренко, Силин, 1997; Goncharenko et al., 1995).

Выводы

1. В ходе проведенного нами анализа установлено, что 14 ген-ферментных систем у сосны обыкновенной, сосны горной, сосны могильной и сосны черной кодируются 24 локусами.

2. Популяционно-генетическое исследование сосны обыкновенной, основанное на анализе 21 гена в 26 природных популяциях, позволило выявить 94 различных аллельных варианта, тридцать восемь из которых оказались редкими, а одиннадцать из них - уникальными. Основные показатели генетического полиморфизма у P.sylvestris оказались одними из самых высоких среди сосен, проанализиро-

ванных в настоящее время по 20 и более локусам. Доля полиморфных генов составила 86%, среднее число аллелей на локус равнялось 4,5, а каждое дерево в среднем гетерозиготно по 28% своих структурньк генов.

3. Анализ подразделенное™ показал, что, несмотря на удаленность и изолированность ряда проанализированных популяций, на долю межпопуляционной изменчивое™ приходится лишь около 3% всей аллозимной изменчивое™, имеющейся у сосны обыкновенной. Интенсивность генного потока по данным, полученным двумя различными способами, составила 9 и 13 мигрантов на особь на поколение.

4. Анализ генетической дифференциации 26 природных популяций сосны обыкновенной не выявил каких-либо закономерностей между величиной генетической дистанции и, как удаленностью, так и степенью их изолированное™. Значение Dn для всех исследованных популяций P. sylvestris составило 0,016, что соответствует величине генетической дистанции, установленной ранее для географически связанных популяций в пределах одного вида сосен.

5. На основе 24 локусов проведен генетический анализ семи различных форм сосны обыкновенной, которым ранее придавался различный таксономический статус, достигающий в некоторых случаях видового ранга. Оказалось, что только hamata имеет генетические основания для выделения ее в отдельный внутривидовой таксон P.sylvestris.

6. Среди четырех проанализированных видов сосен подсекции Sylvestres филогенетически оказались наиболее близки P. sylvestris и P. rnugo; P. funebris представляет собой ветвь, филогенетически отделившуюся от P. sylvestris и P. mugo на более ранней стадии; сосна черная по отношению к сосне обыкновенной является четким видом, обособившимся не только филогенетически, но и репродуктивно.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Гончаренно Г.Г., Силин А.Е. Популяционная и эволюционная генетика сосен Восточной Европы и Сибири. - Минск: Тэхналогтя, 1997. - 192 с.

Статьи

1. Гончаренюо Г.Г., Паоутов В.Е., Силин А.Е., Чернодубов А.Н., Исаков Ю.Н., Камалова И.И. Генетическая структура популяций сосны обыкновенной (Pimis sylvestris L.) и сосны меловой (Pinns cretacea Kalen.) и их таксономические взаимоотношения//Докл. АН СССР. -1991. - Т. 319. N. 5. - С. 1230-1234.

2. Падутау В.Е., Сшн А.Е., ЛазараваМ.С., ГанчарэнкаГ.Г. Параметры генетыч-най змешпвасш i дыференцыяцыя прыродных i штучнай папуляцый xboî звычайнай (Pinus sylvestris L.) у Беларуа// Вест АН Беларусь - 1992. - N 5-6. - С. 72-76.

3. Гончаренко Г.Г., Силин А.Е., Паоутов В.Е. Исследование генетической структуры и уровня дифференциации у Pinus sylvestris L. в центральных и краевых популяциях Восточной Европы и Сибири//Генетика. - 1993. - Т. 29. N 12. - С. 2019-2038.

4. Goncharenko G.G., Silin A.E., Padutov V.E. Allozyme Variation in Natural Populations of Eurasian Pines. IlI.Population Structure, Diversity, Differentiation and

Gene Flow in Central and Isolated Populations of Finns sylvestris L. in Eastern Europe and Siberia// Silvae Genetica. - 1994. - V. 43. N 2-3. - P. 119-132.

5. Goncharenko G.G., Silin A.E., Padutov V.E. Intra- and interspecific genetic differentiation in closely related pines from Pimis subsection Sylveslres (Pinacea) in the former Soviet Union// Plant Systematic and Evolution. - 1995. - V. 194. - P. 39-54.

6. Гончареню Г.Г., Волосянчук P.T., Силин A.E., Ядык P.M. Уровень генетической изменчивости и дифференциации у сосны обыкновенной в природной популяции украинских Карпат// Докл. АН Беларуси. - 1995. - Т. 39. N 1. - С. 71-76.

7. Goncharenko G.G., Padutov V.E., Silin А.Е., Padutov A.E. Genetic resources of pine, spruce, and fir species of the former Soviet Union// Proceedings of the European Forest Genetic Resources Workshop, November 1995, Sopron. - Rome, Arbora Publisher.

8. Гончареню ГГ., Дробышевская В В., Силин А.Е., Падугов B E. Генетические ресурсы сосен России и сопредельных государств// Докл. АН России. - 1996. - Т. 346. N3. - С. 419 - 423.

