Особенности формирования популяционной структуры Picea abies (L.) Karst. на территории Беларуси

  • Владимир Евгеньевич Падутов Институт леса НАН Беларуси, ул. Пролетарская, 71, 246001, г. Гомель, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2521-1722-2021-1-78-91

Аннотация

Одним из основных лесообразующих древесных видов Беларуси является ель европейская (Picea abies (L.) Karst.), формирование популяционно-генетической структуры которой происходило под влиянием миграционных потоков из разных рефугиумов в постледниковый период. Для геногеографического исследования P. abies использованы 25 изоферментных генов (Aat-1, Aat-2, Adh, Gdh, Idh-1, Idh-2, Mdh-1, Mdh-2, Mdh-3, Skdh, 6-Pgd-1, 6-Pgd-2, 6-Pgd-3, Lap-1, Lap-2, Sdh, Gpi, Hk, Me, Dia-1, Dia-2, Dia-4, Pgm-1, Pgm-2, Fl-Est) ядерной ДНК (анализ проведен в 10 популяциях), 3 микросателлитных локуса (Pt63718, Pt26081, Pt71936) хлоропластной ДНК (рассмотрены 57 популяций) и 1 микросателлитный локус (mt15-D02) митохондриальной ДНК (изучены 56 популяций). Выявлены 82 аллельных варианта изоферментных генов, 19 аллельных вариантов локусов хлоропластной ДНК и 2 аллельных варианта локуса митохондриальной ДНК. Установлено географическое распространение аллелей и рассмотрены региональные особенности геногеографической дифференциации еловой формации. Подтверждено наличие в Беларуси представителей двух миграционных потоков – южного и северного. Показано, что основная концентрация деревьев P. abies южного (карпатского) происхождения наблюдается на юго-западе страны. Выявлена клинальная изменчивость для ряда маркеров в направлениях с юга на север и с запада на восток. Полученные данные в целом согласуются с результатами исследований, основанных на анализе распространения фенов чешуй шишек.

Биография автора

Владимир Евгеньевич Падутов, Институт леса НАН Беларуси, ул. Пролетарская, 71, 246001, г. Гомель, Беларусь

член-корреспондент НАН Беларуси, доктор биологических наук, доцент; заведующий научно-исследовательским отделом генетики, селекции и биотехнологии

