Популяційно-генетична мінливість трьох корінних видів роду Рinus l. в українських Карпатах і Розточчі - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИРобота виконана у відділі промислової ботаніки Донецького ботанічного саду НАН України. Науковий керівник: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Коршиков Іван Іванович, Донецький ботанічний сад НАН України, завідуючий відділом. Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Терновська Тамара Костянтинівна, Інститут агроекології та біотехнології УААН; доктор біологічних наук, професор Царик Йосип Володимирович, Інститут екології Карпат НАН України, завідуючий відділом популяційної екології. Захист відбудеться 22.05.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.202.01. при Інституті клітинної біології і генетичної інженерії НАН України за адресою: 03143, м.Для вивчення популяційно-генетичної мінливості виду широко і з успіхом застосовуються як молекулярно-генетичні маркери первинні продукти спадкового коду организмів - білки, що розділяються методом електрофорезу (Созинов, 1985; Алтухов, 1989, Глазко, Созинов, 1993). За допомогою ізоферментного маркування зясовані особливості генетичних структур популяцій десятків видів деревних рослин, особливо хвойних, їх диференціація у межах ареалів у різних еколого-географічних зонах континентів планети, проведено критико-систематичний аналіз для окремих родів, а також вивчений звязок алозимної мінливості з мінливістю деяких господарсько-селекційних ознак (Алтухов, 1989; Шурхал и др., 1993; Millar et al., 1988; Ledig et al., 1983). З цих позицій важливим є вивчення в Українських Карпатах, найбільш залісненому районі нашої держави, реліктових популяцій сосни звичайної (Pinus sylvestris L.), генетична мінливість яких частково вже досліджувалась (Гончаренко и др., 1993; Волосянчук, 1996), а також популяцій рідкісних видів хвойних, котрі знаходяться на межах своїх ареалів, - сосни гірської (Pinus mugo Turra) та сосни кедрової європейської (Pinus cembra L.), які у високогірї відіграють важливу грунтозахисну і водорегулюючу роль. Мета досліджень - на основі аналізу мінливості 20-21 алозимного локусу визначити особливості генетичної структури та диференціації реліктових популяцій P. sylvestris, суходільних і болотних популяцій P. mugo та популяції P. cembra у Карпатському регіоні України (Українські Карпати, Розточчя); вияснити філогенетичні взаємозвязки між цими видами та вираженість деяких морфометричних і репродуктивних показників залежно від індивідуальної гетерозиготності. виявити особливості генетичної структури і диференціації суходільних і болотних популяцій P. mugo, реліктових популяцій P. sylvestris Українських Карпат і природних популяцій Розточчя, а також зясувати генетичну структуру популяції P. cembra;ПОЛІМОРФІЗМ БІЛКІВ ЯК ОСНОВНИЙ ПРЕДМЕТ В АНАЛІЗІ ПОПУЛЯЦІЙНО-ГЕНЕТИЧНОЇ РІЗНОМАНІТНОСТІ ВИДУ (огляд літератури)У Карпатському регіоні (Україньські Карпати і Розточчя) визначені основні параметри генетичної мінливості 5 болотних і суходільних популяцій P. mugo, 4 популяцій, включаючи реліктові, P. sylvestris і однієї популяції P. cembra з використанням як молекулярно-генетичних маркерів ізоферментів 9-10 ферментних систем. На основі електрофоретичного аналізу встановлений генетичний контроль ADH, GOT, GDH, SOD, FDH, MDH, DIA, LAP, ACP для цих видів та ще IDH для P. mugo. Кількість мономорфних і доля поліморфних локусів, алельне і генотипічне представництво у розрахунку на локус було відповідно таким: P. sylvestris - 5; 62,9%; 2,013; 3,20; P. mugo - 6; 61,9%; 2,104; 3,81; P. cembra - 10; 52,4%; 1,667; 2,05. Середні рівні наявної та очікуваної гетерозиготності, що складають для P. sylvestris - 0,192 і 0,187; P. mugo - 0,209 і 0,213; для P. cembra - 0,159 і 0,145, знаходилися у межах значень, які описані для популяцій цих видів із інших частин ареалів. Реліктові популяції P. sylvestris Українських Карпат відрізняються від популяцій цього виду у Розточчі дещо меншим алельним і генотипічним представництвом і невеликим дефіцитом гетерозигот.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. У Карпатському регіоні (Україньські Карпати і Розточчя) визначені основні параметри генетичної мінливості 5 болотних і суходільних популяцій P. mugo, 4 популяцій, включаючи реліктові, P. sylvestris і однієї популяції P. cembra з використанням як молекулярно-генетичних маркерів ізоферментів 9-10 ферментних систем. На основі електрофоретичного аналізу встановлений генетичний контроль ADH, GOT, GDH, SOD, FDH, MDH, DIA, LAP, ACP для цих видів та ще IDH для P. mugo. Ідентифіковані алельні варіанти за 20 локусами у P. sylvestris і за 21 локусом у P. cembra і P. mugo використані для зясування генетичної структури і ступеня диференціації популяцій цих видів.

