Population-genetic parameters of Gmelin larch in Eastern Zabaikalje (Chita region).pdf Изучение популяционно-генетической структуры, внутривидового разнообразия и дифференциации популяций основных лесообразующих видов хвойных является одним из приоритетных направлений современной биологии. Генетическое разнообразие является компонентом общего биологического разнообразия, сохранение которого рассматривается наукой в качестве одной из важнейших проблем человечества [1]. Полученные материалы по исследованию генетических процессов, протекающих в природных популяциях, могут иметь не только теоретическое значение для познания закономерностей внутривидовой дифференциации и микроэволюции вида, но и позволят разработать возможные пути сохранения генофонда и селекционного улучшения вида на популяционной основе [2, 3]. Особую актуальность в связи с этим имеет изучение внутривидовой изменчивости основных лесообразующих видов, к числу которых относится и лиственница Гмелина {Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.), генетическое разнообразие которой остается малоизученным. В настоящее время опубликованы лишь отдельные результаты генетических исследований нескольких популяций этого вида из Средней и Восточной Сибири [4-7], Хабаровского края [8]. Отсутствие данных из других районов естественного распространения лиственницы Гмелина не позволяет оценить генетический потенциал вида в целом, степень его внутривидовой дифференциации. Цель данной работы - изучение генетического разнообразия, структуры и степени дифференциации популяций лиственницы Гмелина на территории Восточного Забайкалья (Читинская область). Объекты, материалы и методы исследования В качестве объектов исследования выбраны три природные популяции лиственницы Гмелина, произрастающие в Восточном Забайкалье (Читинская область). Названия популяций, их местоположение и краткие ле-соводственные характеристики представлены в табл. 1. Таблица 1 Название популяцииРайон расположенияГеографические координатыВысота над уровнем моря, мКласс бонитета Возраст, лет «Куанда»Нелятинский лесхоз, пойма р. Куанда56° 19' с. ш. 116° 05' в. д.554V 120-180 «Чара»Чарский лесхоз, окрестности пос. Чара, юго-западный склон хребта Удокан56° 46' с. ш. 118° 16'в. д.950Va 100-140 «Чита»Читинский лесхоз, Сивяковское лесничество, в 40 км юго-западнее г. Читы, на северо-западном склоне хребта Черского51° 51'с. ш. 113° 10'в. д.700-800IV 50 Материалом для исследования послужили семена, собранные с отдельных деревьев. В каждой популяции было проанализировано по 30 деревьев. Перед анализом семена замачивались в дистиллированной воде в течение 24 ч. Затем ткани мегагаметофитов семян гомогенизировались в 1-2 каплях экстрагирующего буфера: 0,05 М Трис-HCl рН 7,7, содержащего дитиотрейтол (0,06%), трилон Б (0,02%) и р-меркаптоэтанол (0,05%). У каждого дерева анализировалось не менее 6 мегагаметофитов. Разделение экстрактов осуществлялось методом горизонтального электрофореза в 12-13%-ном крахмальном геле при температуре 5°С в течение 6 ч при параметрах тока 170 V, 40 гпА в трех буферных системах: трис-цитратной рН 6,2 [9], трис-цитратной рН 8,5 / гидроокись лития-боратной рН 8,1 [10], трис-ЭДТА-боратной рН 8,6 [11]. Составы гелевых и электродных буферов не отличались от рекомендуемых. Гистохимическое окрашивание ферментов после электрофореза проводилось согласно методическим руководствам [12-15] с некоторыми модификациями. Обозначение ферментов, локусов и аллелей производилось по Ф. Айала [16]. Аллели обозначались следующим образом: наиболее часто встречающийся аллель локуса получал цифровой символ 100, остальным аллелям присваивали номера в соответствии с их элек-трофоретической подвижностью относительно аллеля 100, например 132, 105, 95 и т.