Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Лиственница гмелина и ее место в систематике рода larix 10
1.1 История таксономического изучения лиственницы Гмелина 10
1.2 Таксономическое положение лиственницы Гмелина 13
1.3 Морфологическое описание и географическое распространение лиственницы Гмелина 17
ГЛАВА 2. Использование изоферментов для изучения генетического разнообразия и внутривидовой дифференциации видов 26
2.1 Использование изоферментов в качестве биохимических маркеров генов при изучении генетического разнообразия хвойных 26
2.2 Использование изоферментов в генетико-популяционных исследованиях видов рода Larix 31
2.2.1. Наследование изоферментов 31
2.2.2. Внутрипопуляционная изменчивость видов рода Larix 32
2.2.3. Межпопуляционная изменчивость видов рода Larix 40
ГЛАВА 3. Объекты и методы исследования 42
3.1 Характеристика лиственницы Гмелина из Центральной Эвенкии 44
3.2 Характеристика лиственницы Гмелина из Восточного Забайкалья 47
3.3 Характеристика лиственницы сибирской из Красноярского Приангарья 51
3.4 Материалы и методы исследования 52
ГЛАВА 4. Генетический контроль электрофоретического полиморфизма ферментов 61
Заключение 72
ГЛАВА 5. Генетическая изменчивость и природных популяций лиственницы гмелина из центральной эвенкии и восточного Забайкалья 73
5.1 Внутрипопуляционная генетическая изменчивость лиственницы Гмелина 73
5.2 Популяционная структура и внутривидовая дифференциация популяций лиственницы Гмелина 80
5.3 Сравнительный анализ природных популяций лиственниц Гмелина и сибирской 88
Заключение 92
ГЛАВА 6. Генетическая изменчивость и дифференциация интродуцированных популяций лиственницы Гмелина 93
6.1 Уровни внутрипопуляционной генетической изменчивости интродуцированных популяций лиственницы Гмелина из Приамурья 93
6.2 Популяционная структура и дифференциация интродуцированных популяций лиственницы Гмелина... 101
6.3 Сравнительный анализ интродуцированных популяций лиственниц Гмелина и Чекановского 105
Заключение...108
ГЛАВА 7. Обсуждение результатов исследований 110
7.1 Внутри- и межпопуляционная изменчивость природных популяций лиственницы Гмелина
7.2 Внутри- и межпопуляционная изменчивость интродуцированных популяций лиственницы Гмелина Ч
Заключение 122
Выводы 126
Литература 128
Приложение 151
- Таксономическое положение лиственницы Гмелина
- Использование изоферментов в качестве биохимических маркеров генов при изучении генетического разнообразия хвойных
- Характеристика лиственницы Гмелина из Восточного Забайкалья
- Популяционная структура и внутривидовая дифференциация популяций лиственницы Гмелина
Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение генетического разнообразия лесообразующих видов хвойных, выполняющих средообразующую, ресурсную, рекреационную и других функции, является одной из важных проблем современной биологии. Под воздействием дестабилизирующих природных и антропогенных факторов происходит постепенное истощение генетических ресурсов лесов, снижение их устойчивости и продуктивности. Поэтому необходимы точные сведения о генетической структуре популяций различных видов хвойных, уровнях их внутри- и межпопуляционного разнообразия, степени генетической дифференциации в различных частях ареала. Полученные материалы позволят оценить генетический потенциал видов хвойных и разработать для каждого из них комплекс мероприятий по рациональному использованию, сохранению и воспроизводству генетических ресурсов, а так же по отбору ценных популяций.
Одним из наиболее информативных методов изучения генетического разнообразия хвойных является метод электрофоретического анализа изоферментов, представляющих собой внутриклеточные продукты отдельных генов. Исследуя состав изоферментов, можно получить сведения об изменчивости гена, кодирующего синтез данного фермента. Использование изоферментов в качестве биохимических маркеров генов позволяет дать количественную оценку уровня генетической изменчивости, то есть определить число полиморфных локусов в генофонде популяций, гетерозиготность отдельных деревьев, степень генетических различий между популяциями и видами. В последние годы появились новые возможности и методы для определения уровня генетической изменчивости, основанные на изучении непосредственного носителя генетической информации — ДНК, однако метод
электрофоретического анализа изоферментов продолжает оставаться одним из наиболее широко используемых в генетико-популяционных исследованиях хвойных.
