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

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ КЛІТИННОЇ БІОЛОГІЇ І ГЕНЕТИЧНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ

ПІРКО Ярослав Васильович

УДК 575:581.9:634.946:711.1(477.60)

ПОПУЛЯЦІЙНО-ГЕНЕТИЧНА МІНЛИВІСТЬ ТРЬОХ КОРІННИХ ВИДІВ РОДУ PINUS L. В УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТАХ І РОЗТОЧЧІ

03.00.15. - генетика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ - 2001



Дисертацією є рукопис

Робота 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.

Провідна установа: Дніпропетровський національний університет, м. Дніпропетровськ.

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. Київ, вул. Заболотного, 148.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту клітинної біології і генетичної інженерії НАН України (03143, Київ, вул. Заболотного, 148).

Автореферат розісланий 20.04.2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат біологічних наук Науменко В.Д.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В глобальній проблемі збереження біологічної різноманітності актуальним завданням є дослідження внутрівидового та міжвидового генетичного поліморфізму. 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 з'ясовані 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 зв'язок алозимної мінливості з мінливістю деяких господарсько-селекційних ознак (Алтухов, 1989; Шурхал и др., 1993; Millar et al., 1988; Ledig et al., 1983). Особливий інтерес для популяційно-генетичних досліджень представляють реліктові популяції видів, в яких повною мірою повинні зберігатися еволюційно сформовані генетичні структури (Алтухов и др., 1996), котрі вважаються "еталонами" для ведення лісового господарства за принципом "постійний ліс" (Стойко, Мазур, 1999). Такі дослідження необхідні для розробки державних і міжнародних програм щодо збереження та відтворення генофондів цінних, часто перебуваючих на межі зникнення лісових видів. 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 високогір'ї відіграють важливу грунтозахисну і водорегулюючу роль.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано у відділі промислової ботаніки Донецького ботанічного саду НАН України. Дослідження є складовою частиною бюджетної теми: "Вивчення популяційно-генетичних механізмів стійкості хвойних у зв'язку з проблемами охорони їх генофонду, лісорозведенням і фітомоніторингом в Україні" (ГР NO198U002101).

Мета та завдання дослідження. 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 взаємозв'язки між цими видами та вираженість деяких морфометричних і репродуктивних показників залежно від індивідуальної гетерозиготності. Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:

вивчити генетичний контроль 9-10 ферментних систем даних видів;

виявити особливості генетичної структури і диференціації суходільних і болотних популяцій P. mugo, реліктових популяцій P. sylvestris Українських Карпат і природних популяцій Розточчя, а також з'ясувати генетичну структуру популяції P. cembra;

на основі даних алозимної мінливості проаналізувати філогенетичні взаємозв'язки близькоспоріднених P. sylvestris і P. mugo, та P. cembra, що належить до іншої підсекції;

визначити ступінь зв'язку алозимної мінливості у P. sylvestris і P. mugo з мінливістю показників статевої репродукції.

Об'єкт дослідження. Об'єктом дослідження були природні популяції P. sylvestris, P. mugo і P. cembra в Українських Карпатах і Розточчі.

Предмет дослідження. Популяційно-генетична мінливість за 20-21 алозимними локусами трьох видів роду Pinus L. (P. sylvestris, P. mugo і P. cembra) в Українських Карпатах і Розточчі.

Методи дослідження. Електрофоретичний аналіз у поліакріламідному гелі 9-10 ген-ферментних систем, з наступним використанням алозимів для визначення рівня мінливості і диференціації популяцій трьох видів роду Pinus L. у Карпатському регіоні. Аналіз філогенетичних зв'язків між цими видами на основі даних популяційно-генетичної мінливості 20 локусів. Визначення кореляційних зв'язків між індивідуальною гетерозиготністю та мінливістю репродуктивних і морфометричних показників P. sylvestris і P. mugo.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі даних ізоферментного аналізу вперше вивчено генетичну структуру і диференціацію природних популяцій P. mugo в Українських Карпатах. Визначені параметри основних показників генетичного поліморфізму чотирьох популяцій P. sylvestris, включаючи і реліктові, та однієї популяції P. cembra у Карпатському регіоні. На основі даних алозимної мінливості проведений аналіз філогенетичних взаємозв'язків між P. mugo, P. sylvestris і P. cembra. Досліджено зв'язок між мінливістю генетичних (моногенних) і морфометричних, а також репродуктивних показників. Встановлено, що рослини P. sylvestris і P. mugo, що відрізняються за формою шишки (індекс), мають і певні генетичні відмінності.

Практичне значення одержаних результатів. Результати проведених досліджень можуть бути використані при формуванні національних програм з генетичного моніторингу, охорони генофонду та лісовідновлення хвойних видів. Дані про генетичну структуру природних популяцій вивчених видів Pinus L. в Українських Карпатах можна застосувати при розробці регіональних програм відновлення лісів на антропогенно трансформованих територіях. Їх реалізація в подальшому буде сприяти зниженню ризику виникнення екологічних катастроф, подібних до тих, що мали місце в цьому регіоні в останні роки. Результати генетичної паспортизації дерев P. sylvestris в Карпатскому національному природному парку можна використовувати при розробці генетично оптимальних схем закладення клонових лісонасінних плантацій та у селекційно-генетичному поліпшенні цього виду. Для встановлення генотипу дерева можна використовувати пилок, що значно скорочує час і матеріальні витрати на проведення популяційно-генетичних досліджень. Одержані результати і встановлені закономірності можуть бути використані у вищих учбових закладах у процесі викладання дисциплін “Популяційна генетика”, “Дендрологія” та “Лісознавство”.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним завершеним дослідженням, вона базується на зібраних матеріалах та виконаних експерементальних дослідженнях, опрацьованих і проаналізованих особисто автором протягом навчання в аспірантурі в 1997 - 2000 рр. З колективно надрукованих робіт в дисертації використано матеріали, що отримані автором самостійно. Права співавторів публикацій не порушені.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи апробовані на конференції “Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку” (м. Донецьк, 3-6 вересня 1998), на конференції молодих вчених-ботаніків України (м. Ніжин, 14-17 вересня 1999), на X Всеукраїнській науковій конференції аспірантів та студентів “Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів” (м. Донецьк, 11-13 квітня 2000), на Мiжнародній науково-практичній конференції “Нацiональнi природнi парки: проблеми становлення i розвитку” (м. Яремча, 14-17 вересня 2000), на VII конференції молодих вчених "Проблеми фiзiологiї рослин i генетики на рубежi третього тисячолiття" (м. Київ, 18-20 жовтня 2000); а також на засіданнях лабораторії фізіології стійкості рослин ім. В.П.Тарабріна і Вченої ради Донецького ботанічного саду НАН України.

