Генетическая изменчивость, дифференциация и таксономические взаимоотношения у лиственниц сибирской, Сукачёва и даурской

Исходя из всей совокупности полученных нами генетических данных, можно сделать однозначное заключение о том, что нет никаких оснований считать лиственницу сибирскую и лиственницу Сукачева самостоятельными видами, поскольку между ними выявлено огромное сходство генетических структур практически по всем проанализированным локусам, а значение генетической дистанции Неи составило лишь 0.015. Все это еще раз подтверждает мнение тех исследователей, которые рассматривают две лиственницы только как морфологически обособленные популяции одного вида L. sibirica Ledeb. (Бобров, 1972, Милютин, Муратова 1993).

Как следует из данных приведенных в табл. 3, генетическая дистанция DN между уральской L. sukaczevii и дальневосточной L. dahurica оказалась 0.052, что почти в 4 раза выше, чем дистанция между L. sibirica и L. sukachevii. Это значение DN является немногим выше, чем дистанция Неи, обычно наблюдаемая между подвидами и географическими расами у хвойных, но несколько ниже, чем DN, характерная для близкородственных видов, установленная в основном для сосен и елей (Wheeler, Guries 1982, Schiller at al. 1986, Conkle at al. 1988, Wang at al. 1990, Goncharenko at al. 1995, Гончаренко 1999). Интересно отметить, что генетическая дистанция между географически более близкими западносибирской L. sibirica и L. dahurica меньше, чем между географически более удаленными L. sukachevii и L. dahurica и составляет 0.029 (табл.3).

С использованием невзвешенного парно-группового метода кластерного анализа (UPGMA) на базе данных табл. 3 нами построена дендрограмма, иллюстрирующая степень генетической дифференциации у трех исследованных лиственниц Палеарктики (рис. 4). Из дендрограммы хорошо видно что, как и следовало ожидать, L. sibirica и L. sukachevii объединились в один тесный кластер с дистанцией Неи между ними, составившей 0.015 и лишь затем к единому таксону урало-сибирских лиственниц подсоединяется дальневосточная L. dahurica с дистанцией, превышающей 0.041.

Генетическая дистанция DN между урало-сибирской L. sibirica и дальневосточной L. dahurica оказалась несколько ниже, чем DN, характерная для близкородственных видов хвойных. Тем не менее, полученные нами генетические данные не позволяют опровергнуть самостоятельность видового статуса L. dahurica поскольку она отличается от L. sibirica в целом боле чем 4% своего генома и имеет 2 существенно дифференцированных "полудиагностических" локуса Aat-1 и Mdh-3 (см. табл. 2).

Низкая генетическая дифференциация по структурным генам, выявленная нами между двумя общепризнанными видами, скорее всего, связана с отсутствием географической изоляции и репродуктивного барьера между ними. Как указывал в своей фундаментальной работе ведущий исследователь хвойных Палеарктики Е.Г. Бобров, на протяжении всей западной границы L. dahurica легко смешивается в процессе интрогрессив-ной гибридизации с L. sibirica, образуя гибридную лиственницу, получившую название лиственницы Чекановского - L.x czekanovskii Szaf. Причем полоса интрогрессии этих двух видов распространяется на несколько сотен километров (Бобров, 1972, 1978). По-видимому, именно вследствие интенсивной гибридизации между двумя видами происходит обмен генетическим материалом, который сглаживает и уменьшает генетическую дифференциацию.

Важной эволюционно сложившейся характеристикой является уровень генетической изменчивости, который определяется при помощи основных показателей полиморфизма. Считается, что наиболее точные оценки данных показателей достигаются при анализе 18-20 и более случайно выбранных из генома локусов (Левонтин 1978, Айала 1984). Значение основных показателей генетического полиморфизма для представителей рода Larix проанализированных с использованием 18 и более генов приведены в таблице 4.

Как видно из табл. 4, у проанализированных нами видов наименьшим уровнем генетической изменчивости характеризуется лиственница Сукачева, поскольку у неё доля полиморфных локусов, Р составила 0.350, среднее число аллелей на локус, А 1.45, а средняя ожидаемая гетерозиготность, Не оказалась 0.099. У лиственницы сибирской эти показатели оказались существенно выше: гетерозиготность Не превысила 15%, а число аллелей на локус составило 2.05. Что касается лиственницы даурской, то здесь картина оказалась сложнее, т.к. показатель А превысил 2.4, в то время как гетерозиготность едва достигла 9% (табл. 4).