Литература

  1. Pravdin LF. El’ evropeiskaya i el’ sibirskaya v SSSR [Norway spruce and Siberian spruce in the USSR]. Moscow: Nauka; 1975. 178 p. Russian.
  2. Yurkevich ID, Golod DS, Parfenov VI. Tipy i assotsiatsii elovykh lesov (po issledovaniyam v BSSR) [Types and associations of spruce forests (according to research in the BSSR)]. Minsk: Nauka i tekhnika; 1971. 351 p. Russian.
  3. Parfenov VI. [Biological forms of Norway spruce, new for the flora of Belarus]. Doklady Akademii nauk BSSR. 1964;8(3):188–191. Russian.
  4. Yurkevich ID, Golod DS, Parfenov VI. [Typology and shape composition of spruce forests in Belarus]. In: Zhukov AB, editor. Voprosy lesovedeniya. Tom 1 [Questions of forest science. Volume 1]. Krasnoyarsk: [s. n.]; 1970. p. 180–185. Russian.
  5. Parfenov VI. Obuslovlennost’ rasprostraneniya i adaptatsiya vidov rastenii na granitsakh arealov [Conditionality of distribution and adaptation of plant species at the boundaries of areas]. Minsk: Nauka i tekhnika; 1980. 205 p. Russian.
  6. Krutovskii KV, Bergmann F. Introgressive hybridization and phylogenetic relationships between Norway, Picea abies (L.) Karst., and Siberian, P. obovata Ledeb., spruce species studied by isozyme loci. Heredity. 1995;74(5):464–480. DOI: 10.1038/hdy.1995.67.
  7. Goncharenko GG, Padutov VE. Populyatsionnaya i evolyutsionnaya genetika elei Palearktiki [Population and evolutionary genetics of Paleartic spruces]. Gomel: Forest Institute of the National Academy of Sciences of Belarus; 2001. 197 p. Russian.
  8. Maghuly F, Nittinger F, Pinsker W, Praznik W, Fluch S. Differentiation among Austrian populations of Norway spruce [Picea abies (L.) Karst.] assayed by mitochondrial DNA markers. Tree Genetics & Genomes. 2007;3(3):199–206. DOI: 10.1007/s11295-006-0055-z.
  9. Jin-Hua Ran, Xiao-Xin Wei, Xiao-Quan Wang. Molecular phylogeny and biogeography of Picea (Pinaceae): implications for phylogeographical studies using cytoplasmic haplotypes. Molecular Phylogenetics and Evolution. 2006;41(2):405–419. DOI: 10.1016/j.ympev.2006.05.039.
  10. Litkowiec M, Dering M, Lewandowski A. Utility of two mitochondrial markers for identification of Picea abies refugial origin. Dendrology. 2009;61:65–71.
  11. Dering M, Misiorny A, Lewandowski A, Korczyk A. Genetic and historical studies on the origin of Norway spruce in Białowieża Primeval Forest in Poland. European Journal of Forest Research. 2012;131(2):381–387. DOI: 10.1007/s10342-011-0510-8.
  12. Potokina EK, Orlova LV, Vishnevskaya MS, Alekseeva EA, Potokin AF, Egorov AA. Genetic differentiation of spruce populations in northwest Russia revealed with microsatellite markers. Ecological genetics. 2012;10(2):40–49. Russian.
  13. Aizawa M, Yoshimaru H, Ogawa H, Goto S, Kaji M. Natural hybridization of Yezo and Sakhalin spruce in central Hokkaido, revealed by DNA markers with contrasting modes of inheritance. Plant Species Biology. 2016;31(3):188–195. DOI: 10.1111/1442- 1984.12101.
  14. Mudrik EA, Polyakova TA, Shatokhina AV, Bondarenko GN, Politov DV. Spatial distribution of intron 2 of nad1 gene haplotypes in populations of Norway and Siberian spruce (Picea abies – P. obovata) species complex. Genetika. 2015;51(10):1117–1125. Russian. DOI: 10.7868/S0016675815100124.
  15. Tsuda Y, Chen J, Stocks M, Källman T, Sønstebø JH, Parducci L, et al. The extent and meaning of hybridization and introgression between Siberian spruce (Picea obovata) and Norway spruce (Picea abies): cryptic refugia as stepping stones to the west? Molecular Ecology. 2016;25(12):2773–2789. DOI: 10.1111/mec.13654.
  16. Harris H, Hopkinson DA. Handbook of enzyme electrophoresis in human genetics (with supplements). Amsterdam: North-Holland Publishing Company; 1978. [360 p.].
  17. Wendel JF, Stuber CW. Plant isozymes: enzymes studied and buffer systems for their electrophoretic resolution in starch gels. Isozyme Bulletin. 1984;17:4–11.
  18. Cheliak WM, Pitel JA. Techniques for starch gel electrophoresis of enzymes from forest tree species. Ottawa: Canadian Forestry Services; 1984. 49 p. Information report No.: PI-X-42.
  19. Goncharenko GG, Padutov VE, Potenko VV. Rukovodstvo po issledovaniyu khvoinykh vidov metodom elektroforeticheskogo analiza izofermentov [Manual for the study of coniferous species by the method of electrophoretic analysis of isoenzymes]. 2nd edition. Gomel: Belorusskii nauchno-issledovatel’skii institut lesnogo khozyaistva; 1989. 163 p. Russian.
  20. Padutov VE, Baranov OYu, Voropaev EV. Metody molekulyarno-geneticheskogo analiza [Methods of molecular genetic analysis]. Minsk: Yunipol; 2007. 176 p. Russian.
  21. Bucci G, Vendramin GG. Delineation of genetic zones in the European Norway spruce natural range: preliminary evidence. Molecular Ecology. 2000;9(7):923–934. DOI: 10.1046/j.1365-294x.2000.00946.x.
  22. Ekart AK, Semerikova SA, Semerikov VL, Kravchenko AN, Dymshakova OS, Larionova AYa. The use of genetic markers of various types for evaluation of intraspecific differentiation level of the Siberian spruce]. Sibirskii lesnoi zhurnal. 2014;4:84–91. Russian.
  23. Neishtadt MI. Istoriya lesov i paleogeografiya SSSR v golotsene [History of forests and paleogeography of the USSR in the Holocene]. Moscow: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR; 1957. 403 p. Russian.
  24. Golubets MA. [Modern interpretation of the volume of the species Picea abies (L.) Karst. and its intraspecific taxa]. Botanicheskii zhurnal. 1968;53(8):1048–1062. Russian.
  25. Yurkevich ID, Parfenov VI. [On the taxonomy of Picea abies (L.) Karst.]. Byulleten’ Glavnogo botanicheskogo sada. 1967; 64:41–48. Russian.
  26. Parfenov VI. [Flora of Polesie as a model of modern and forecast dynamics of the flora of the temperate zone]. In: Botanika. Issledovaniya. Vypusk 22 [Botany. Researches. Issue 22]. Minsk: Nauka i tekhnika; 1980. p. 48–56. Russian.
Опубликован
2021-03-12
Ключевые слова: ель европейская, Picea abies, изоферменты, микросателлитный анализ, хлоропластная ДНК, митохондриальная ДНК, интрогрессия
Как цитировать
Падутов, В. Е. (2021). Особенности формирования популяционной структуры Picea abies (L.) Karst. на территории Беларуси. Экспериментальная биология и биотехнология, 1, 78-91. https://doi.org/10.33581/2521-1722-2021-1-78-91
Выпуск
№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Биология
Раздел
Генетика и молекулярная биология

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Биология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).