Публикації. За темою дисертації опубліковано 12 робіт, з них 6 статей в періодичних наукових спеціальних виданнях України, що входять до переліку, затвердженого ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел (215 публікацій, в тому числі - 73 іноземних) та додатку. Дисертація викладена на 187 сторінках машинопису, з яких 42 сторінки займають 43 таблиці, 9 сторінок - 9 ілюстрацій, 35 сторінок - список використаних джерел, 16 сторінок - додаток.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ПОЛІМОРФІЗМ БІЛКІВ ЯК ОСНОВНИЙ ПРЕДМЕТ В АНАЛІЗІ ПОПУЛЯЦІЙНО-ГЕНЕТИЧНОЇ РІЗНОМАНІТНОСТІ ВИДУ (огляд літератури)

Огляд літератури складається з двох підрозділів, в яких розглядаються проблеми генетичного поліморфізму білків і сучасне використання його у дослідженнях генетичної мінливості, структури, підрозділеності популяцій хвойних.

ОБ'ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

В Українських Карпатах і Розточчі під час самостійних експедиційних обстежень у 1998-1999 рр. для досліджень були визначені чотири популяції P. sylvestris, п'ять популяцій P. mugo, і одна - P. cembra в основних місцях розповсюдження цих видів. Їх схематичне розташування зображено на рисунку 1. На верхній межі поширення хвойних лісів на північному макросхилі Чорногірського хребта, на території Карпатського національного природного парку (КНПП), в діапазоні висот 1380 - 1650 м над рівнем моря (н. р. м.) були виділені п'ять локальних популяцій P. mugo. Ізоляційні бар'єри через наявність гірських хребтів і різної висоти над рівнем моря, між популяціями Б2 та Б або П і Б становили близько 1 км, а найбільшою була відстань (понад 4 км) між популяціями К та Г. В популяції П, що знаходиться на схилі гори Пожижевська у межах 1400 - 1650 м н. р. м., кількість досліджених дерев становила 61. В популяціях Б (1380 м н. р. м.) та Г (1350 м н. р. м.) на сфагнових болотах по обидва боки гори Брескул вивчали відповідно 34 і 18 дерев. У популяції К, на схилі гори Малий Козел (1600 м н. р. м.), кількість особин у вибірці була 21, а в популяції Б2 на кам'янистих розсипах гори Брескул (1560 м н. р. м.) - 30 дерев. Середній вік дерев у всіх досліджуваних вибірках був близько 120 років.

У Розточчі, в популяції Ставчанського лісництва (250 - 300 м н. р. м.; квартал 36; виділи 1, 3; вік дерев - 115 - 150 років; квартал 37, виділи 1-4, вік дерев - 130 - 160 років) було закладено пробну площу РС (31 дерево), а в популяції Верещецького лісництва (250 - 300 м н. р. м.; квартали 10, 11, 12, 17, 18, вік дерев - 100 - 130 років) - пробну площу РВ (30 дерев). В Українських Карпатах пробну площу М (20 дерев) закладено на сфагновому болоті у Мізуньському лісництві Вигодського держлісгоспу (500 м н. р. м.; квартал 13, виділ 18, вік дерев 50 - 75 років); а пробну площу ВГ (26 дерев) - в урочищі “Сісня” в Горганському лісництві Делятинського держлісгоспу (800 - 850 м н. р. м.; квартал 9, виділи 4, 5, 17, 19; вік дерев - 100 - 150 років). Пробну площу сосни кедрової європейської (ГА) закладено в популяції на горі Гаджина (1400 м н. р. м.) Чорногірського макросхилу. Кількість особин у вибірці - 21, вік дерев - 100-150 років. Популяції для досліджень були визначені при консультативній допомозі д. б. н. К. А. Малиновського, д. б. н. Й. Й. Царика, а також адміністрації і співробітників КНПП, заповідника “Розточчя”, Вигодського держлісгоспу. З кожного дерева збирали по 5-20 жіночих шишок, виміряли їх довжину та товщину, визначали кількість фертильних лусок, повного, пустого та недорозвиненого насіння.

Для проведення ізоферментного аналізу використовували здорове насіння, зібране з дерев 10 пробних площ, зазначених вище. З метою встановлення генотипу кожної з 292 особин проводили електрофорез 9-10 ферментів, екстрагованих з ендоспермів насіння. Електрофоретичне розділення ферментів виконували на приладі ЕЛФ-2 конструкції К. А. Трувеллера, М.Н. Нефедова (1974) в вертикальних пластинках 7,5% поліакріламідного геля за методикою Б. Девіс (1964) в модифікації В. Д. Сафонова і М.П. Сафонової (1971). Гістохімічне проявлення зон ферментативної активності проводили за стандартними методиками (Корочкин и др., 1977; Левитес, 1986; Гончаренко и др., 1989). Для визначення генотипу аналізували ферменти 6-20 і більше ендоспермів насіння. В аналізах рівня генетичної мінливості і диференціації популяцій використовували найбільш уживані методи та показники, що застосовують у популяційно-генетичних дослідженнях (Алтухов, 1989; Животовский, 1990; Гончаренко и др., 1992). Міжвибіркову гетерогенність частот алелів і генотипів оцінювали за допомогою критерію ?2 і показника подібності (r) та критерію ідентичності (I) за Л. А. Животовським (1979).

