Микросателлитные локусы в генетической оценке плюсовых деревьев Pinus sylvestris L. С. 48–68

УДК

575.174:582.475

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-3-48-68

Аннотация

С помощью 4-ядерных микросателлитных локусов осуществлена сравнительная оценка уровня генетического разнообразия Петрозаводской и Заонежской лесосеменных плантаций сосны обыкновенной I порядка и испытательных культур, созданных полусибсовыми семенными потомствами клонов с Петрозаводской лесосеменной плантации. Для выявления нуль-аллелей и исключения ошибок генотипирования использована программа Micro-Checker. Для изучения генетической структуры селекционных объектов с точки зрения пропорции редких и наиболее общих аллелей для каждого отобранного дерева определены коэффициенты генетической оригинальности. На лесосеменных плантациях и в испытательных культурах обнаружена значительная доля (27,3–37,0 %) наиболее редких и, напротив, невысокая доля наиболее типичных (3,3–14,8 %) аллелей для данной части ареала сосны. Для Петрозаводской лесосеменной плантации установлено наибольшее число (40) аллелей из всех выявленных (51). Тест на соответствие частот аллелей ожидаемым по Харди–Вайнбергу показал достоверный дефицит гетерозигот на обеих лесосеменных плантациях и в испытательных культурах. Все селекционные объекты характеризовались высоким уровнем аллельного и генетического разнообразия (среднее число аллелей на локус – 7,75–10,50; среднее эффективное число аллелей – 5,00–6,54; наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность соответственно – 0,60–0,70 и 0,63–0,71), обнаруженные отличия оказались статистически недостоверными. Результаты молекулярной дисперсии AMOVA (5 %) свидетельствуют об отсутствии значительной генетической дифференциации между селекционными объектами. Причина дефицита гетерозигот – не только наличие нуль-аллелей. В процессе селекции в итоге случайного отбора ограниченного числа генотипов (клонов) соотношение частот аллелей может не соответствовать соотношению в естественной популяции. Выявленный у селекционных объектов высокий уровень наиболее редких для данной части ареала сосны аллелей также можно объяснить влиянием отбора. Полученные результаты будут использованы при создании селекционных объектов повышенной генетической ценности.

Сведения об авторах

А.А. Ильинов, канд. с.-х. наук; ResearcherID: L-5854-2013, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3416-0312
Б.В. Раевский*, д-р с.-х. наук; ResearcherID: K-6424-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1315-8937
Институт леса Карельского научного центра РАН, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск, Россия, 185910; ialexa33@yandex.ru, borisraevsky@gmail.com*

Ключевые слова

сосна обыкновенная, микросателлиты, коэффициент генетической оригинальности, генетическое разнообразие, лесосеменные плантации, испытательные культуры

Для цитирования

Ильинов А.А., Раевский Б.В. Микросателлитные локусы в генетической оценке плюсовых деревьев Pinus sylvestris L. // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 3. С. 48–68. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-48-68

Литература

1. Ивановская С.И. Оценка генофонда сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в плюсовых насаждениях Беларуси по данным изоферментного анализа // Тр. БГТУ. № 1. Лесное хозяйство. 2014. № 1. С. 130–134. 

2. Ивановская С.И., Барсукова М.М., Ревяко И.Д., Луферова Н.С., Падутов В.Е., Ревяко И.Д. Уровень генетической изменчивости у деревьев сосны обыкновенной различных селекционных категорий // Проблемы лесоведения и лесоводства: сб. науч. тр. Минск: Ин-т леса НАН Беларуси, 2008. Вып. 68. С. 178–186. 

3. Ильинов А.А., Раевский Б.В. Сравнительная оценка генетического разнообразия естественных популяций и клоновых плантаций сосны обыкновенной и ели финской в Карелии // Экол. генетика. 2015. T. XIII, № 4. C. 55–67. https://doi.org/10.17816/ecogen13455-67

4. Ильинов А.А., Раевский Б.В. Cостояние генофонда сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. в Карелии // Сиб. лесн. журн. 2016. № 5. С. 45–54. https://doi.org/10.15372/sjfs20160504

5. Ильинов А.А., Раевский Б.В. Использование микросателлитных локусов в изучении плюсового генофонда сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. в Карелии // Тр. КарНЦ РАН. 2018. № 6. C. 124–134. https://doi.org/10.17076/eb840

6. Новиков П.С., Шейкина О.В. ISSR-анализ деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) различных селекционных категорий // Науч. журн. КубГАУ. 2012. № 82(08). С. 100–112. 