9. Silin А.Е., Goncharenko G.G. Allozyme Variation in Natural Population of Eurasian Pines. IV. Population Structure Genetics Variation in Geographically Related and Isolated Populations of Finns nigra Arnold on the Crimean Peninsula// Silvae Genetica. - 1996. V. 45. N2-3. -P67-75.

10. Гончареню Г.Г., Падутов A.E., Падутов B E., Силин A.E., Болсун С И. Определение генетического разнообразия основных лесообразуюгцих и редких древесных видов ГНП "Беловежская пуща"// Сохранение биологического ранообразия лесов Беловежской пущи. - Каменюки-Минск, 1996. Стр. 141-160.

11. Goncharenko G.G., Padutov А.Е., Padutov V.E, Silin A.E., Bolsun S.I. Genetic diversity in selected key forest spicies in the Belovezhskaya Pushcha National Park// Belovezhskaya Pushcha Forest Biodiversity Conservation. - Minsk, 1997. P.156-167.

12. Goncharenko G. G., Silin A. E., Padutov A. E., Padutov V. E. Genetic resources of pine, spruce and fir species of the former Soviet Union: analysis of their gene pools, phylogenetic relationships and genome organization// Proc. IPGRI Workshop "Sustainable Forest Genetic Resources Programmes in the Independent States of the Former USSR", September 1996, Belovezhskaja puscha. - Rome, Arbora Publisher. - 1998. - 16 p.

Тезисы докладов

1. Силин A.E. Генетическая структура природных популяций P.pallasiam Asch., Graebn// VI съезд БелОГИС: Тез. докл. Горки, 1991. - С. 21.

2. Гончареню Г.Г.,Падутов В.Е., Потеню В.В., Силин А.Е. Генетические ресурсы основных структурных компонентов, составляющих лесные ценозы Беларуси// Проблемы сохранения биологического разнообразия Беларуси: Тез. докл. межд. науч.-пракг. юнф. - Минск, 1993. - С. 70-71.

3. Гончареню Г.Г., Силин А.Е. Состояние генетических ресурсов и таксономические взаимоотношения у двухвойных сосен Евразии// Современные проблемы генетики и селекции: Тез. докл. республ. юнф. - Минск, 1995. - С.13.

4. Гончареню Г.Г., Падутов В.Е., Силин А.Е. Оценка состояния генетических ресурсов в природных популяциях сосен и елей СНГ// Междунар. науч.-пракг. юнфер. "Генетика и селекция на службе лесу"(Воронеж, 28-29 июня, 1996г.). Тез. докл. - Воронеж, 1996. - С. 6.

РЭЗЮМЭ

Сшн Аркадзь AyreHaBi4

Папуляцыйна-генетычнае даследаванне сасны звычайнай Pinus sylvestris L. i анал!з яе таксана,\пчных i фшагенетычных узаемаадносш з блпкароднасным1 вшами

Ключавыя словы: ¡заферменты, генетычная змешпвасць, падраздзеленасць, паток генау, генетычная дыстанцыя, час дьшергенцьп, Pinus sylvestris L, P. mugo Tuira, P. funebris Kom., P. nigra Am.

Метадам крухмальнага гель-элекграфарэза праанал1 завала 14 ген-фер-ментных cicT3M, кадыруючых 24 ¡заферментных локусы Pinus sylvestris, P. mugo, P. funebris, P. nigra.

У ходзе даследаванняу 26 прьфодных папуляцый Р. sylvestris установлена, пгго дадзены вщ на тэрыторьп Усходняй Еуропы i Cioipu валодае вял1ым запасам генетычнай змешйвасш, пакольк1 у яго больш 85% локусау знаходзщца у пал1морфным стане, колькасць алеляу на локус дасягае 4,476, а кожнае дрэва у сярэдшм гетэраз1готнае больш чым па 28% ceaix генау.

Анашз падраздзеленасщ паказау, што каля 97% усей генетычнай змешпвасш Р. sylvestris знаходзщца унутры папуляцый i толыа каля 3% даводзщца на м1жпапуляцыйную змешпвасць.

1нтэнс1унасць геннага патока паниж праанал1заваньип папуляцыям1 Р. sylvestris разл1чана двумарозньиц cnocaôaiii i складае 8-13 Mirpawray на пакаленне.

Выяулены шзи узровень генетычнай дыферэнцыяцьп прыродных папуляцый Р. sylvestris, негледзячы на ¡заляванасць i аддаленасць шэрагу з ix. Сярэдняя ве:нчыня дыстанцьп Hai склада 0,016.

У вышку анашза cямi розных форм сасны звычайнай (sylvestris, carpatica, rigensis, lapponica, cretacea, sibirica, hamata), яим раней прыдавауся розны таксанам1чны статус, паказана, што толыа hamata мае генетычную падставу для выдзялення яе у асобны унутрывщавы таксон Р. sylvestris.