Лиственница Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) является одним из основных лесообразующих видов рода Larix в нашей стране [Абаимов, Коропачинский, 1984; Абаимов, Милютин, 1995; и др.]. Обладая высокой экологической пластичностью, она формирует огромные массивы монодоминантных лесов и редколесий в высоких широтах азиатской части страны. Этот вид занимает около 35% общей площади лиственничных лесов Российской Федерации.
Несмотря на широкое географическое распространение, большую экологическую и ресурсную значимость, генетический полиморфизм лиственницы Гмелина изучен недостаточно. К настоящему времени опубликованы лишь отдельные результаты генетических исследований нескольких популяций этого вида из Восточной Сибири [Semerikov et al., 1999] и Дальнего Востока [Потенко, Разумов, 1996]. Отсутствие данных из многих районов естественного распространения лиственницы Гмелина не позволяет оценить генетический потенциал вида в целом, степень его внутривидовой дифференциации.
Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение генетического полиморфизма и внутривидовой дифференциации лиственницы Гмелина методом изоферментного анализа. В задачи исследования входило:
изучение генного контроля электрофоретического разнообразия ферментов у лиственницы Гмелина;
определение параметров генетической изменчивости, популяционной структуры и степени внутривидовой дифференциации природных и
интродуцированных популяций лиственницы Гмелина из Центральной
Эвенкии и Восточного Забайкалья; 3) сравнительная оценка уровней внутри- и межвидовой дифференциации
популяций лиственницы Гмелина, сибирской и Чекановского.
Научная новизна. Впервые проведено исследование генетической изменчивости лиственницы Гмелина в Центральной Эвенкии и Восточном Забайкалье. Определены значения основных параметров генетического разнообразия, получены оценки подразделенности и степени дифференциации популяций в этих регионах. Установлено, что в Центральной Эвенкии лиственница Гмелина испытывает дефицит гетерозиготных генотипов, вызванный инбридингом. Впервые на основе анализа генов, кодирующих ферменты, получены данные о генетическом полиморфизме и степени дифференциации лиственницы Гмелина в географических культурах. Показано, что интродуцированные популяции этого вида характеризуются более низким аллельным разнообразием и менее дифференцированы по сравнению с природными популяциями.
Практическая значимость. Полученные данные о генетическом полиморфизме и внутривидовой дифференциации природных и интродуцированных популяций лиственницы Гмелина могут быть использованы при разработке селекционных мероприятий, направленных на сохранение, восстановление и рациональное использование ее генетических ресурсов, решение таксономических задач.
Защищаемые положения:
1. Популяции лиственницы Гмелина из Центральной Эвенкии и Восточного Забайкалья существенно различаются между собой по уровню генетического полиморфизма и особенностям структуры, что свидетельствует о генетической неоднородности вида.
Эвенкийские популяции лиственницы Гмелина, сформировавшиеся под воздействием лесных пожаров, испытывают значительный дефицит гетерозиготных генотипов, вызванный инбридингом.
Интродуцированные популяции лиственницы из Приамурья характеризуются более низким аллельным разнообразием и слабой межпопуляционной дифференциацией по сравнению с природными популяциями.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на II Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (Красноярск, 1999); на Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Студенческая наука — городу и краю» (Красноярск, 2000); на II Всероссийской научной конференции студентов и молодых ученых «Агроэкология и устойчивое развитие регионов» (Красноярск, 2000); на XI Международной конференции «Boreal Forests and Environment: Local, Regional and Global Scales» (Красноярск, 2002); на II научной конференции МОГиС, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова «Актуальные проблемы генетики» (Москва, 2003); на 7-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2003), на конференции молодых ученых «Исследования компонентов лесных экосистем Сибири», посвященной 60-летию образования института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (Красноярск, 2004).