д. Фенотипически не выраженные аллели обозначались «null». В анализ 193 включено 13 ферментов. Названия этих ферментов, их сокращенные обозначения и классификационные номера [17], а также используемые для разделения каждого из них буферные системы, число идентифицируемых локусов и аллелей приведены в табл. 2. Для определения уровня генетического разнообразия использовались общепринятые в генетико-популяционных исследованиях показатели: процент полиморфных локусов при 95%-ном (Р95) и 100%-ном (Рюо) критериях полиморфности, среднее число аллелей на локус (А), средняя наблюдаемая (Н0) и ожидаемая (Не) гетерозиготность, эффективное число аллелей (Пе) [18]. Для анализа популяционной структуры и под-разделенности исследуемых популяций использовались коэффициенты F-статистик Райта: F1S, Flt, Fst [19]. Количественная оценка степени генетических различий между популяциями проводилась по методу, предложенному М. Ней [20]. Для вьгаисления приведенных выше показателей использовался пакет компьютерных программ POPGEN 1.32 [21]. Результаты В результате электрофоретического анализа 13 ферментных систем в трех популяциях лиственницы Гмелина обнаружен 41 аллельный вариант, находящийся под контролем 22 локусов. Частоты выявленных аллелей представлены в табл. 3. Таблица 2 Ферменты, число идентифицируемых локусов и аллелей, буферные системы, используемые в работе ФерментИдентифицируемый локусЧисло выявленных аллелейБуферная система Малатдегидрогеназа (MDH, 1.1.1.37)Mdh-1 Mdh-2 Mdh-3 Mdh-42 2 3 1I Шикиматдегидрогеназа (SKDH, 1.1.1.25)Skdh-23I 6-фосфоглюконатдегидрогеназа (6-PGD, 1.1.1.44)6-Pgd-l 6-Pgd-22 2I Изоцитратдегидрогеназа (IDH, 1.1.1.42)Idh2I Глутаматоксалоацетаттрансаминаза (GOT, 2.6.1.1)Got-1 Got-2 Got-32 2 2II Лейцинаминопептидаза (LAP, 3.4.11.1)Lap-1 Lap-21 2II Фосфоглюкоизомераза (PGI, 5.3.1.9)Pgi-1 Pgi-21 2II Формиатдегидрогеназа (FDH, 1.2.1.2)Fdh2II Фосфоглюкомутаза (PGM, 2.7.5.1)Pgm-1 Pgm-23 2II Глутаматдегидрогеназа (GDH, 1.4.1.2)Gdh1III Фосфоенолпируваткарбоксилаза (РЕРСА, 4.1.1.31)Pepca2III Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (G-6PD, 1.1.1.49)G-6pd1III Супероксиддисмутаза (SOD, 1.15.1.1)Sod-11III Таблица З Частоты аллелей 22 локусов в популяциях лиственницы Гмелина в Читинской области ЛокусАллельПопуляция «Куанда»«Чара»«Чита» Mdh-1114 1000,033 0,9671,0001,000 Mdh-2112 1001,0000,033 0,9670,033 0,967 Mdh-3113 100 680,017 0,933 0,0500,033 0,933 0,0340,883 0,117 Mdh-41001,0001,0001,000 6Pgd-l100 null1,0000,950 0,0501,000 6Pgd-2100 851,0001,0000,967 0,033 Got-1107 1001,0001,0000,033 0,967 Got-2111 1000,050 0,9500,033 0,9670,050 0,950 Got-3100 460,833 0,1671,0000,967 0,033 Lap-11001,0001,0001,000 Lap-2105 1001,0000,017 0,9830,017 0,983 Idh100 851,0000,983 0,0171,000 Pgi-11001,0001,0001,000 194 Окончание табл. 3 Pgi-2107 1001,0000,017 0,9831,000 Pgm-1107 100 900,117 0,667 0,2170,100 0,683 0,2170,033 0,700 0,267 Pgm-2120 1000,067 0,9331,0001,000 Fdh125 1001,0000,050 0,9501,000 Gdh1001,0001,0001,000 Skdh-2117 100 761,0000,017 0,9830,017 0,933 0,050 Pepca100 801,0001,0000,983 0,017 G-6pd1001,0001,0001,000 Sod-11001,0001,0001,000 Полностью мономорфными оказались локусы Mdh-4, Lap-1, Pgi-1, Gdh, G-6pd, Sod-1, остальные локусы обнаруживают изменчивость хотя бы в одной из изученных популяций. Наиболее высокий уровень полиморфизма имеют локусы Mdh-З и Pgm-1. Локусы 6Pgd-l, Got-2, Got-3, Pgm-2, Fdh, Skdh-2 характеризуются средним уровнем полиморфизма. Следует, однако, отметить, что в отдельных популяциях они могут быть слабополиморфными или даже мономорфными. Mdh-1, Mdh-2, 6Pgd-2, Got-1, Lap-2, Idh, Pgi-2, Pepca относятся к слабополиморфным. Частота наиболее распространенного аллеля у каждого из этих локусов превышает значение 0,95. Это означает, что к полиморфным перечисленные выше локусы можно отнести лишь при 100%-ном критерии полиморфности, при 95%-ном критерии они классифицируются как моно-морфные. Из приведенных в табл. 3 данных видно, что большая часть обнаруженных аллелей 26 (63%) из 41 являются общими для всех изученных популяций лиственницы. Десять редких аллелей {Mdh-1114, 6Pgd-lnu11, 6Pgd-285, Got-1107, Idh85, Pgi-2107, Pgm-2120, Fdh125, Skdh-276, Pepca80) можно рассматривать как уникальные, поскольку они встречаются только в какой-либо одной из популяций. Наибольшее аллельное разнообразие было выявлено в популяциях «Чара» и «Чита». Значения основных показателей генетического полиморфизма, установленные