Вызначана ступень генетычнай роднасщ чатырох вщау сосен падсекцьп Sylvestres - Pinus sylvestris, P. mugo, P. funebris, P. nigra. Фшагенетычна найбольш бл1зи\и з'явшсь Pinus sylvestris i P. mugo, y той час кати P. funebris уяуляе сабой галшу, якая фшагенетычна ад дзялшась ад Pinus sylvestris i P. mugo на больш ранняй стадьп, а Р. nigra з'яуляецца найбольш генетычна адасобленым гидам у адносшах да Р. sylvestris. Разл1чаны час дьшергенцьп вывучаных вщау у цэлым супадае з палеанталапчньай даныш.

РЕЗЮМЕ

Силин Аркадий Евгеньевич

Популяционно-генетическое исследование сосны обыкновенной Pitius sylvestris L. и анализ ее таксономических и филогенетических взаимоотношений с близкородственными видами.

Ключевые слова: Изоферменты, генетическая изменчивость, подразделен-ность. поток генов, генетическая дистанция, время дивергенции, Pinns sylvestris L., P. mugo Turra, P.flmebris Kom., P.nigra Am.

Методом крахмального гель-элекгрофореза проанализировано 14 ген-ферментных систем, кодирующих 24 изоферментных локуса Pinns sylvestris, P. mugo, P.funebris, P.nigra.

В ходе исследования 26 природных популяций Р. sylvestris установлено, что данный вид на территории Восточой Европы и Сибири обладает большим запасом генетической изменчивости, поскольку у него более 85% локусов находится в полиморфном состоянии, количество аллелей на локус достигает 4,476, а каждое дерево в среднем гетерозиготно более чем по 28% своих генов.

Анализ подразделенное™ показал, что около 97% всей генетической изменчивое™ Р. sylvestris находится внутри популяций и только около 3% приходится на межпопуляционную изменчивость.

Интенсивность генного потока между проанализированными популяциями Р. sylvestris рассчитана двумя различными способами и составляет 8-13 мигрантов на поколение.

Выявлен низкий уровень генетической дифференциации природных популяций Р. sylvestris, несмотря на изолированность и удаленость ряда из них. Средняя величина дистанции Ней составила 0,016.

В результате анализа семи различных форм сосны обыкновенной (sylvestris, carpatica, rigensis, lapponica, cretacea, sibirica, hamata), которым ранее придавался различный таксономический статус, показано, что только hamata имеет генетические основания для выделения ее в отдельный внутривидовой таксон P.sylvestris.

Определена степень генетического родства четырех видов сосен подсекции Sylvestres - Р. sylvestris, P. mugo, P. funebris и Р. nigra. Филогенетически наиболее близкими оказались Р. sylvestris и P. mugo, в то время как Р. funebris представляет собой ветвь, филогенетически отделившуюся от Р. sylvestris и P. mugo на более ранней стадии, а Р. nigra является наиболее генетически обособленным видом по отношению к Р. sylvestris. Рассчитанное время дивергенции изученных видов в целом совпадает с палеонтологическими данными.

SUMMARY

Silin Arkadi Evgen'evich

Population and genetic investigation of Scotch pine (Pinus sylvestris L.) and analysis of its taxonomic and phylogenetic relationships with closely related species

Key words: isozymes, genetic variation, gene diversity, gene flow, genetic distance, time of divergence, Pinus sylvestris L., P. mugo Turra, P. funebris Kom., P. nigra Am.

Fourteen gene-enzyme systems encoding 24 isozyme loci of Pinus sylvestris, P. mugo, P. funebris and P. nigra were analyzed by starch-gel electrophoresis. Our study of 26 natural populations of P. sylvestris show that in Eastern Europe and Siberia this species has a high level of genetic variation because more than 85% of the loci are polymorphic, the number of alleles per locus is 4.476 and 28% of genes within each tree are heterozygous.

Analysis of genetic diversity shows that 97% of the total genetic diversity is contained within populations of P. sylvestris only about 3% is due to interpopulation diversity.

The level of gene flow among the P. sylvesrtis populations surveyed was estimated by two methods. The number of migrants per generation is 8 to 13.

The degree of genetic differentiation among the natural P. sylvestris populations is low regardless of the fact that some of them are geographically isolated from the main range and are away from one another. The average Nei's distance among them is 0.016.

In the analysis of the seven forms of Scotch pine (sylvestris, carpatica, rigensis, lapponica, cretacea, sibirica and hamata) that were given different taxonomic rankings it became evident that hamata alone can genetically be regarded as a distinct intraspecific taxon off! sylvestris.

The degree of affinity between the four pine species of the subsection Sylvestres, P. sylvestris, P. mugo, P. funebris, and P. nigra, was estimated. Phylogenetically, P. sylvestris appeared to be the closest to P. mugo, while P. funebris separated from P. sylvestris and P. mugo at the earlier stages. Regarding P. nigra and P. sylvestris, these are the most divergent species. The estimated time of divergence corresponds well withpaleobotanical data.