Генетичний контроль ізоферментних систем у трьох видів роду Pinus L. в Українських Карпатах і Розточчі.

В результаті проведених досліджень у трьох аборигенних видів роду Pinus L. в Українських Карпатах і Розточчі виявлено 80 електрофоретичних варіантів - продуктів 20 спільних локусів. Кількість алелів і генотипів, встановлену у досліджуваних видів за поліморфними локусами, наведено у таблиці 1. Для проведення в подальшому філогенетичних досліджень були уніфіковані позначення алелів за системою С. Пракаша (Prakash,1969). Базисним видом був P. sylvestris. Алелі, що траплялися у цього виду з найбільшою частотою, позначали як 1,00. Електрофоретичну рухомість усіх інших алелів, включаючи і алозимні варіанти, виявлені у P. mugo і P. cembra, обраховували відносно алелів 1,00 P. sylvestris. Винятками були локуси Mdh-1, який аналізували тільки у P. cembra та Idh-2, що вивчали у P. mugo.

Аспартатамінотрансфераза (GOT, К. Ф. 2.6.1.1). Цей фермент спостерігали на гелевих пластинках у вигляді чотирьох зон активності, що кодуються трьома локусами: Got-1, Got-2, Got-3. Локуси Got-1 та Got-2 представлені на гелях поодинокими, а Got-3 - двома синхронно мігруючими смугами активності. У P. cembra всі локуси мономорфні. У P. mugo та P. sylvestris в локусі Got-1 виявлений поліморфізм. В цілому у трьох видів сосни в локусі Got-1 визначено 5 алелів, Got-2 - 7 алелів, а в локусі Got-3 - 5 алелів. Алелі Got-10,80, Got-20,60, Got-21,14, Got-31,08 характерні тільки для P. mugo; Got-10,90 і Got-2null - тільки для P. sylvestris; а Got-11,09, Got-21,21 і Got-31,40 - були притаманні P. cembra (зустрічалися з частотою 1,00).

Глутаматдегідрогеназа (GDH, К. Ф. 1.4.1.2). При гістохімічному забарвленні проявляється одна зона активності ферменту, що контролюється одним локусом. У P. cembra досліджуваний локус був мономорфним, а у P. mugo та P. sylvestris - поліморфним. В цьому локусі виявлено 4 алелі, з них Gdh-11,17 тільки у P. mugo, а Gdh-11,06 - виключно у P. cembra.

Діафораза (DIA, К. Ф. 1.6.4.3). Електрофоретичний спектр цього ферменту складається з чотирьох зон активності, що контролюються чотирма локусами Dia-1, Dia-2, Dia-3 та Dia-4.

Кількість алелів і генотипів поліморфних локусів у досліджених популяціях P. sylvestris, P. mugo і P. cembra в Українських Карпатах та Розточчі зона, яка контролюється локусом Dia-3, при гістохімічному забарвленні проявлялися нестабільно, тому в подальшому її не аналізували. В локусі Dia-1 виявлено 5 алелів; в Dia-2 і Dia-4 по три алелі. Алель Dia-11,06 був характерним тільки для P. cembra, а Dia-21,10 - для P. mugo.

Малатдегідрогеназа (MDH, К. Ф. 1.1.1.37). На електрофоретичній пластинці відмічено багато зон активності ферменту, що кодуються чотирма локусами - Mdh-1, Mdh-2, Mdh-3 та Mdh-4. Локус Mdh-1 у P. mugo та P. sylvestris проявлявся нестабільно, тому його не аналізували. У P. cembra цей локус був поліморфним з двома алельними варіантами. Сумарна кількість алелів, виявлених у досліджуваних видів, за локусом Mdh-2 становила три, Mdh-3 - шість і Mdh-4 - чотири. Алелі Mdh-21,04, Mdh-30,83, Mdh-30,94 відмічені тільки у P. mugo; Mdh-3null, Mdh-31,02, Mdh-40,90- у P. sylvestris.

Супероксиддисмутаза (SOD, К. Ф. 1.15.1.1). На електрофореграмах цей фермент представлений чотирма зонами активності, що кодуються чотирма локусами Sod-1, Sod-2, Sod-3 та Sod-4. У P. mugo та P. sylvestris досліджувані локуси були мономорфні, в той час як у P. cembra за локусом Sod-4 виявлено поліморфізм, що досить рідко зустрічається у хвойних. Алелі Sod-11,08, Sod-21,13, Sod-40,69, Sod-40,93 властиві виключно P. cembra.

Форміатдегідрогеназа (FDH, К. Ф. 1.2.1.2). При проявленні цього ферменту на гелевих пластинках відмічено одну зону активності, що кодується одним локусом - Fdh-1. В цілому у трьох видів виявлені 4 алелі. Рідкий алель Fdh-10,80 зафіксований тільки у P. mugo, а Fdh-1null, з низькою частотою, траплявся у P. sylvestris.

Алкогольдегідрогеназа (ADH, К. Ф. 1.1.1.1). Цей фермент на гелевих пластинках був у вигляді двох зон активності, що кодуються двома локусами Adh-1 та Adh-2. Локус Adh-2 був мономорфним у P. mugo і P. sylvestris. У досліджених видів у локусі Adh-1 виявлені 4 алелі, а у локусі Adh-2 - 3 алелі. Алелі Adh-11,09, Adh-11,15, Adh-20,83, Adh-20,87 були характерні тільки P. cembra.

Таблиця 1

Кисла фосфатаза (ACP, К. Ф. 3.1.3.2). При гістохімічному забарвленні на гелевих пластинках проявляється до п'яти зон активності ферменту, проте, для аналізу використовували тільки одну, найбільш чітку. Ця зона кодувалася локусом Acp-2 і була представлена сіма алелями. Алелі Acp-2null, Acp-20,80, Acp-20,93 та Acp-20,96 траплялися тільки у P. sylvestris.