Таблица 4. Основные параметры генетического полиморфизма у лиственниц, полученные при анализе 18 и более локусов.

Интересно отметить, что совпадающие с нашими показатели изменчивости у лиственницы Сукачева получены и в одной работе уральских исследователей (Путенихин 1991), в тоже время в другой (Тимерьянов и др., 1996) - гетерозиготность Не была аномально низкой и составила только 4%, а показатель А едва превысил 1.1. В исследовании Шурхала и др. (1989), посвященном L. sibirica, полиморфизм оказался достаточно высок, хотя и чуть ниже выявленного нами (табл. 4). Что касается L. dahurica, то в работах Потенко, Разумова (1996) и Ларионовой и др. (2004) гетерозиготность в популяциях этого вида превысила 12%, хотя количество аллелей на локус колебалось в разных популяциях от 2.0 до 2.4. (табл. 4).

Анализируя данные таблицы 4, по роду Larix в целом следует сказать, что наиболее высокий уровень гетерозиготности (Не=22%) среди всех проанализированных в настоящее время лиственниц отмечен в одной из работ для L. laricina (Cheliak et al. 1980), которая имеет широкое распространение на североамериканском континенте, однако в другой работе (Ying L., Morgenstern, 1991), посвященной генетическому исследованию этого же вида, показатели гетерозиготности были существенно ниже и хорошо соотносятся с таковыми, полученными нами по западносибирской L. sibirica. Наименьший среди исследованных лиственниц уровень изменчивости (Не=8%) выявлен у L. occidentalis (Fins, Seeb 1986), имеющей небольшой ареал в Северной Америке (табл. 4). Интересно отметить, что в целом у 8 проанализированных видов рода Larix 51.8% локусов находится в полиморфном состоянии, а каждая особь гетерозиготна в среднем по 13.3% своих генов. В этом отношении лиственницы по уровню полиморфизма уступают соснам, у которых, рассчитанная для 30 видов, составила 15.8%, елям, гдедля 12 видов составила 18%, и пихтам, гдедля 8 видов составила 15.4% (см. сводки в Гончаренко, Силин 1997; Гончаренко, Савицкий 2000; Гончаренко, Падутов 2001).

Заключение

Таким образом, в результате проведенного нами генетического анализа природных популяций трех лиственниц, произрастающих в сибирско-дальневосточном регионе Палеарктики, с использованием 20 аллозимных локусов установлено, что выявленная близкая генетическая структура у L. sibirica и L. sukaczevii с дистанцией Неи (DN), равной всего 0.015 дает основание рассматривать их только как морфологически обособленные популяции одного вида Larix sibirica. Низкая генетическая дифференциация между L. sibirica и L. dahurica с DN, составившей 0.052, свидетельствует об интенсивной гибридизации и обмене генетическим материалом между двумя географически связанными видами, однако не позволяет опровергнуть самостоятельность видового статуса L. dahurica. Обнаружены высокие значения показателей изменчивости лиственницы сибирской и лиственницы даурской, величины которых соотносятся с таковыми, полученными для видов с широкими ареалами, в то время как у лиственницы Сукачева установлен наименьший уровень генетической изменчивости среди исследованных видов.

литература

1. Бобров Е. Г. Лесообразующие хвойные СССР. Л.: Наука, 1978. 190 с.

2. Гончаренко Г.Г., Падутов В.Е., Потенко В.В. Руководство по исследованию хвойных видов методом электрофоретического анализа изоферментов. Гомель, 1989.

3. Гончаренко Г.Г., Силин А.Е. К вопросу о генетической изменчивости и дифференциации лиственницы курильской (Larix kurilensis Mayr.) и лиственницы японской (Larix kaempferi Sarg.)// Докл. АН России. - 1997. Т. 355. № 3. C. 835-838.

4. Гончаренко Г.Г. Геносистематика и эволюционная филогения лесообразующих хвойных Палеарктики. Минск: Тэхналогiя, 1999. 188 с.

5. Гончаренко Г.Г., Шевцова Л.А. К вопросу о генетико-таксономических взаимоотношениях между лиственницей сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и лиственницей Сукачёва (Larix sukachevii Dyl.) // Известия Гомельского государственного университета им. Ф. Скорины. - Гомель, 2004. - №3. - С. 43-50.