Кроме того, результаты исследований были представлены на научно-практической конференции «Лесная генетика и селекция на рубеже тысячелетий» (Воронеж, 2001); на Международной конференции «Классификация и динамика лесов Дальнего Востока» (Владивосток, 2001); на Международном симпозиуме «Improvement of Larch (Larix sp.) for Better Growth,
Stem Form and Wood Quality» (Франция, 2002); на II Международной конференции «Роль мерзлотных экосистем в глобальном изменении климата» (Якутск, 2002); на конференции молодых ученых «Исследования компонентов лесных экосистем Сибири» (Красноярск, 2003); на конференции, посвященной 100 - летию организации 1-ой селекционной станции при Московском сельскохозяйственном Институте (Тимирязевская академия) и начала научной селекции в России (Москва, 2003),
Публикации, Основные результаты диссертационной работы изложены в 16-ти опубликованных работах, 4 работы находятся в печати.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 157 страницах компьютерного текста, содержит 25 таблиц и 18 рисунков. Библиографический список включает 208 наименований, 100 из которых на иностранных языках.
Личный вклад автора. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены непосредственно автором в лаборатории лесной генетики и селекции Института леса им. Н.В. Сукачева СО РАН. Материал для исследований лиственницы Гмелина из Центральной Эвенкии был предоставлен автору одним из научных руководителей д.б.н., проф. А.П. Абаимовым, образцы лиственницы сибирской из Нижнего Приангарья — к.б.н. Н.А. Кузьминой. Все экспериментальные работы выполнялись под руководством к.б.н. А.Я. Ларионовой. При изучении некоторых популяций в проведении электрофоретического анализа ферментов принимали участие студенты, а ныне аспиранты А.К. Экарт и А.Н. Кравченко.
Благодарности. Автор благодарит научных руководителей д.б.н., проф. Л.И. Милютина и д.б.н., проф. А.П. Абаимова за неоценимую помощь в работе над диссертацией.
Автор выражает искреннюю признательность к.б.н. А.Я. Ларионовой за постоянную помощь в работе, ценные указания и советы.
Автор благодарен асп. КрасГАУ А.К. Экарту и асп. Института леса А.Н. Кравченко за помощь при проведении анализов.
Считаю своим приятным долгом выразить признательность сотрудникам
Читинского института природных ресурсов СО РАН В.П. Бобриневу,
к.б.н. В.П. Макарову и к.с.-х.н. Л. Н. Пак за помощь при сборе образцов в Забайкалье.
Диссертационная работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант № 03-04-49719), интеграционных проектов СО РАН № 53, № 145 и ККФН (гран № 11F0035C).
Таксономическое положение лиственницы Гмелина
Прежде чем перейти к непосредственным вопросам таксономического положения лиственницы Гмелина (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.), следует отметить в целом место рода Larix среди современных голосеменных. Общепризнано, что род Larix относится к классу хвойных (Coniferopsida), семейству сосновые (Pinaceae), подсемейству лиственничные (Lariccideae) [Крюссман, 1986]. В последней монографической сводке Е.Г. Бобров (1978) выделяет в роде Larix две секции: Multiseriales (5 видов) и Pauciseriales (11 видов). В свою очередь, секция Multiseriales содержит 3 ряда: Griffithianae, Potaninianae и Lyallianae; секция Pauciseriales — б рядов: Kaempferianae, Olgensiformes, Paucusquamatae, Americanae, Eurasiaticae и Europaeae [Козубов, Муратова, 1986]. Дальнейшая дифференциация рода в настоящее время продолжает оставаться предметом дискуссий. Это связано с тем, что основной критерий вида - репродуктивная изоляция у лиственницы проявляется весьма слабо, и виды скрещиваются как в природных, так и в интродуцированных популяциях. Нет единого мнения и о числе видов этого рода. Так В.Н. Сукачев [1924] признавал 14 видов, В.Л. Комаров [1934] - 25, Н.В. Дылис [1961] - 20; Д. Райт [Wright, 1962] - 15; X. Госсен [Gaussen, 1966] - 18; Е.Г. Бобров [1972, 1978] - 16; Ф.К. Холтмеер [Holtmeir, 1995] - 12; С.Н. Остенфельд и С. Ларсен [Ostenfeld, Larsen, 1930], B.C. Шмидт [Schmidt, 1995], Б.А. Ле Пейдж и Д.Ф. Бэсингер [LePage, Basinger, 1995] - 10 и т.д.