на основании анализа 22 локусов для каждой из включенной в анализ популяций лиственницы Гмелина, приведены в табл. 4. Параметры генетической изменчивости изученных популяций лиственницы Гмелина Таблица 4 ПопуляцииР95, %Рюо, %АюоНоНеПе «Куанда»22,7327,271,36 ±0,140,050 ±0,0260,055 ±0,0261,08 ±0,05 «Чара»18,1845,451,54 ±0,140,045 ±0,0220,049 ±0,0221,07 ±0,04 «Чита»18,1845,451,54 ±0,140,054 ±0,0210,055 ±0,0221,07 ±0,04 В целом по всем популяциям13,6472,731,86 ±0,140,050 ±0,0210,053 ±0,0221,07 ±0,04 Примечание. Р95 - процент полиморфных локусов при 95%-ном критерии полиморфности; Рюо - процент полиморфных локусов при 100%-ном критерии полиморфности; А10о - среднее число аллелей на локус; Н0 - наблюдаемая гетерозиготность; Не - ожидаемая гетерозиготность; пе -эффективное число аллелей; ± - стандартная ошибка. Доля полиморфных локусов при 95%-ном критерии полиморфности (Р95) колеблется в популяциях от 18,18 до 22,73% при 100%-ном критерии (Рюо) - от 27,27 до 45,45%. Среднее число аллелей на локус (А) изменяется от 1,36 до 1,54, эффективное число аллелей (ц) - от 1,07 до 1,08, наблюдаемая (Н0) и ожидаемая (Не) гете-розиготности - от 0,045 до 0,054 и от 0,049 до 0,055 соответственно. В целом для вида в исследуемом регионе эти показатели равны соответственно 13,64%, 72,73%, 1,86, 1,07, 0,050, 0,053 (табл. 4). Наиболее низкие значения показателей гетерозиготности были выявлены у лиственницы из Чарского лесхоза («Чара»), а наиболее высокие - из Сивя-ковского лесничества («Чита») Читинской области. Анализ качественного состава аллелей 22 включенных в исследование ген-ферментных локусов показал, что высокое аллельное разнообразие (Рюо=72,73%), наблюдаемое у читинских популяций, обеспечивается за счет редких аллелей (частота встречаемости менее 5%), которые, в свою очередь, не оказывают существенного влияния на средний уровень наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности. В литературе приводятся различные значения показателей генетического разнообразия лиственницы Гмелина [4-8]. У лиственницы из Хабаровского края, проанализированной по 21-му изоферментному локусу, среднее значение Н0 составило 0,140, Не - 0,129 [8]. Еще более высокие средние значения наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности (Н0= 0,154, Не= 0,158) выявлены при исследовании популяций лиственницы Гмелина в Забайкалье и на Дальнем Востоке [4]. Средние значения ожидаемой и наблюдаемой гетерозиготности для популяций из Эвенкии и Забайкалья [5-7, 22] составили Н0 = 0,100, Не = 0,141. Сравнение показателей генетической изменчивости, по- 195 Значения показателей F-статистик Райта и результаты х^-теста на гетерогенность аллельных частот лученных в вышеупомянутых публикациях с оценками в данной работе, затруднительно, поскольку существенно отличаются методики проведения исследований и анализируемые наборы локусов. Для определения степени подразделенности изученных популяций использовали коэффициенты F- статистики, предложенные С. Райтом [19, 23]. Значения коэффициентов инбридинга особи относительно популяции Fjs, инбридинга особи относительно вида Flt и инбридинга популяции относительно вида Fst, рассчитанных для каждого из проанализированных локусов лиственницы Гмелина и в целом для вида, представлены в табл. 5. Таблица 5 ЛокусЧисло аллелейFisFi,Fs,%2-тест Mdh-12-0,0345-0,01120,02254,045(2) Mdh-22-0,0345-0,02270,01142,045(2) Mdh-33-0,0896-0,07530,01315,609(4) 6-Pgd-l2-0,0526-0,01690,03396,102(2)* 6-Pgd-22-0,0345-0,01120,02254,045(2) Got-12-0,0345-0,01120,02254,045(2) Got-220,47600,47670,00150,262(2) Got-320,22080,28570,083315,000(2)*** Lap-22-0,0169-0,01120,00561,011(2) Idh2-0,0169-0,00560,01122,011(2) Pgi-22-0,0169-0,00560,01122,011(2) Pgm-130,00630,01060,00433,277(4) Pgm-22-0,0714-0,02270,04558,182(2)* Fdh2-0,0526-0,01690,03396,102(2)* Skdh-23-0,0490-0,02160,02617,149(4) Pepca2-0,0169-0,00560,01122,011(2) По совокупности локусов0,03620,05490,019572,907(38)" Примечание. В скобках указано число степеней свободы. Различия достоверны при уровнях значимости * р

Скачать электронную версию публикации