2. Для маргінальних популяцій вивчених видів характерні високі значення основних показників генетичного поліморфізму. Кількість мономорфних і доля поліморфних локусів, алельне і генотипічне представництво у розрахунку на локус було відповідно таким: P. sylvestris - 5; 62,9%; 2,013; 3,20; P. mugo - 6; 61,9%; 2,104; 3,81; P. cembra - 10; 52,4%; 1,667; 2,05.

3. Середні рівні наявної та очікуваної гетерозиготності, що складають для P. sylvestris - 0,192 і 0,187; P. mugo - 0,209 і 0,213; для P. cembra - 0,159 і 0,145, знаходилися у межах значень, які описані для популяцій цих видів із інших частин ареалів. Більшість популяцій вивчених видів знаходилися у стані генетичної рівноваги згідно закону Харді-Вайнберга.

4. У P. mugo 96,8%, а у P. sylvestris 97,8% генетичної мінливості припадає на внутріпопуляційну. Внесок окремих поліморфних локусів у генетичну диференціацію популяцій цих видів був нерівнозначним, складаючи від 1,1% (Adh-1) до 10,9% (Dia-4) у сосни звичайної і від 0,5% (Adh-1) до 10,6% (Mdh-4) у сосни гірської.

5. Реліктові популяції P. sylvestris Українських Карпат відрізняються від популяцій цього виду у Розточчі дещо меншим алельним і генотипічним представництвом і невеликим дефіцитом гетерозигот. Для локальних популяцій P. mugo властиві більш високі значення коефіцієнта генетичної дистанції Нея (DN=0,011 - 0,032), ніж для популяцій P. sylvestris (DN=0,005 - 0,011). Найменш диференційованими були популяції P. sylvestris у Розточчі (DN=0,005) і болотні популяції P. mugo (DN=0,011).

6. Кластеризація популяцій P. sylvestris і P. mugo за коефіцієнтами генетичної дистанції Нея відображає їх диференціацію в залежності від еколого-географічних особливостей районів розташування.

7. Аналіз філогенетичних взаємовідносин, проведений за даними алозимної мінливості, показав, що рівень дивергенції між P. sylvestris і P. mugo у суміжних ареалах Карпатського регіону знаходиться на нижній межі, характерній для підсекції Sylvestris роду Pinus L.. Фіксація альтернативних алелів у цих видів виявлена тільки за одним локусом - Mdh-3. Між P. cembra і двома представниками підсекції Sylvestris суттєві генетичні відмінності виявлені за 11 із 20 вивчених спільних локусів.

8. У дослідженнях міжпопуляційної мінливості 12 натурних і розрахункових показників, що характеризують процес статевої репродукції у P. sylvestris і P. mugo, встановлено, що болотні популяції обох видів відрізнялися більш високою насіннєвою продуктивністю у розрахунку на одну шишку, ніж суходільні.

9. У груп рослин P. sylvestris і P. mugo з низькою і високою гетерозиготністю не виявлено суттєвих кількісних відмінностей за вивченими репродуктивними показниками. Встановлено, що рослинам P. sylvestris і P. mugo, які розрізняються за формою шишок (індекс), властиві і певні генетичні відмінності. Індекс форми шишки рекомендований як простий феномаркер для вияснення популяційної структури і міжвидових відмінностей генетично близьких видів хвойних.