6. Дылис Н.В. Лиственница Восточной Сибири и Дальнего Востока. М.: Изд-во АН СССР. - 1961. - 210 с.

7. Козубов Г.М., Муратова Е.Н. Современные голосеменные. - Л.: Наука, 1986. - 192 с.

8. Козыренко М.М., Артюкова Е.В., Реунова Г.Д., Лёвина Е.А., Журавлев Ю.Н. Генетическая изменчивость и взаимоотношения лиственниц Сибири и Дальнего востока по данным RAPD-анализа // Генетика, 2004. - Т. 40, №. 4. - С. 506-515.

9. Ларионова А.Я., Милютин Л.И. Исследование внутривидовой дифференциации сибирской лиственницы с помощью метода изоэнзимных спектров // Лесоведение, 1981. № 2. -С. 3-11.

10. Ларионова А.Я, Яхнева Н.В., Абаимов А.П. Генетическое разнообразие и дифференциация популяций лиственницы Гмелина в Евенкии (Средняя Сибирь) // Генетика, 2004. - Т. 40, №. 10. - С. 1370-1377.

11. Левонтин Р. Генетические основы эволюции: Пер. с англ.- М.: Мир,1978.- 352 с.

12. Номенклатура ферментов. - М.: ВИНИТИ, 1979.- 320 с.

13. Потенко В.В., Разумов П.Н. Генетическая изменчивость и популяционная структура лиственницы даурской на территории Хабаровского края // Лесоведение, 1996.- №5.- С.11-18.

14. Пугач Е.А. Лиственница // Лесная энциклопедия. Т. 2. Гл. ред. Воробьев Г. И. М.: Сов. Энциклопедия, 1985. - С. 13-15.

15. Тимерьянов А.Ш., Шигапов З.Х., Янбаев Ю.А. Генетическая изменчивость лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii dyl.) на южном Урале. Механизм генного контроля изоферментных систем // Генетика, 1994. -Т. 30, № 9. -С. 1243-1247.

16. Тимерьянов А.Ш., Старова Н.В., Бахтиярова Р.М. Генетическая изменчивость лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii dyl.) на южном Урале. II Уровни изоферментной изменчивости в природных популяциях // Генетика, 1996. -Т. 32, № 2. -С. 267-271.

17. Тимерьянов А.Ш. Генетическая изменчивость лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii dyl.) на южном Урале. Пространственная дифференциация популяций // Генетика, 1996. Т. 32, № 5. С. 663-667.

18. Шурхал А.В., Подогас А.В., Семериков В.Л., Животовский Л.А. Аллозимный полиморфизм лиственницы сибирской Larix sibirica // Генетика, 1989. - Т. 25, № 10. - С. 1899-1901.

19. Ayala F.J., Powell J.R. Allozymes as diagnostic characters of sibling species of Drosophila // Proc. Nat. Acad. Sci.- 1972.- V. 69.- P. 1094-1096.

20. Boscherini G., M. Morgante, P. Rossi, G.G. Vendramin. Allozyme and chloroplast DNA variation in Italian and Greek populations of Pinus leucodermis. Heredity -V.73.-P.284-290. - 1994.

21. Cheliak W.M., Murray G., Pitel J.A. Genetic effects of phenotypic selection in white spruce// For. Ecol. Manage.- 1988. - V. 24. - P. 139-149.

22. Dancik B.P., Yeh F.C. Allozyme variability and evolution of lodgepole pine Pinus contorta var. latifolia) and jack pine (P.banksiana) in Alberta // Can. J. Genet. Cytol. - 1983.- V. 25.- P. 57-64.

23. Fins L., Seeb L. Genetic variation in allozymes of western larch // Can. J. For. Res, 1986. -V. 16. - P. 1013-1018.

24. Giannini R.M., Morgante and G.G. Vendramin. Allozyme variation in Italian populations of Picea abies (L.) Karst. Silvae Genetica. - 1991a. - V.40. - P.160-166.

25. Goncharenko G.G., Padutov V.E., Silin A.E. Allozyme variation in natural population of Eurasian pines. I. Population structure, genetic variation, and differentiation in Pinus pumila (Pall.) Regel from Chukotsk and Sakhalin // Silvae Genet. - 1993a. - Vol.42 - P. 237-246.