Лейцинамінопептидаза (LAP, К. Ф. 3.4.11.1). У P. mugo та P. sylvestris цей фермент проявлявся у вигляді двох зон активності, що контролюються локусами Lap-1 та Lap-2. У P. cembra відмічено три зони активності ферменту, які контролюються локусами Lap-1, Lap-2 та Lap-3. При цьому локус Lap-3 проявлявся слабо, тільки - при достатньо великому навантаженні субстратом. В локусі Lap-1 виявлені 4 алелі, Lap-2 - 5 алелів. Рідкий алель Lap-2null відмічений у P. sylvestris, а Lap-20,90 - у P. cembra.

Ізоцитратдегідрогеназа (IDH, К.Ф. 1.1.1.42) Цю ферментну систему аналізували тільки у P. mugo. На гелевих пластинках проявлялася у вигляді двох зон активності, які кодуються двома локусами: Idh-1 та Idh-2. Локус Idh-1 проявлявся дуже слабо, тільки - при великому навантаженні субстратом. Щодо локуса Idh-2, то він був мономорфним та представлений одним алелем.

Аналіз сегрегації електрофоретичних варіантів гетерозигот підтверджує те, що виявлені алелі кожного локусу у вивчених видів наслідуються як моногенні ознаки. При порівнянні електрофоретичних варіантів GOT і GDH гаплоїдних ендоспермів та пилку дерев P. mugo встановлено, що останній можна використовувати для визначення генотипу конкретної рослини (Пирко, 1999).

Популяційно-генетична мінливість трьох корінних видів роду Pinus L. в Українських Карпатах і Розточчі

Pinus sylvestris L. в Українських Карпатах і Розточчі. Алельну різноманітність 4 популяцій P. sylvestris в Українських Карпатах і Розточчі представлено 51 електрофоретичним варіантом. Найбільшу кількість алелів (5) виявлено в локусі Got-2, і тільки по 2 - в поліморфних локусах Gdh-1, Dia-2, Mdh-2 і Adh-1. Локуси Sod-1, Sod-2, Sod-3, Sod-4 і Adh-2 були мономорфними. У всіх популяціях за всіма 20 локусами частота алеля 1,00 була вище 0,500. Найбільш мінливим був локус Mdh-3, за яким були гетерозиготними 50,5% дерев, а найнижча гетерозиготність притаманна локусам Got-1 (2,8%), Dia-2 (1,9%) і Adh-1 (0,9%). Згідно з оцінками за стандартним c2-тестом міжпопуляційна гетерогенність частот алелів властива 5 з 15 поліморфних локусів: Dia-4, Fdh-1, Mdh-4, Got-1 і Mdh-3. Тестування на відповідність закону Харді-Вайнберга показало, що всі чотири популяції знаходяться в стані генетичної рівноваги. У досліджених популяціях сосни звичайної виявлено 64 генотипи, половина з яких (32) були гомозиготами. Індекси Pg, які характеризують середню кількість генотипів на локус, варіювали від 2,15 (болотна популяція М) до 2,55 (популяція РС, Розточчя), складаючи в середньому для виду 2,29 генотипи на локус. З 64 виявлених генотипів - 34 (53%) були однакові для всіх досліджених популяцій.

Таблиця 2

На підставі алельних частот 20 локусів у досліджених популяціях P. sylvestris були обраховані основні показники генетичного поліморфізму. Доля поліморфних локусів за 99%-ним критерієм в середньому становила 62,9%, середня кількість алелей на локус (А) - 2,013, а середньозважені оцінки Но та Не були відповідно 0,187±0,007 і 0,192±0,007. Для реліктових популяцій сосни звичайної у Карпатах властива незначна нестача гетерозигот. Значення основних показників генетичного поліморфізму в природних популяціях P. sylvestris у районі досліджень знаходились у межах їх варіабельності стосовно популяцій цього виду в інших частинах ареалу (Старова та ін., 1991; Гончаренко и др., 1993).

Для визначення ступеня підрозділеності популяцій P. sylvestris за алельними частотами 20 локусів були розраховані параметри F-статистик Райта і G-статистики Нея. Коефіцієнт інбридингу особини відносно популяції (Fis) становив в середньому -0,008, а коефіцієнт інбридингу особини відносно комплексу популяцій (виду), Fit, дорівнював 0,012. Параметри Fst і Gst, які характеризують підрозділеність популяцій, мали дуже близькі та невисокі значення - 0,020 - 0,022. Це свідчить, що ” 98% всієї генетичної мінливості P. sylvestris у Карпатському регіоні припадає на внутріпопуляційну і тільки 2% - на міжпопуляційну мінливість.

Таблиця 3

Коефіцієнт генетичної дистанції Нея (1972), коливаючись у діапазоні від 0,005 між розміщеними поруч популяціями (РВ та РС), до 0,011 - між просторово ізольованими (М та РВ), в середньому для 4-х популяцій був 0,008. Це свідчить про незначну диференціацію популяцій P. sylvestris в Українських Карпатах і Розточчі. В той же час за складом і частотами генотипів вони вірогідно відрізнялися, про що свідчать показники генетичної подібності (r) за Л. А. Животовським (1979), розраховані на основі частот генотипів (табл. 3, під діагоналлю).

На основі значень дистанцій Нея методом UPGMA побудовано дендрограму, з якої видно, що розміщені поруч популяції Розточчя РВ і РС об'єднались в один кластер, а найбільші генетичні відмінності властиві популяції М. В цілому, проведені дослідження свідчать, що популяції сосни звичайної в Українських Карпатах і Розточчі, незважаючи на певну ізольованість від основного ареалу, мають досить високий рівень генетичної мінливості але слабо диференційовані.