Современные представления о систематике лиственниц Сибири также противоречивы [Абаимов, Милютин, 1995; Abaimov et al., 1998; Milyutin et ah, 2002; и др.]. H.B. Дылис считал, что на территории Сибири произрастают 3 вида: лиственница Сукачева, лиственница сибирская и лиственница даурская (L. dahurica Turcz. ex Trautv.) [Дылис, 1947, 1961, 1981]. Е.Г. Бобров выделял на этой территории также 3 вида, но несколько иные: лиственницу сибирскую, лиственницу Гмелина и лиственницу Каяндера [Бобров, 1972, 1978]. Л.И. Милютин считает, что в Сибири произрастает лишь 2 вида: лиственницы сибирская и Гмелина, а также их гибридный комплекс — лиственница Чекановского [Круклис, Милютин, 1977; Милютин, 1982; Milyutin, Vishnevetskaia, 1995; Milyutin, 1998; и т.п.], А.П. Абаимов поддерживает и развивает взгляды Е.Г. Боброва и Б Л. Колесникова [Абаимов, 1980; Абаимов и др., 1980; Абаимов, Коропачинский, 1984; Абаимов, 1997; и тд.].
Анализируя таксономическое положение лиственницы Гмелина, хотелось бы отметить, что на протяжении всей истории изучения этой лиственницы никогда не подвергалась сомнению ее видовая самостоятельность [Дылис, 1961]. В работах В.Н. Сукачева (1924) и Б.П. Колесникова (1946) были довольно четко показаны различия между L. sibirica и L. gmelinii и их принадлежность к разным самостоятельным ветвям развития рода. Канадские палеоботаники Б. Ле Пейдж и Д. Бэйсингер, изучая эволюцию и генезис рода Larix, в своей работе подтвердили эту точку зрения [LePage, Basinger, 1995].
Судя по работе А.П. Васьковского [1959], лиственницы, близкие к современным сибирской и даурской (Гмелина), сформировались на северо-востоке Сибири и в прилежащей части Средней Сибири к началу плейстоцена. Лиственница Гмелина (даурская) складывалась как вид, приспосабливаясь к существованию в экстренных условиях на вечномерзлотных грунтах, в заболоченных равнинах севера и в суровых условиях высокогорий. В то же время лиственница сибирская адаптировалась к существованию в более благоприятных условиях, на более богатых, мощных и дренированных почвах нижних частей горных склонов. [Бобров, 1978]. К настоящему времени ареал L. gmelinii в широком понимании этого вида в общих чертах совпадает с областью распространения вечномерзлотных грунтов, тогда как L. sibirica встречается за ее пределами. Экологической специализацией этих видов определяется тот факт, что при продвижении на запад в Европу одной из доминантов была L. sibirica, поскольку климатические условия здесь были более благоприятны, а также не было долговременного распространения мерзлоты [Бобров, 1972, 1978].
Дополняя выше сказанное, важно отметить, что лиственницы сибирская и Гмелина весьма специфичны по своим экологическим особенностям. Анализируя работы, посвященные лиственнице Гмелина, можно констатировать, что некоторые исследователи, признавая приоритетное название лиственницы даурской, восстановленное Е.Г. Бобровым [1972, 1978], придерживаются привычного эпитета "dahurica" .[Дылис, 1947, 1961, 1981; Кутафьев, 1968, 1971; Поздняков, 1975, 1983, 1986; Щербаков, 1975, 1992; и др.], а другие распространяют эпитет "gmelinii" и на лиственницу Каяндера, тем самым не признавая ее видовой самостоятельности [Круклис, Милютин, 1977; Милютин, 1982; Milyutin, Vishnevetskaia, 1995; Milyutin, 1998; и др.]. В ряде работ видовое название лиственницы Гмелина совпадает с латинским вариантом, но в таких работах идет четкое разграничение между L. gmelinii и L. cajanderi. Как правило, в этих работах видовая самостоятельность лиственницы Каяндера не подвергается сомнению [Абаимов, 1980; Абаимов и др., 1980; Абаимов, Коропачинский, 1984; Абаимов, 1997; Усольцев, 2001; Коропачинский, Встовская, 2002; и др.].
Многие зарубежные исследователи в настоящее время используют хорошо известный эпитет "даурская", но сопровождают его латинским названием "L. gmelimC и распространяют на ареал лиственницы Каяндера [Holtmeir, 1995; Schmidt, 1995; LePage, Basinger, 1995; Martinsson, 1995; и др.].
