Генетическое разнообразие Picea abies в северо-восточной части ареала произрастания

Исследование генетического разнообразия и внутривидовой дифференциации популяций хвойных лесов является одним из важных направлений в области популяционной генетики. Род Picea находится во внимании ученых-генетиков еще с начала XX века. В ведущих научноисследовательских институтах проводились исследования формовой структуры природных популяций ели, на основе которых составлялись карты географического распространения елей.

Генетическое разнообразие видов хвойных в настоящее время интенсивно изучаются с использованием методов молекулярного маркирования [1, 2, 4]. Многочисленные исследования построены на анализе полиморфизма микросателлитных локусов, которые рассматриваются в качестве наиболее полиморфной и воспроизводимой системы кодоминантных молекулярных маркеров [5].

Целью нашей работы являлось изучение генетического разнообразия ели европейской ( Picea abies) , произрастающей в естественных насаждениях на территории Архангельской и Кировской областей, а также Республики Коми. Образцы растительного материала были отобраны в 6 популяциях Picea abies: Веселовской, Боровой (Республика Коми); Березовской, Орлецовской (Кировская область) и Русковерской, Березниковской (Архангельская область).

В каждой точке из естественных насаждений с 50 деревьев была отобрана хвоя. Образцы сушились в сушильном шкафу двое суток при температуре 40OC. Из этих образцов в дальнейшем была выделена ДНК СТАВ-методом. Всего выделено 300 образцов ДНК.

Полиморфизм елей изучали по 5 микросателлитным локусам: SpaGG3, EATC1B02, UAPgAG105, Pa_33, Pa_36. Гаплотип определяли по мтДНК – локусу NAD_1intron2 . Последний локус является дискриминирующим межпопуляционные различия маркером [2].

В работе был использован метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Электрофоретическое разделение ПЦР-продуктов проводили в агарозном (для NAD_1) и полиакриламидном (ПААГ) гелях. Окрашивали гели раствором бромистого этидия. Визуализацию ПЦР-продуктов проводили с помощью трансиллюминатора и черной камеры с возможностью фотофиксации.

В ходе анализа электрофореграмм ампликонов 6 локусов в 6 популяциях ели европейской выявлено от 5 до 15 аллельных вариантов. Все проанализированные локусы являются полиморфными. Наибольшее аллельное разнообразие было выявлено в локусе SpaGG3. Менее изменчивым оказался локус Pа_36, наследуемость которого определяется пятью аллельными вариантами.

Наиболее часто встречаются аллели «171» локуса NAD_1 из Березовской выборки (Кировская область) и «202» локуса Pа_36 из Боровой выборки (Республика Коми). В целом изученные выборки значительно отличаются по значениям частот аллелей.

Показатели внутрипопуляционной изменчивости ели европейской рассчитаны в программе GenAlEx (табл. 1).

Таблица 1  – Показатели генетической изменчивости Picea  abies, рассчитанные на основе микросателлитного анализа

Выборка	Na	Ne	Ho	He	F
1	2	3	4	5	6
Республика Коми/Веселовская	7,167	4,540	0,264	0,725	0,673
Кировская/Березовская	7,000	4,224	0,264	0,682	0,671
Кировская/Орлецовская	7,000	4,457	0,254	0,673	0,690
Архангельская/Русковерская	7,167	4,289	0,260	0,705	0,655
Республика Коми/ Боровая	7,667	4,919	0,358	0,738	0,558
Архангельская/Березниковская	6,333	4,083	0,302	0,667	0,596
Среднее для популяции ± ошибка	7,056 ±0,743	4,418 ±0,490	0,284 ±0,047	0,698 ±0,022	0,641 ±0,056

Примечание. N a – среднее число аллелей на локус, N e – эффективное число аллелей на локус, H o – наблюдаемая гетерозиготность, H_e – ожидаемая гетерозиготность, F – индекс фиксации, ± стандартная ошибка.

Среднее число аллелей на локус в популяциях варьировало от 6,333 до 7,667. Эффективное число аллелей от 4,083 до 4,919, значения наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности от 0,254 до 0,358 и от 0,667 до 0,725

соответственно. Наиболее высокое аллельное разнообразие и более высокие уровни наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности наблюдаются у особей из Веселовской и Боровой выборок Республики Коми.

Сопоставление значений наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности показало, что во всех выборках наблюдается дефицит гетерозиготных генотипов по всем изученным микросателлитным локусам. Значения показателей F-статистик Райта приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения показателей F-статистик Райта

Локус	Fis	Fit	Fst
1	2	3	4
NAD 1 intron2	1,000	1,000	0,054
UAPgAG105	0,454	0,505	0,094
Ра_33	0,447	0,462	0,028
Ра_36	1,000	1,000	0,063
EATC1B02	0,774	0,805	0,137
SpaGG3	0,154	0,173	0,022
Среднее    ± ошибка	0,638 ±0,140	0,658 ±0,136	0,066 ±0,018

Полученные значения F-статистик Райта показывают, что каждое отдельное дерево в среднем обнаруживает 64% дефицит гетерозигот относительно популяции и около 66% составляет дефицит гетерозиготных генотипов относительно вида Picea abies . Около 7% всей наблюдаемой изменчивости приходится на межпопуляционную, внутри же популяции сосредоточено 93% всего генетического полиморфизма.

Генетическая дистанция, рассчитанная по методу Нея, варьирует между популяциями от 0,102 до 0,455, составляя в среднем 0,279.

Наиболее значительные различия в генетической структуре по изученным локусам наблюдается между Веселовской и остальными популяциями. Показатель генетического расстояния варьирует от 0,147 до 0,455 и в среднем составляет 0,301.

Анализ генетической дистанции с помощью многомерного шкалирования демонстрирует дифференциацию выборок в плоскости двух координат (рис. 1).

Principal Coordinates (PCoA)

Республика Ком Боровая	Архангельская/ Березниковская и/              Кировская/Березов ская
Республика      ♦ Коми/Веселовская   Кировская/ Орлецовская	Архангельская/ Русковерская ♦

Коорд. 1

Рисунок 1 – Проекция изученных выборок ели европейской на плоскости двух координат по данным РСА-анализа матрицы генетических расстояний Нея

Таким образом, в ходе анализа электрофореграмм ампликонов 6 локусов в 6 популяциях выявлено от 5 до 15 аллельных вариантов. Наиболее высокое аллельное разнообразие и более высокие уровни гетерозиготности наблюдаются у особей из исследованных популяций Республики Коми.

Анализ генетического расстояния между представленными выборками ели европейской из Архангельской, Кировской областей и Республики Коми показал отсутствие четкой связи между географическим положением выборок и степень их генетической дифференциации.