Pinus mugo Turra в Українських Карпатах. В 5 популяціях P. mugo в Українських Карпатах за результатами електрофоретичного аналізу 10 ферментних систем виявлені 56 алельних варіантів 21 структурного локуса, з яких Sod-1, Sod-2, Sod-3, Sod-4, Adh-2 і Idh-2 - мономорфні. У загальній вибірці P. mugo більше половини дерев гетерозиготні за локусами Dia-1, Lap-1 і Acp-2. Низька гетерозиготність властива локусам Got-1 і Mdh-2, всього 4,3%, а також локусу Adh-1 - 6,2%. Вірогідну міжвибіркову алельну і генотипічну гетерогенність встановлено за допомогою ?2-тесту для 10 з 15 мінливих локусів. В досліджених популяціях сосну гірську представлено 80 генотипами, з яких 30 - однакові для всіх популяцій. Індекс генотипічного поліморфізму (Pg) в середньому для виду становив 2,65 генотипи на локус. Аналіз попарних порівнянь алельної гетерогенності показав, що найбільше дивергувала одна з висотних популяцій P. mugo (Б2). Вагомий вклад в алельну гетерогенність досліджених популяцій P. mugo вносить локус Mdh-4.

Таблиця 4

білок поліморфізм рinus карпати

Основні показники генетичного поліморфізму, свідчать, що в болотних і суходільних популяціях P. mugo доля поліморфних локусів в середньому становила 0,619 (Р99). Середні значення інших показників генетичної мінливості були трохи менші в болотних, ніж в суходільних популяціях. У досліджених популяціях P. mugo у кожного дерева в середньому 21,3% генів перебувають у гетерозиготному стані. Слід зазначити, що середнє значення наявної гетерозиготності (Но) у популяціях P. mugo в Українських Карпатах (Но=0,213±0,006) було близьким до раніше одержаного (Но=0,220±0,017) при вивченні популяцій цього виду в Польських Татрах (Siedlewska, Prus-Glowacki, 1994). В цілому популяції P. mugo в Українських Карпатах знаходяться в стані, близькому до рівноваги, згідно з законом Харді-Вайнберга, хоча невеликі позитивні значення індексу фіксації Райта свідчать про незначний дефіцит гетерозигот.

Таблиця 5

Показники F статистики Райта також свідчать про невелику недостачу гетерозигот у досліджених популяціях P. mugo (Fis=0,017) і про 4,2% їх недостачу в цілому для виду у даній частині ареалу (Fit=0,042). Параметри Fst і Gst, які характеризують підрозділенність популяцій, мають невисокі значення і дорівнюють 0,027 та 0,032 відповідно. Тобто, у P. mugo в Українських Карпатах близько 97% генетичної мінливості припадає на внутріпопуляційну і тільки 3% - на міжпопуляційну, що характерно для багатьох інших видів хвойних (Гончаренко и др., 1993; Шурхал и др., 1993; Коршиков и др., 2000). Коефіцієнт дистанції Нея між популяціями P. mugo змінювався від 0,011 до 0,032, в середньому він був 0,018 (табл. 5, вище діагоналі). Найбільш генетично диференційованою виявилася популяція Б2, для якої в двох випадках відмічені найбільші значення генетичної дистанції Нея (0,024 і 0,032). Всі п'ять досліджених популяцій помітно відрізнялися і за показниками подібності Л. А. Животовського, обрахованих за частотами генотипів. Таким чином, незважаючи на високий ступінь локальності популяцій сосни гірської, генетична дистанція між ними сягає рівня, що характерний для більш віддалених, іноді на сотні кілометрів, популяцій хвойних (Политов и др., 1992; Гончаренко и др., 1993; Тимерьянов и др., 1996; Шигапов и др., 1998).

На основі значень коефіцієнтів генетичної дистанції Нея, використовуючи незважений парно-груповий метод аналізу, побудовано дендрограму, яка наочно ілюструє міжпопуляційну диференціацію P. mugo. Болотні популяції Б та Г об'єднані в один, а суходільні популяції П та К - в інший кластер. Популяція Б2, що також належить до суходільних, виявилася відокремленою від усіх інших популяцій. В цілому, сосна гірська на східній периферії свого ареалу в Українських Карпатах має достатньо високий рівень генетичної різноманітності і міжпопуляційної диференціації. Останнє можна пояснити впливом комплексу факторів, пов'язаних з ізоляцією цих популяцій і інтенсифікацією мікроеволюційних процесів, викликаних різкою контрастністю природно-кліматичних умов високогір'я, а також розвиненим вегетативним способом розмноження.

Алозимна мінливість P. cembra L. У дослідженій на горі Гаджина популяції P. cembra в ході проведеного електрофоретичного аналізу 9 ферментних систем ідентифіковано 21 генний локус, що були представлені 35 алелями і 41 генотипом. Локуси Got-1, Got-2, Got-3, Gdh-1, Mdh-3, Mdh-4, Fdh-1, Sod-1, Sod-2 та Sod-3 виявилися мономорфними, а всі інші - поліморфними. У 9 з 11 поліморфних локусів P. cembra відмічений надлишок гетерозигот. Індекс генотипічного поліморфізму (Рg) дорівнював 1,95, що значно нижче величин Pg, раніше розрахованих для P. mugo і P. sylvestris. Доля поліморфних локусів за 99% критерієм (Р99) склала 52,4%, середня кількість алелей на локус (А) - 1,667, середня наявна гетерозиготність (Но) - 0,159±0,014, а середня очікувана (Не) - 0,145±0,014. Для дослідженої популяції P. cembra індекс фіксації Райта (F) дорівнював -0,097, що свідчить про надлишок гетерозигот. Тестування популяції на відповідність частот генотипів співвідношенню Харді-Вайнберга не виявило вірогідних відхилень як за окремими локусами, так і за їх сукупністю.

Порівняльний аналіз отриманих та літературних даних вказує, що параметри генетичної мінливості P. sylvestris, P. mugo і P. cembra в Українських Карпатах і Розточчі знаходяться у рамках, характерних для популяцій цих видів з інших частин їх ареалів.