Ареал L. gmelinii почти полностью совпадает с зоной сплошного распространения вечной мерзлоты и занимает на территории Сибири около 1.9 млн. км2 [Абаимов, 1980; Абаимов и др., 1980], в связи с этим лиственницу Гмелина называют деревом вечной мерзлоты.
При рассмотрении внутривидовой дифференциации лиственницы Гмелина, необходимо обратить внимание на работы В.А. Поварницына [1949] и Н.В. Дылиса [1961], где в первой работе автор выделил забайкальский экотип лиственницы даурской, растущий в ксерофитных условиях, а во второй автор выделил два подвида (расы): восточный - L. dahurica (= L. gmelinii) ssp. cajanderi и западный - L. dahurica ssp. dahurica,
Использование изоферментов в качестве биохимических маркеров генов при изучении генетического разнообразия хвойных
Изоферменты имеют ряд неоспоримых преимуществ перед другими классами генетических маркеров. Они могут быть проанализированы в различных тканях, включая взрослые и молодые листья [Mitton et al., 1979], почки, пыльцу [Knowles, Grant, 1981] и семена. Наилучшее электрофоретическое разделение ферментов наблюдается в тканях семян. Все известные в настоящее время изоферменты имеют кодоминантное наследование и расщепляются в соответствии с Менделевским соотношением, что позволяет сразу после электрофоретической разгонки определять как гомозиготные, так и гетерозиготные фенотипы и генотипы без проведения специальных анализирующих скрещиваний [Гончаренко, Падутов, 1988; Conkle et al., 1982; Ledig, 1986 и др.]. На одном геле можно анализировать одновременно по 30 и более образцов и, соответственно, сразу определять их генотипы [Adams, 1983; Cheliak et al., 1987].
Особенно удобны для изоферментного анализа семена хвойных, т.к. они содержат гаплоидные (1 п) эндоспермы [Conkle, Adams, 1977]. Поскольку эндоспермы являются продуктами меЙоза, ожидается, что аллозимы (аллельные фракции изоферментов) у гетерозиготных деревьев будут встречаться в соотношении 1:1. На основе анализа расщепления изоферментных фракций в эндоспермах родительских деревьев можно определить генетический контроль изоферментов и характер сцепления изучаемых генов без специальных скрещиваний и анализа потомков в поколениях [Rudin, Ekberg, 1978; Neale, Adams, 1981]. Кроме того, характер расщепления изоферментов в эндоспермах семян, взятых у отдельных деревьев, часто используется для определения генотипов родительских деревьев [Conkle, Adams, 1977; Adams, 1983; Ledig, 1986; Гончаренко и др., 1987]. В настоящее время установлено, что анализа шести эндоспермов, взятых с одного дерева, достаточно для довольно точного (Р 0.95) определения его генотипа. Естественно, что чем больше эндоспермов проанализировано, тем более точно может быть установлен генотип [Гончаренко, Падутов, 1988].
Как генетические маркеры, изоферменты могут служить идеальным инструментом для описания генотипическои структуры природных и искусственных популяций [Левонтин, 1978; Айала, 1984; Айала, КаЙгер, 1988]. Анализ изоферментов дает возможность глубоко исследовать генетическую изменчивость популяций и видов, так как позволяет определить число полиморфных локусов в генофонде популяций, степень гетерозиготности отдельных деревьев и величину генетических различий между популяциями и видами [Гончаренко и др., 1987; Гончаренко, Падутов, 1988].
К настоящему времени накоплен обширный материал о генетически обусловленной изоферментной изменчивости хвойных. У ряда видов выявлено от 30 до 50 генных локусов, кодирующих изоэнзимное разнообразие ферментов. Это позволило получить данные о генотипическои структуре популяций этих видов, более точно оценить уровень внутрипопуляционной изменчивости, степень генетической дифференциации популяций в пределах видов, исследовать филогенетические взаимоотношения видов.
Обнаружено, что уровень генетической изменчивости хвойных является одним из наиболее высоких по сравнению с другими видами древесных растений и другими группами организмов [Nevo et al., 1984]. В среднем у них полиморфно более 60% локусов, кодирующих ферменты, а каждая особь изменчива по 16 - 17% структурных генов. У некоторых видов средняя гетерозиготность (один из основных показателей генетической изменчивости) достигает 30%. Эти виды, как правило, имеют большую экологическую пластичность и занимают обширные ареалы.