7. Потокина Е.К., Александрова Т.Г. Методы классификации внутривидового разнообразия по результатам молекулярного маркирования // Материалы Всерос. конф. «Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века», Петрозаводск, 22–27 сент. 2008 г. Ч. 3: Молекулярная систематика и биосистематика. Флора и систематика высших растений и флористика. Палеоботаника. Культурные и сорные растения. Ботаническое ресурсоведение и фармакогнозия. Охрана растительного мира. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2008. С. 62–65. 

8. Раевский Б.В., Щурова М.Л. Методика селекционно-генетической оценки клонов сосны обыкновенной на лесосеменных плантациях // Сиб. лесн. журн. 2016. № 5. С. 91–98. https://doi.org/10.15372/SJFS20160509

9. Смирнов Е.С. О кодировании признаков для таксономического анализа // Журн. общ. биол. 1971. Т. 32, № 2. С. 224–228. 

10. Степанова Е.М., Гончаренко Г.Г. Аллельное и генотипическое разнообразие в природных и искусственных насаждениях сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) // Молодой ученый. 2009. № 12(12). С. 122–124. 

11. Bergmann F., Ruetz W. Isozyme Genetic Variation and Heterozygosity in Random Tree Samples and Selected Orchard Clones from the Same Norway Spruce Populations. Forest Ecology and Management, 1991, vol. 46, no. 1-2, pp. 39–47. https://doi.org/10.1016/0378-1127(91)90243-O

12. Brown A.H.D., Moran G.F. Isozymes, and the Genetic Resources of Forest Trees. Proceedings of the Symposium on Iso-Zymes of North American Forest Trees and Forest Insects, California, Berkeley, July 27, 1979. California, Berkeley Publ., 1981, pp. 1–10.

13. Cheliak W.M., Murray G., Pitel J.A. Genetic Effects of Phenotypic Selection in White Spruce. Forest Ecology and Management, 1998, vol. 24, no. 2, pp. 139–149. https://doi.org/10.1016/0378-1127(88)90117-X

14. Danusevicius D., Lindgren D. Two-Stage Selection Strategies in Tree Breeding Considering Gain, Diversity, Time and Cost. Forest Genetics, 2002, vol. 9, iss. 2, pp. 147–159.

15. El-Kassaby Y.A., Namkoong G. Genetic Diversity of Forest Tree Plantations: Consequences of Domestication. Consequences of Changes in Biodiversity. Proceedings of IUFRO World Congress. Finland, Tampere, 1995, vol. 2, pp. 218–228.

16. Elsik C.G., Minihan V.T., Hall S.E., Scarpa A.M., Williams C.G. Low-Copy Microsatellite Markers for Pinus taeda L. Genome, 2000, vol. 43, no. 3, pp. 550–555. https://doi.org/10.1139/g00-002

17. Funda T., Lstiburek M., Lachout P., Klápste J., El-Kassaby Y.A. Optimization of Combined Genetic Gain and Diversity for Collection and Deployment of Seed Orchard Crops. Tree Genetics and Genomes, 2009, vol. 5, no. 4, pp. 583–593. https://doi.org/10.1007/s11295-009-0211-3

18. Haapanen M., Hynynen J., Ruotsalainen S., Siipilehto J., Kilpelyainen M.-L. Realised and Projected Gains in Growth, Quality and Simulated Yield of Genetically Improved Scots Pine in Southern Finland. European Journal of Forest Research, 2016, vol. 135, no. 6, pp. 997–1009. https://doi.org/10.1007/s10342-016-0989-0