ФІЛОГЕНЕТИЧНІ ВЗАЄМОЗВ'ЯЗКИ МІЖ P. SYLVESTRIS, P. MUGO І P. CEMBRA ЗА ДАHИМИ АЛОЗИМНОЇ МІНЛИВОСТІ

Порівняльний аналіз даних алозимної мінливості показав, що алелі, котрі найчастіше трапляються у P. sylvestris, також переважають і у P. mugo, за винятком локусу Mdh - 3, за яким, основний для P. sylvestris алель Mdh - 31,00, зустрічався з низькою частотою у всіх популяціях P. mugo. Ще більші відмінності алельного складу виявлено при порівнянні P. cembra з P. sylvestris і P. mugo. У обох видів підсекції Sylvestris відмічено повну фіксацію альтернативних алелей у 11 з 20 досліджених спільних з P. cembra локусів. У цілому, в 10 популяціях трьох видів виявлено 80 алельних ваpіантів, з котрих 15 були однаковими для вивчених видів. У P. mugo, P. sylvestris та P. cembra виявлено 79, 64 та 39 генотипів відповідно. При цьому кількість генотипів, що одночасно зустрічаються у P. mugo і P. sylvestris, була 51, а у всіх трьох видів - 14. Оцінки гетеpогенності сеpедніх алельних частот і генотипів у P. mugo і P. sylvestris з використанням стандартного кpитеpію ?2 показали вірогідні відмінності у 25 з 44 однакових алельних ваpіантів і у 24 з 51 виявлених однакових генотипів. Найбільш суттєві розбіжності у частотах алелей і генотипів властиві локусам Mdh-3, Got-3, Lap-1, Dia-4, Dia-1, Mdh-4, Gdh-1 і Acp-2. За кpитеpієм ідентичності Л. А Животовського (1979), вірогідні відмінності за частотами алелей виявлені у 12, а при аналізі генотипів - у 13 з 15 описаних полімоpфних локусів. В середньому показник подібності (r) Л. А. Животовського (1979) за алельним і генотипічним складом між цими видами сосни склав відповідно 0,956 і 0,912. При оцінці алельної гетерогенності між P. mugo і P. cembra вірогідні відмінності за частотами алелей виявлені в 16 з 20 досліджених локусів за критерієм c2 і у 18 локусах за I критерієм Животовського. Аналогічна процедура аналізу, яку проведено для оцінки алельної гетерогенності між P. sylvestris і P. cembra, також показала наявність вірогідних відмінностей за c2 тестом і I критерієм Животовського у 17 з 20 досліджених локусів. З 20 вивчених локусів тільки у двох - Sod-3 та Mdh-2 - не відмічено достовірних відмінностей між P. mugo і P. cembra, P. sylvestris і P. cembra за частотами алелей і генотипів (як за c2 тестом, так і за I критерієм Животовського). Все це вказує на значні відмінності у генетичних структурах видів, що належать до різних підродів.

З метою визначення генетичної подібності досліджуваних видів в якості уніфікованого кpитеpію використовувався коефіцієнт генетичної дистанції Нея (1972), котрий між популяціями P. mugo і P. sylvestris ваpіював від 0,036 до 0,083 і в сеpедньому був 0,065. Невисокі значення цього коефіцієнту дають підстави вважати, що між P. sylvestris і P. mugo в Карпатському регіоні і в інших суміжних частинах їх ареалів в Центpальній Євpопі в процесі еволюційного розвитку цих видів сформувалися зони гібpидизації (Пpавдин, 1964; Boratyсski, 1994; Siedlewska, Prus-Glowacki, 1994). Генетична дистанція Нея (1972) між P. cembra і P. mugo була набагато більшою і варіювала у межах від 0,947 до 1,031, становлячи в середньому 0,988, а між P. sylvestris і P. cembra DN в середньому для порівнюваних популяцій дорівнювала 1,003. В цілому між підродами Pinus та Strobus генетична дистанція була 0,996. Для ілюстрації міжпопуляційної і особливо міжвидової диференціації P. sylvestris і P. mugo, а також P. sylvestris, P. mugo і P. cembra, використовуючи коефіцієнти генетичної дистанції Нея як матрицю, методом незваженого парно-групового кластерного аналізу були побудовані дендрограми. Популяції кожного з видів підроду Pinus L. об'єднуються в два самостійні кластери. Ваємозв'язки між всіма популяціями досліджених видів, окремо виділяється популяція P. cembra (підрід Strobus) і два кластери, які об'єднують популяції P. mugo і P. sylvestris. При цьому, ці кластери в подальшому об'єднуються в єдиний надкластер, котрий характеризує підрід Pinus L..

ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК АЛОЗИМНОЇ МІНЛИВОСТІ З ІНДИВІДУАЛЬНО-ПОПУЛЯЦІЙНОЮ ВАРІАБЕЛЬНІСТЮ РЕПРОДУКТИВНИХ ПОКАЗНИКІВ

Варіабельність морфометричних і репродуктивних показників жіночих шишок P. sylvestris і P. mugo. У рослин болотних популяцій P. mugo середні довжина та товщина шишок більші, ніж в суходільних. Також у них більша і кількість повних насінин у шишці. Показники, які характеризують виживання насіннєвих зачатків в болотних популяціях P. mugo, перевищували такі ж на суходолі, а у P. sylvestris подібні відмінності виявлені для загальної кількості лусок на шишку, кількості фертильних лусок на шишку і кількості пустих насінин у шишці. Аналіз показників статевої репродукції в розрахунку на шишку вказує, що як у P. mugo, так і у P. sylvestris найбільш сприятливі умови для насіннєвого відтворення наявні у низинних болотних популяціях. В цілому P. mugo характеризується гіршими, порівняно з P. sylvestris, показниками статевої репродукції.