В последние годы наблюдается довольно быстрое развитие методов прямого анализа ДНК, т.е. методов молекулярной генетики. Успехи этого направления настолько велики, что некоторые исследователи считают целесообразным отказаться от методов биохимической генетики, сконцентрировав все внимание на полиморфизме ДНК. Ошибочность такого утверждения очевидна, поскольку полиморфизм белков (ферментов, изоферментов) и ДНК естественным образом дополняют друг друга [Beaumout, Nichols, 1996; Hedrick, 1999; Allendorf, Seeb, 2000]. Очень важно подчеркнуть, что молекулярная генетика популяций еще далека от того уровня, который достигнут биохимической генетикой, как методологически более зрелой областью науки.
Изоферменты при сравнении с генетическими маркерами, основанными на методах анализа ДНК, значительно дешевле. Такой метод анализа ДНК как RAPD (Random Amplified Polimorphic DNAs) является также относительно недорогим, однако из-за доминантного наследования он используется только для идентификации таксонов, а также построения генетических карт. Полная генетическая информация в виде матриц генотипов, оценок гетерозиготности и инбридинга может быть получена с помощью кодоминантных ДНК-маркеров. Стоимость подобных маркеров (включая стоимость их разработки) пока высока, что ограничивает их применение в популяционных исследованиях либо экономически важными видами, либо небольшими выборками. Для методов анализа ДНК (кроме RAPD) большая часть стоимости маркера — это его разработка, в результате чего стоимость исследования прямо пропорциональна числу исследуемых маркеров. Изоферментный анализ, в отличие от большинства маркеров, основанных на анализе ДНК, метод наиболее быстрый и "готовый к применению . Полный набор генотипических данных для сотен индивидуумов по десяткам локусов может быть получен за один рабочий день.
В настоящее время совместное использование белковых и различных ДНК-маркеров позволяет получить качественно новую информацию о внутривидовой генетической дифференциации, что имеет важное значение для экологии, популяционной и природоохранной биологии. Поэтому в ближайшее время можно ожидать более глубокого взаимопроникновения и переплетения исследований, использующих подходы биохимической и молекулярной генетики [Алтухов, Салменкова, 2002].
Характеристика лиственницы Гмелина из Восточного Забайкалья
Восточное Забайкалье представляет собой древнюю материковую горную страну. Район исследований расположен в 40 км. юго-западнее г. Читы (5Г5Гс.ш. и 113 10 в.д.) на северо-западном склоне хребта Черского, постепенно переходящего в надпойменную террасу р. Ингоды.
Восточное Забайкалье характеризуется резко континентальным климатом, обладающим тремя основными особенностями: суровой малоснежной зимой (средняя температура января около -25С); сухой холодной весной и теплым летом с обильными осадками (средняя температура июля 18.8 С); интенсивностью освещения и большой суммой солнечной радиации. Количество осадков составляет в среднем за год 320 — 350 мм. Среднегодовая температура воздуха —2.7вС. Возможное число часов солнечного сияния в среднем равно 2353 часа в год, т.е. 56% возможной. Район исследования расположен на древнеаллювиальных песчаниках, отличающихся грубостью механического состава и имеющих нейтральную реакцию среды. Почвенный покров характеризуется одной разновидностью - дерново-таежными глубоко промерзающими почвами [Макаров и др., 2002].
Сбор образцов проводился на территории Сивяковского лесничества Читинского лесхоза в окрестностях стационара Читинского Института природных ресурсов СО РАН. Всего на данной территории были отобраны образцы из одной природной популяции лиственницы Гмелина, а также из 3-х интродуцированных популяций того же вида и 1-й интродуцированной популяции лиственницы Чекановского, произрастающих в географических культурах. Отбор деревьев и сбор шишек были произведены в 2002 году.
Интродуцированные популяции лиственницы Гмелина (рис. 3.5), являющиеся объектом наших исследований, созданы сотрудниками Института леса и древесины СО АН СССР (В.П. Бобринев, Л.И. Милютин) в 1977 - 1980 гг. на территории Сивяковского лесничества Читинского лесхоза (в 40 км к югу от г. Читы). В таблице 3.1 дана характеристика районов происхождения семян лиственницы Гмелина, представленных популяциями, включенными в исследование [Макаров, и др., 2002].