26. Goncharenko G. G., Padutov V. E., Silin A. E. Allozyme variation in natural population of Eurasian pines. 2 Genetic variation, diversity, differentiation and gene flow in Pinus sibirica Du Tour in some lowland and mountain populations// Silvae Genet. 1993 b. V. 42. P. 246-253.

27. Goncharenko G.G., Silin A.E., Padutov V.E. Allozyme variation in natural populations of Eurasian pines. III. Population structure, diversity, differentiation and gene flow in central and isolated population of Pinus sylvestris L. in Eastern Europe and Siberia // Silvae Genet. - 1994. - Vol.43. -P.119-132.

28. Guries R.P., Ledig F.T. Genetic diversity and population structure in Pitch pine (Pinus rigida Mill.)// Evolution.- 1982.- V. 36.- P. 387-402.

29. Hawley G.J., DeHayes D.H. Genetic diversity and population structure of red spruce (Picea rubens) // Can. J. Bot.-1994 - Vol.72. - 1778-1786.

30. Kim Z.-S., Lee S.-W., Lim J.-H. e.a. Genetic diversity and structure of Pinus koraiensis (Sieb. & Zucc.) in Korea // Forest Genetics. - 1994. - Vol.1. -P.41-49.

31. Lewandowski A., Mejnartowicz L. Inheritance of allozymes in Larix decidua Mill. // Silvae Genet. 1990. Vol. 39. № 5-6. P. 184-188.

32. Lewandowski A., Mejnartowicz L. Levels and patterns of allozyme variation in some European larch (Larix decidua) populations // Hereditas. 1991. 115. P. 221-226.

33. Lewandowski A. Genetic relationships between European and Siberian larch, Larix spp. (Pinaceae), studied by allozymes. Is the Polish larch a hybrid between these two species? // Pl. Syst. Evol. 1997. Vol. 204. P. 66-73.

34. Merkle S.A., Adams W.T. Patterns of allozyme variation within and among Douglas-fir breeding zones in southwest Oregon// Can. J. For. Res.- 1987.- V. 17.- P. 402-407.

35. Mejnartowicz L., Bergmann F. Genetic studies on European larch (Larix decidua Mill.) employing isoenzyme polymorphisms // Genetica polonica, 1975. Vol. 16. № 1. P. 29-35.Paule L., Gцmцry D. // Population genetics and genetic conservation of forest trees. 1995. P. 321-328.

36. Millar C.I., Strauss S.H., Conkle M.T., Westfall R.P. Allozyme differentiation and biosystematics of the Californian closed cone pines (Pinus subsect. Oocarpae) // Systematic Botany.- 1988.- V. 13 - P. 351-370.

37. Nei M. Genetic distance between populations // Amer. Nat.- 1972.- V. 106.- P. 283-292.

38. Plessas M.E., Strauss S.H. Allozyme differentiation among populations stands and cohorts on Monterey pine // Can. J. For. Res.- 1986.- V. 16.- P. 1155-1164.

39. Prakash S., Lewontin R.C., Hubby J.L. A molecular approach to the study of genic heterozygosity in natural populations. IV. Patterns of genic variation in central, marginal and isolated populations of Drosophila pseudoobscura// Genetics.- 1969.- V. 61.- P. 841-858.

40. Raja R.G., Tauer C.G., Wittwer R.F., Huang Y. Isoenzyme variation and genetic structure in natural populations of shortleaf pine (Pinus echinata) // Can. J. For. Res. - 1997. - Vol.27. - P.740-749.

41. Ross H.A., Hawkins J.L. Genetic variation among local populations of Jack pine (Pinus banksiana) // Can. J. Genet. Cytol. - 1986. - V. 28. - P. 453-458.

42. Semerikov V.L., Zhang H., Sun M., Lascoux M. Conflicting phylogenies of Larix (Pinaceae) based on cytoplasmic and nuclear DNA // Mol. Phyl. Evol., 2003. Vol. 27. № 2. Р. 173-184.

43. Silin A.E., Goncharenko G.G., Allozyme variation in natural populations of Eurasian pines. IV. Population structure and isolated populations of Pinus nigra Arnold on the Crimean peninsula. // Silvae Genet. V.45. - P.67-75. 1996.