Використання індексу форми шишки в популяційних дослідженнях P. sylvestris і P. mugo. Індекс форми шишки (ІФШ), відношення діаметру шишки до її довжини, досить успішно використовується для вивчення внутрівидової мінливості, систематики і популяційної структури деяких представників родини Pinaceae Lindl., завдяки досить високій ендогенній і індивідуальній стабільності, а також сталості частот фенів ІФШ у різних типах лісу (Правдин, 1964; Мамаев, 1973; Милютин, 1982; Видякин, 1991). В досліджених популяціях P. sylvestris були виділені дерева з вузькоконусоподібними (ВК), конусоподібними (К) і ширококонусоподібними (ШК) шишками. Два останніх класи дерев були виявлені і в популяціях P. mugo. У цього виду переважають дерева з ШК шишками, маючи більшу амплітуду мінливості, ніж у P. sylvestris. Розрахунки частот трапляння цих класів дерев і подальший аналіз за показником подібності (r) Л. А. Животовського (1979) показали, що внутрішньовидова міжпопуляційна мінливість для обох видів сосни за ІФШ була досить низькою, проте між собою популяції P. mugo і P. sylvestris за цим індексом вірогідно відрізняються. Дендрограма, побудована на основі коефіцієнтів DN, розрахованих за частотами трапляння дерев з різним ІФШ, подібна до дендрограми, побудованої на основі DN, розрахованих на підставі частот алелів.

Аналіз зв'язку гетерозиготності за алозимними локусами з мінливістю кількісних показників. У особин досліджених видів сосни не виявлено взаємозв'язку між рівнем індивідуальної гетерозиготності і мінливістю абсолютних і відносних показників, що характеризують процес статевої репродукції.

Можна було б очікувати наявність достовірних відмінностей між вираженістю абсолютних і (або) відносних репродуктивних показників у виділених вибірках дерев P. sylvestris і P. mugo з низьким (0 - 0,100) і високим (0,300 - 0,400) рівнем індивідуальної гетерозиготності.

Проте, розрахунки для крайніх вибірок дерев за рівнем гетерозиготності показали, що вони суттєво не відрізняються як за середніми значеннями цих показників, так і за коефіцієнтами їх варіації. Винятком є ІФШ, за яким у P. mugo виявлено вірогідну відмінність в класах високо- і низькогетерозиготних дерев. Таким чином, висока

індивідуальна гетерозиготність не є обов'язковою умовою більшої кількісної вираженості репродуктивних показників у P. sylvestris і P. mugo. У вибірках рослин P. sylvestris і P. mugo з найбільш високим рівнем індивідуальної гетерозиготності не виявлено надлишкової пустонасіннєвості порівняно з низькогетерозиготними рослинами.

Передбачення В. Коскі (1973), що надлишкове утворення пустих насінин пов'язане з гомозиготацією рецесивних ембріональних леталів у високогетерозиготних дерев, у даному випадку не підтверджується.

Був проведений аналіз зв'язку генетичної мінливості з мінливістю ІФШ в об'єднаних вибірках кожного з видів.

Тестування гетерогенності частот алелів і генотипів у класах дерев з різною формою шишки, а також значення генетичних дистанцій Нея свідчать, що класи дерев сосни звичайної і сосни гірської з різним індексом форми шишки мають певні генетичні відмінності.



ВИСНОВКИ

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 з'ясування 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.



СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

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. // Вiсник Днiпропетровського унiверситету. Бiологiя. Екологiя. - 1999. - Вип. 6.- С. 119-123.

3. Пiрко Я.В. Генетичний контроль iзоферментiв сосни гiрської (Pinus mugo Turra) в природних популяцiях 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.// Вiсник Днiпропетровського унiверситету. Бiологiя. Екологiя. - 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. Пиpко Я.В., Шляхов Р.С., Чемеpис Е.В. Оценка генетического pазнообpазия и состояния генофонда сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в Каpпатском pегионе // Х Всеукр. наук. конф. аспiрантiв та студентiв.11-13 квiтня 2000 р. Зб. доп.- Донецьк, 2000. - С.54 - 55.

11. Коршиков I.I., Пiрко Я.В. Популяцiйно-генетична мiнливiсть представникiв роду Pinus L. в Карпатському нацiональному природному парку та за його межами // Нацiональнi природнi парки: проблеми становлення i розвитку. Матер. Мiжнар. наук.- практ. конф. 14-17 вересня 2000 р.- Яремче, 2000.- С. 164-167.

12. Пиpко Я.В.Генетическая изменчивость сосны кедpовой евpопейской Pinus cembra L. в пpиpодных популяциях Укpаинских Каpпат // Тез. доп. VII Конф. молодих вчених. "Проблеми фiзiологiї рослин i генетики на рубежi третього тисячолiття", 18-20 жовтня 2000 p.- Київ, 2000. - С.105.



АНОТАЦІЯ

Пірко Я. В. Популяційно-генетична мінливість трьох корінних видів роду Pinus L. в Українських Карпатах і Розточчі. - Рукопис.

Дисертацiя на здобуття вченого ступеня кандидата бiологiчних наук за спецiальнiстю 03.00.15 - генетика. Інститут клітинної біології і генетичної інженерії НАН України, Київ, 2001.

Дисертація присвячена популяційно-генетичним дослідженням Pinus sylvestris L., Pinus mugo Turra та Pinus cembra L. в Українських Карпатах і Розточчі з використанням ізоферментів в якості молекулярно-генетичних маркерів. Вивчено генетичний контроль 9 ферментних систем у P. sylvestris і P. cembra та 10 у P. mugo. Основні показники генетичного поліморфізму були такими: у P. sylvestris P99=62,9%, Ho=0,192, He=0,187, A=2,013; P. mugo P99=61.9%, Ho=0,209, He=0,213, A=2,104 і P. cembra P99=52,4%, Ho=0,159, He=0,145, A= 1,667. Середнє значення генетичної дистанції Нея (DN) для 4 популяцій P. sylvestris становило 0,008, а для 5 P. mugo - 0,018. Кластеризація популяцій на основі значень DN показала, що в одну групу об'єднуються популяції, що ростуть в подібних еколого-едафічних умовах (болото, суходіл). Встановлено, що 96,8% і 97,8% генетичної мінливості відповідно у сосни гірської та сосни звичайної припадає на внутріпопуляційну і тільки 3,2 та 2,2% - на міжпопуляційну. Коефіцієнт генетичної дистанції Нея між популяціями P. sylvestris і P. mugo був у середньому 0,065 і відповідав значенню, характерному для видів, що мають або мали в минулому широку зону гібридизації. У груп рослин з низькою і високою гетерозиготністю, що виділені в загальновидових вибірках вивчених видів сосни, за винятком індексу форми шишки, не виявлено суттєвих відмінностей за вивченими репродуктивними показниками.