1. Пирко Я. В. Аллозимный полиморфизм глутаматдегидрогеназы и глутаматоксало-ацетаттрансаминазы в пыльце и мегагаметофитах семян сосны горной Pinus montana Mill. // Вісник проблем біології і медицини. - 1999. - Вип. 11. - С. 50-56.

2. Коршиков И. И., Бутыльская Л. А., Бычков С. А., Великоридько Т. И., Пирко Я. В., Скидан Е. М., Тунда С. Н. Генетический полиморфизм малатдегидрогеназы у некоторых представителей рода Pinus L. // Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 1999. - Вип. 6.- С. 119-123.

3. Пірко Я.В. Генетичний контроль ізоферментів сосни гірської (Pinus mugo Turra) в природних популяціях Українських Карпат // Цитология и генетика. - 2000. -Т.34, N 5. - С. 26-32.

4. Коршиков И.И., Терлыга Н.С., Бутыльская Л.А., Бычков С.А., Великоридько Т.И., Коба В.П., Скидан Е.М., Пирко Я.В., Тунда С.Н., Фоменко Г.Е. Анализ сцепления аллозимных локусов GOT и GDH у коренных представителей рода Pinus L. в Украине // Бюл. Никит. ботан. сада. - 2000. - Вып. 76. - С. 75 - 77.

5. Коршиков И. И., Великоридько Т. И., Терлыга Н. С., Бычков С. А., Пирко Я. В., Калафат Л. А., Скидан Е. М., Тунда С. Н., Чемерис Е. В., Фоменко Г. Е. Генетический полиморфизм формиатдегидрогеназы у пяти представителей рода Pinus L.// Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 2000. - Вип. 8. - С. 44 - 49.

6. Коршиков И.И., Калафат Л.А., Пирко Я.В., Великоридько Т.И. Генетическая дифференциация Pinus sylvestris L. в разных геоботанических районах Украины // Доп. НАН України.- 2001.- N 4.- С. 179-182.

7. Пирко Я.В. Генетический полиморфизм сосны горной (Pinus montana Mill.) в дендрарии Донецкого ботанического сада // Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку. Матер.третьої міжнародної конференції, 3-5 вересня 1998 р. - Донецьк, 1998. - С.288.

8. Pirko Y. Isozyme variation and genetic diversity of Pinus montana Mill. in the Ukrainian Carpathian region // Abstracts of contributed papers, presented at the joint 1999 meeting of the Botanical Society of America.- Suppl. to Amer. Journ. Bot.-1999.-Vol.86, N6.-P.613.

9. Пірко Я.В. Використання ізоферментів пилку у вивченні генетичного поліморфізму хвойних на прикладі сосни гірської (Pinus montana Mill.) // Актуальні питання ботаніки та екології. Матер. конф. молодих вчених-ботаніків України. 14-17 вересня 1999 р. - Ніжин, 1999. - С. 123.

10. Пирко Я.В., Шляхов Р.С., Чемерис Е.В. Оценка генетического разнообразия и состояния генофонда сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в Карпатском регионе // Х Всеукр. наук. конф. аспірантів та студентів.11-13 квітня 2000 р. Зб. доп.- Донецьк, 2000. - С.54 - 55.

11. Коршиков I.I., Пірко Я.В. Популяційно-генетична мінливість представників роду Pinus L. в Карпатському національному природному парку та за його межами // Національні природні парки: проблеми становлення i розвитку. Матер. Міжнар. наук.- практ. конф. 14-17 вересня 2000 р.- Яремче, 2000.- С. 164-167.

12. Пирко Я.В.Генетическая изменчивость сосны кедровой европейской Pinus cembra L. в природных популяциях Украинских Карпат // Тез. доп. VII Конф. молодих вчених. "Проблеми фізіології рослин i генетики на рубежі третього тисячоліття", 18-20 жовтня 2000 p.- Київ, 2000. - С.105.