Деревья всех климатипов были посажены в 1979 году 4-х летними сеянцами. Таким образом, возраст изученных популяций составляет 28 лет. Отобранные деревья относятся к II классу бонитета. Средняя высота деревьев в популяциях варьировала от 9.4 до 10.6 м. Средний диаметр 10.1 - 11.2 см. Степень зарастания всех трех участков другими видами деревьев и кустарников слабая.
Интродуцированная популяция лиственницы Чекановского из Петровск-Забайкальского лесхоза Читинской области была высажена в 1980 году 3-х летними сеянцами. Возраст деревьев в популяции - 26 лет. Средние высота древостоя и его диаметр составили 8.6 м. и 9.6 см, соответственно. Деревья этого вида были отнесены к II классу бонитета. Степень зарастания другими древесно-кустарниковыми видами слабая.
В каждой из четырех интродуцированных популяции отбирались по 8 - 11 деревьев лиственницы.
Популяционная структура и внутривидовая дифференциация популяций лиственницы Гмелина
При окрашивании гелей на LAP у лиственницы Гмелина, как и у других видов лиственницы [Ларионова, 1988 а, б; Шурхал и др., 1989; Lewandowski, Meinartowicz, 1990; Ying, Morgenstern, 1990; Семериков, Матвеев, 1995; Гончаренко, Силин, 1997; Шигапов и др., 1998;], обнаружено две пространственно разделенные зоны активности фермента (рис. 4.1). Обе зоны изменчивы. Быстромигрирущая зона LAP-1 представлена 2-мя вариантами фермента, один из которых выражен в виде единичной полосы, а второй не имеет фенотипического выражения, так называемый нулевой вариант. Выявленные варианты сегрегируют среди эндоспермов семян гетерозиготных деревьев в соотношении близком 1:1 (табл. 4.1), что соответствует поведению вариантов, кодируемых аллелями одного генного локуса. В менее подвижной зоне LAP-2 обнаружено три аллозимных варианта фермента (рис. 4.1): два однополосных, различающихся по подвижности, и один нулевой, кодируемые аллелями локуса Lap-2. У лиственницы даурской, в понимании В.В. Потенко и П.Н. Разумова, из Хабаровского края [Потенко, Разумов, 1996] оба локуса имеют по 3 аллеля, а нуль - аллель обнаружен лишь у локуса Lap-1.
В изученной нами популяции лиственницы сибирской из Богучанского района Красноярского края локус Lap-2 мономорфен, а у локуса Lap-І выявлен аллель, не встречающийся у лиственницы Гмелина. Он кодирует однополосный вариант LAP с более низкой подвижностью по сравнению с однополосным вариантом лиственницы Гмелина. На рисунке этот аллель обозначен цифрой 95. В интродуцированной популяции лиственницы Чекановского мономорфны оба локуса, кодирующие LAP.
Изоцитратдегидрогеназа, На гелях, окрашенных на IDH, наблюдается одна зона ферментативной активности. В ней обнаружено три различающихся по подвижности однополосных варианта фермента (рис. 4.1), кодируемых аллелями одного генного локуса — Idh (табл. 4.1). В изученных ранее популяциях лиственницы Гмелина [Потенко, Разумов, 1996; Semerikov et al., 1999], ряда других видов лиственницы [Ларионова, 1988 а, б; Lewandowski, Meinartowicz, 1990; Семериков, Матвеев, 1995; Гончаренко, Силин, 1997; Semerikov et al., 1999] локус Idh был мономорфен. В исследованных нами популяциях лиственницы сибирской и Чекановского локус Idh также не обнаруживает изменчивости. У лиственницы западной он полиморфен, причем практически во всех исследованных популяциях [Fins, Seeb, 1986]. 6-Фосфоглюконатдегидрогеназа. В результате генетического анализа электрофоретической изменчивости 6-PGD у лиственницы Гмелина выявлено три различающихся по подвижности однополосных варианта фермента и один двухполосный вариант, контролируемые аллелями одного полиморфного локуса б-Pgd. Самый медленный из вариантов является редким. Он обнаружен лишь в одной популяции лиственницы Гмелина с частотой менее 2%. ОднолокусныЙ контроль электрофоретического разнообразия 6-PGD был установлен и при изучении других популяций лиственницы Гмелина [Semerikov et al., 1999], а также лиственницы сибирской [Семериков, Матвеев, 1995]. У лиственницы американской идентифицированы 2 локуса, кодирующие 6-PGD, причем оба локуса полиморфны [Ying, Morgenstern, 1990]. В изученных нами популяциях лиственницы сибирской и Чекановского обнаружен аллель, не встречающийся в популяциях лиственницы Гмелина. На рисунке этот аллель обозначен цифрой 128.