Ключові слова: поліморфізм, ізоферменти, генетична мінливість, підрозділеність і диференціація, Українські Карпати, Розточчя, генетична дистанція Нея, статева репродукція, індекс форми шишки. 

АННОТАЦИЯ

Пирко Я.В. Популяционно - генетическая изменчивость трех коренных видов рода Pinus L. в Украинских Карпатах и Расточье. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика. Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, Киев, 2001/

Диссертация посвящена популяционно-генетическим исследованиям Pinus sylvestris L., Pinus mugo Turra и Pinus cembra L. в Украинских Карпатах и Расточье с использованием изоферментов в качестве молекулярно-генетических маркеров. Изучен генетический контроль 9 ферментных систем у P. sylvestris и P. cembra и 10 у P. mugo. Проведен сравнительный анализ электрофореграмм GOT и GDH эндоспермов семян и пыльцы у P. mugo. Доказана перспективность использования пыльцы для идентификации генотипа материнского растения. Изучена генетическая изменчивость, подразделенность и дифференциация 4 популяций P. sylvestris и 5 популяций P. mugo в Украинских Карпатах и Расточье и определен уровень аллозимного полиморфизма в одной популяции P. cembra. Показатели генетической изменчивости трех анализируемых видов существенно не отличались от литературных данных, полученных для этих или близкородственных видов хвойных из других частей их природных ареалов. Основные показатели генетического полиморфизма были такими: у P. sylvestris P99=62,9%, Ho=0,192, He=0,187, A=2,013; P. mugo P99=61.9%, Ho=0,209, He=0,213, A=2,104 и P. cembra P99=52,4%, Ho=0,159, He=0,145, A= 1,667. Отмечена сравнительно высокая генетическая дифференциация локально расположенных популяций P. mugo и незначительная - реликтовых популяций P. sylvestris в Украинских Карпатах по сравнению с популяциями Расточья. Среднее значение генетической дистанции Нея (DN) для 4 популяций P. sylvestris составило 0,008, а для пяти P. mugo - 0,018. Кластеризация популяций, на основании значений DN показала, что в одну группу объединяются популяции, произрастающие в сходных эколого-эдафических условиях (болото, суходол). Установлено, что 96,8% и 97,8% генетической изменчивости соответственно у сосны горной и сосны обыкновенной приходится на внутрипопуляционную и только 3,2 и 2,2 % - на межпопуляционную. Данные аллозимной изменчивости были использованы для оценки степени филогенетических взаимосвязей между изучаемыми видами. Коэффициент генетической дистанции Нея между популяциями P. sylvestris и P. mugo в среднем составил 0,065 и соответствовал значению, характерному для видов, имеющих или имевших в прошлом широкую зону гибридизации. Также у P. sylvestris и P. mugo изучена индивидуальная вариабельность выживаемости семяпочек на сингамном и прогамном этапах их развития и показатели семенной продуктивности в расчете на одну шишку. Выявлены достоверные отличия между болотными и суходольными популяциями по показателям, характеризующим половую репродукцию. У P. sylvestris и P. mugo проведен анализ степени сопряженности изменчивости моногенных и полигенно наследуемых признаков. У альтернативных групп растений с низкой и высокой гетерозиготностью, выделенных в общевидовых выборках изученных видов сосен не было выявлено существенных отличий по изучаемым репродуктивным показателям. Установлено, что растения сосны горной и сосны обыкновенной, различающиеся по индексу формы шишки имеют определенные генетические отличия, что позволяет использовать этот простой индекс для выяснения популяционной структуры и межвидовых отличий генетически близких видов хвойных.



ANNOTATION

Pirko Ya. V. Population-and-genetic variation of three indigenous species of the Pinus L. genus in the Ukrainian Carpathians and Roztochiye. - Manuscript.

Thesis for conferring on a Ph. D. degree, biological sciences, specification 03.00.15 - genetics Institute of cellular biology and genetic engineering, Nat. Ukr. Acad. Sci., Kiyev, 2001.

The dissertation is devoted to population-and-genetic investigations of Pinus sylvestris L., Pinus mugo Turra and Pinus cembra L. in the Ukrainian Carpathians and Roztochiye using isozymes as molecular - genetic markers. The genetic control of 9 enzymes systems in P. sylvestris and P. cembra and 10 in P. mugo was studied. The main indices of genetic polymorphysm were such as following: in P. sylvestris P99=62,9%, Ho=0,192, He=0,187, A=2,013; P. mugo P99=61,9%, Ho=0,209, He=0,213, A=2,104 and P. cembra P99=52,4%, Ho=0,159, He=0,145, A=1,667. The mean value of Nei's genetic distance (Dn) for four populations of P. sylvestris was 0,008 and it was 0,018 for five P. mugo populations. Population clusterization according to the Dn values showed that populations which grow under similar ecological-and-edaphic conditions (bog, dry valley) join one group. It was revealed that 96,8% and 97,8% of genetic variation in P. mugo and P. sylvestris accordingly account for intrapopulation and only 3,2 and 2,2% make up interpopulation one. Nei's genetic distance coefficient between populations of P. sylvestris and P. mugo was at an average 0,065 and corresponded to the value typical of species that have or had earlier a wide hybridization zone. In alternative plant groups with low and high heterozygosity defined in total specific samplings of pine species, significant differences in the reproductive indices studied, except an index of a cone shape, were not detected.

...