19. Ivetić V., Devetaković J., Nonić M., Stanković D., Šijačić-Nikolić M. Genetic Diversity and Forest Reproductive Material – from Seed Source Selection to Planting. IForest: Biogeosciences and Forestry, 2016, vol. 9, no. 5, pp. 801–812. https://doi.org/10.3832/ifor1577-009

20. Knowles P. Comparison of Isozyme Variation Among Natural Stands and Plantations: Jack Pine and Black Spruce. Canadian Journal of Forest Research, 1985, vol. 15, no. 5, pp. 902–908. https://doi.org/10.1139/x85-145

21. Koski V. A Note on Genetic Diversity in Natural Populations and Cultivated Stands of Scots Pine (Pinus sylvestris L.). Investigación Agraria. Sistemas y Recursos Forestales, 2000, vol. 9, no. 1, pp. 89–96.

22. Ledig F.T. The Conservation of Diversity in Forest Trees: Why and How Should Genes Be Conserved? Bioscience, 1988, vol. 38, no. 7, pp. 471–479. https://doi.org/10.2307/1310951

23. Ledig F.T. Human Impacts on Genetic Diversity in Forest Ecosystems. Oikos, 1992, vol. 63, no. 1, p. 87. https://doi.org/10.2307/3545518

24. Lewandowski A., Kowalczyk J., Litkowiec M., Urbaniak L., Rzońca M. Selection of Elite Mother Trees of Scots Pine, and European Larch to Establish 1.5 Generation Seed Orchards. Sylwan, 2017, vol. 161, no. 11, pp. 917–926. (In Polish).

25. Lindgren D., Prescher F. Optimal Clone Number for Seed Orchards with Tested Clones. Silvae Genetica, 2005, vol. 54, no. 1-6, pp. 80–92. https://doi.org/10.1515/sg-2005-0013

26. Lundkvist K. Genetic Structure in Natural and Cultivated Forest Tree Populations. Silva Fennica, 1982, vol. 16, pp. 141–149.

27. Muller-Starck G. Protection of Genetic Variability in Forest Trees. Forest Genetics, 1995, vol. 2, pp. 121–124.

28. Namkoong G. Biodiversity – Issues in Genetics, Forestry and Ethics. Forestry Chronicle, 1992, vol. 68, no. 4, pp. 438–443. https://doi.org/10.5558/tfc68438-4

29. Nardin M., Musch B., Rousselle Y., Guerin V., Sanchez L., Rossi J-P., Gerber S., Marin S., Paques L.E., Rozenberg P. Genetic Differentiation of European Larch Along an Altitudinal Gradient in the French Alps. Annals of Forest Science, 2015, vol. 72, no. 5, pp. 517–527. https://doi.org/10.1007/s13595-015-0483-8

30. Peakall R., Smouse P.E. GenAlEx 6.5: Genetic Analysis in Excel. Population Genetic Software for Teaching and Research – an Update. Bioinformatics, 2012, vol. 28, no. 19, pp. 2537–2539. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts460

31. Soranzo N., Provan J., Powell W. Characterization of Microsatellite Loci in Pinus sylvestris L. Molecular Ecology, 1998, vol. 7, no. 9, pp. 1260–1261.

32. Stoehr M.U., El-Kassaby Y.A. Levels of Genetic Diversity at Different Stages of the Domestication Cycle of Interior Spruce in British Columbia. Theoretical and Applied Genetics, 1997, vol. 94, no. 1, pp. 83–90. https://doi.org/10.1007/s001220050385

33. Van Oosterhout C., Hutchinson W., Wills D., Shipley P. Micro-Checker: Software for Identifying and Correcting Genotyping Errors in Microsatellite Data. Molecular Ecology Notes, 2004, vol. 4, no. 3, pp. 535–538. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2004.00684.x

34. Wójkiewicz B., Litkowiec M., Wachowiak W. Contrasting Patterns of Genetic Variation in Core and Peripheral Populations of Highly Outcrossing and Wind Pollinated Forest Tree Species. AoB Plants, 2016, vol. 8, pр. 1–13. https://doi.org/10.1093/aobpla/plw054