44. Sneath P. H. A., Sokal R. R. Numerical Taxonomy: the Principles and Practice of Numerical Classification. San Francisco: W. H. Freeman, 1973. 573 p.

45. Teisseire H., Fady B., Pichot C. Allozyme variation in five French populations of Aleppo pine ( Pinus halepensis Miller) // Forest Genetics. 1995. V. 2. P. 225-236.

46. Wheeler N.C., Guries R.P. Population structure, genic diversity, and morphological variation in Pinus contorta Dougl.// Can. J. For. Res. - 1982. - V. 12. - P. 595-606.

47. Yeh F.C., Khalil M.A.K., El-Kassaby Y.A., Trust D.C. Allozyme variation in Picea mariana from Newfoundland: genetic diversity, population structure, and analysis of differentiation// Can. J. For. Res. - 1986. - V. 16. - P. 713-720.

48. Yeh F.C., O'Malley D. Enzyme variations in natural populations of Douglas-fir, Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco, from British Columbia. I. Genetic variation patterns in coastal populations// Silvae Genet. - 1980. - V. 29. - P. 83-92.

49. Wheeler N.C., Guries R.P., O'Malley D.M. Biosystematics of the Genus Pinus, Subsection Contortae // Biochem. Syst. Ecol.- 1983.- V. 11.- P. 333-340.

50. Wheeler N.C., Guries R.P. A quantitative measure of introgression between lodgepole and jack pines // Can. J. Bot.- 1987.- V.65.- P. 1876-1885.

51. Goncharenko G.G., Padutov V.E., Silin A.E. Population structure, gene diversity, and differentiation in natural populations of Cedar pines (Pinus subsect. Cembrae, Pinaceae) in the USSR// Pl. Syst. Evol. - 1992. - V. 182. - P. 121-134.

52. Goncharenko G. G., Silin A. E., Padutov V. E. Intra-and interspecific genetic differentiation in closely related pines from Pinus subsection Sylvestres (Pinaceae ) in the former Soviet Union// PL. Syst. Evol. 1995.V. 194. P. 39-54.

53. Милютин Л.И., Муратова Е.Н., Ларионова А.Я. Генетико-таксономический анализ популяций лиственниц сибирской и Сукачева // Лесоведение, 1993. - №5. - С. 55-63.

54. Schiller G., Conkle M.T., Grunwald C. Local differentiation among Mediterranean of Aleppo pine in their isoenzymes// Silvae Genet. -1986. -V. 35.No.1.- P. 11-19.

55. Conkle M.T., Schiller G., Grunwald C. Electrophoretic analysis of diversity and phylogeny of Pinus brutia Ten. and closely related taxa // Systematic Botany.- 1988.- V. 13.- P. 411-424.

56. Wang X.-R., Szmidt A.E., Lewandowski A., Wang Z.-R. Evolutionary analysis of Pinus densata Masters, a putative Tertiary hybrid. 1. Allozyme variation. // Theor. Appl.Genet.80: 635-640 (1990).

57. Бобров Е.Г. История и систематика лиственниц. Л.: Наука, 1972. - 96 с.

58. Айала Ф. Введение в молекулярную и эволюционную генетику: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 230 с.

59. Путенихин В.П., Фарукшина Г.Г., Шигапов З.Х. Лиственница Сукачева на Урале: изменчивость и популяционно-генетическая структура.- М.: Наука, 2004. - 276 с.

60. Cheliak W.M., Wang J., Pitel J.A. Population structures and genic diversity in tamarack, Larix laricina (Du Roi) K. Koch.// Can. J. For. Res. - 1988.- V. 18.- P.1318-1324.

61. Ying L., Morgenstern E.K. The population structure of Larix laricina in New Brunswick, Canada// Silvae Genet. - 1991. - V.40. - No.5/6. - P.180-184.

62. Гончаренко Г.Г., Силин А.Е. Популяционная и эволюционная генетика сосен Восточной Европы и Сибири. - Минск: Тэхналогiя, 1997. 192с.

63. Гончаренко Г.Г., Савицкий Б.П. Популяционно-генетические ресурсы пихты белой в Беларуси. - Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2000. 122 с.

64. Гончаренко Г.Г. , Падутов В.Е. Популяционная и эволюционная генетика елей Палеарктики. Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2001. 188 с.

Страницы: 1, 2