Эстераза. На гелях, окрашенных на EST, выявляется до 4-х зон ферментативной активности. Однако в условиях нашего эксперимента четко и стабильно проявлялась только быстромигрирующая зона EST-1 (рис. 4.1). В этой зоне обнаружено 4 варианта фермента, сегрегирующих среди эндоспермов семян в соотношении близком 1:1. Один из вариантов, обозначенный на рис. цифрой 115 - двухполосный, три других - однополосные, различающиеся по подвижности. На основании данных по сегрегации предполагается, что выявленные варианты находятся под контролем независимого полиморфного локуса Est-І (табл. 4.1). В проанализированных нами в этом исследовании популяциях лиственницы сибирской и Чекановского отсутствует аллель, кодирующий самый медленный по подвижности однополосный вариант EST. У хвойных, включая и некоторые виды рода Larix, описано от 1 до 5 локусов, кодирующих электрофоретическое разнообразие неспецифических эстераз [Yeh, El-Kassaby, 1980; Loukas et al, 1983; Stewart, Schoen, 1986; Ларионова, 1988 a, 6].
Малик энзим. Локализуется на геле в 2-х пространственно разобщенных зонах ферментативной активности (рис. 4.1), каждая из которых контролируется отдельным полиморфным локусом. Локус Ме-1 имеет три аллеля, тогда как локус Ме-2 имеет лишь два аллеля. У лиственницы сибирской и Чекановского также выявлено две зоны активности ME, кодируемые 2-мя локусами. Аллельный состав локуса Ме-1 варьирует у разных видов, в то время как у локуса Ме-2 он идентичен у всех 3-х проанализированных видов лиственницы. В исследованной ранее популяции лиственницы сибирской удалось идентифицировать лишь один локус, кодирующий ME [Шурхал и др., 1989]. У лиственницы американской обнаружено 2 зоны активности фермента, однако изменчивость наблюдалась только в медленномигрирущей зоне, кодируемой локусом Ме-2 [Ying, Morgenstern, 1990].
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, При гистохимическом окрашивании фермента на геле выявляется одна зона ферментативной активности, которая как и у других видов лиственницы [Cheliak, Pitel, 1985; Fins, Seeb, 1986; Шурхал и др., 1989; Lewandowski et al., 1991; Ying, Morgenstern, 1991; Тимерьянов и др., 1994] контролируется локусом G-6pd. В исследованных нами популяциях лиственницы сибирской и Чекановского локус G-6pd мономорфен, у лиственницы Гмелина он обнаруживает изменчивость. Выявлено три аллеля, продуцирующие однополосные варианты, различающиеся по электрофоретической подвижности (рис. 4.1). В популяциях лиственницы Гмелина из Хабаровского края обнаружено 4 аллеля, один из которых кодирует вариант, не имеющий ферментативной активности [Потенко, Разумов, 1996].
Глутаматоксалоацетаттрансаминаза, Выявляется на геле в 3-х пространственно разделенных зонах активности фермента, которые, как показал генетический анализ, контролируются 3-мя полиморфными локусами: Got-1, Got-2, Got-З (рис 4.1, табл. 4.1). Локусы Got-1 и Got-З имеют по 3 аллеля, локус Got-2 — два аллеля. Трехлокусный контроль электрофоретической изменчивости GOT установлен и при изучении других популяций лиственницы Гмелина [Потенко, Разумов, 1996], а также у лиственницы западной [Fins, Seeb, 1986], Сукачева [Тимерьянов и др., 1996; Шигапов и др., 1998], курильской и японской [Гончаренко, Силин, 1997], в исследованных нами популяциях лиственницы сибирской и Чекановского.
