Genetyczna zmienność potomstwa czterech proweniencji jodły pospolitej (Abies alba MILL.) wyrażona w polimorfizmie mikrosatelitarnego jądrowego DNA (nSSRs)

• Autorzy: Pawlaczyk E.M. , Chudzinska E. , Bobowicz M.A.

Warianty tytułu

EN

Genetic variability of four provenances progeny of silver fir (Abies alba MILL.) expressed in microsatellite nuclear DNA polymorphism (nSSR)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań było potomstwo czterech proweniencji jodły pospolitej (Abies alba MILL.) z północno-wschodniej granicy zasięgu, rosnące na powierzchni doświadczalnej w Nadleśnictwie Nawojowa. Celem badań było poznanie międzyproweniencyjnej zmienności genetycznej jodły pospolitej. Do badań wytypowano potomstwo 111 drzew matczynych (rodów) jodły z: Nadleśnictwa Białowieża, Rezerwatu Jata, Rezerwatu Kamienna Góra oraz Rezerwatu Łabowiec. Przeanalizowano zmienność 2 loci mikrosatelitarnego jądrowego DNA. Obliczono: liczbę alleli w locus (Na), liczbę efektywnych alleli (Ne), obserwowaną i oczekiwaną heterozygotyczność (Ho, He), indeks wsobności Wrightʼa (F), parametry równowagi genotypowej (FIS, FIT), współczynnik zróżnicowania międzypopulacyjnego FST, przepływ genów (Nm), oraz odległości genetyczne. Dodatkowo wykonano molekularną analizę wariancji (AMOVA), która wykazała, że populacje różnią się między sobą istotnie statystycznie. Wykryto, że 5% ogólnego wykrytego zróżnicowania występuje pomiędzy populacjami, a 95% wewnątrz populacji. Badania wykazały, że poziom zmienności genetycznej jodły jest niski w porównaniu z innymi drzewami iglastymi, pomimo że wszystkie analizowane loci były polimorficzne. Żadna populacja nie posiadała alleli unikatowych. Przepływ genów (Nm) pomiędzy populacjami był duży, a współczynnik zróżnicowania międzypopulacyjnego był niski. Najwyższą heterozygotyczność obserwowaną wykazywały populacje z Łabowca i z Kamiennej Góry, a najmniejszą populacja z Białowieży. Najwyższą heterozygotyczność oczekiwaną wykazywała populacja z Białowieży, a najmniejszą populacja z Kamiennej Góry. Wszystkie badane populacje wykazały niedobór heterozygot, a największy niedobór heterozygot zaobserwowano w potomstwie populacji z Białowieży, a najmniejszy z Kamiennej Góry. Największą odległość genetyczną zaobserwowano pomiędzy potomstwem populacji z Jaty i Białowieży, a najmniejszą pomiędzy potomstwem populacji z Łabowca i z Kamiennej Góry. Niniejsze badania wykazały, że Białowieska proweniencja różni się zdecydowanie od trzech pozostałych. Proweniencja ta, jest populacją sztuczną, założoną na początku XX wieku i powstałą z nasion niewiadomego pochodzenia. Odrębność proweniencji z Białowieży może wynikać z jej lokalizacji. Rośnie ona ok. 100 km poza granicą naturalnego zasięgu gatunku, co może ograniczać przepływ genów z innymi proweniencjami.

EN

The main purpose of the analyses was to describe and estimate the level of nSSRs differentiation between the progeny of four provenances of silver fir (Abies alba MILL.) from the north-eastern range limits. The progeny grew in the experimental area which was located in the Nawojowa District. The progeny of 111 maternal trees from Białowieża District, Jata Reserve, Kamienna Góra Reserve (Roztocze National Park) and Łabowiec Reserve were studied. Two polymorphic nuclear microsatellite loci were analysed. Genetic parameters such as the number of alleles per locus (Na), the number of effective alleles (Ne), observed and expected heterozygosity (Ho, He), Wrightʼs fixation index (F), genetic similarity coefficient (IN), genetic differentiation coefficient (FST), gene flow (Nm) and Nei’s genetic distances were calculated. The analysis of molecular variance (AMOVA) showed a significant difference in the level of gene diversity between progeny. AMOVA showed that 5% of the total nSSR variations were attributable to the differences between populations and 95% to differences within populations. The genetic differentiation level among populations was low, but all the analyzed loci were polymorphic. No unique alleles were detected. Gene flow (Nm) between populations was high and genetic differentiation coefficient (FST), was low. The highest observed heterozygosity (Ho) was detected in populations from Łabowiec and Kamienna Góra, while the lowest from Białowieża. The highest expected heterozygosity (He) was recorded in Białowieża population, whereas the lowest in Kamienna Góra. Analysis of F values revealed deviations from the Hardy-Weinberg equilibrium in all populations, with the excess of homozygotes, being the highest in the population from Białowieża. The highest genetic distance was between the progeny from Jata and Białowieża and the lowest between Łabowiec and Kamienna Góra. Results indicate that the population from Białowieża differs from other analyzed populations. It is probably the result of the non-natural derivation of this population, from seeds of unknown origin. Another reason for such difference could be the localization of Białowieża population, over 100 km from the limit of natural range, which may have reduced the gene flow between populations.

Słowa kluczowe

PL

Abies alba; DNA jadrowy; DNA mikrosatelitarny; jodla pospolita; polimorfizm molekularny; populacje roslin; zmiennosc genetyczna; zmiennosc populacji; zmiennosc proweniencyjna

EN

Abies alba; nuclear DNA; microsatellite DNA; silver fir; molecular polymorphism; plant population; genetic variability; population variability; provenance variability

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2010
• Tom: 555
• Opis fizyczny: s.319-332,rys.,tab.,wykr.,bibliogr.

Twórcy

autor

Pawlaczyk E.M.

• Zakład Genetyki, Instytut Biologii Eksperymentalnej, Uniwersytet im.Adama Mickiewicza, ul.Umultowska 89, 61-614 Poznań

autor

Chudzinska E.

autor

Bobowicz M.A.

Bibliografia

• Breitenbach-Dorfer M., Konnert M., Pinsker W., Starlingen F., Geburek T. 1997. The contact zone between two migration routes of silver fir, Abies alba (Pinaceae), revealed by allozyme studies. Pl. Syst. Evol. 206: 259-272.
• Cremer E., Liepelt S., Sebastiani F., Buonamici A., Michalczyk M., Ziegenhagen B., Vendramin G.G. 2006. Indentification and characterization of nuclear microsatellite loci in Abies alba Mill. Molecular Ecology Notes 6: 374-376.
• Crow J.F., Kimura M. 1970. An introduction to Population Genetics Theory. New York. Harper and Row: 612 ss.
• Doyle J.J., Doyle J.L. 1990. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus 12: 13-15.
• Excoffier L., Smouse P.E., Quattro J.M. 1992. Analysis of molecular variance inferred from metric distance among DNA haplotypes: application to human mitochondrial DNA restriction data. Genetics 131: 479-491.
• Fady B., Forest I., Hochu I., Ribiollet A., De Beaulieu J.-L., Pastuszka P. 1999. Genetic differentiation in Abies alba Mill. population from Southeastem France. Forest Genet. 6: 101-113.
• Gostyńska-Jakuszewska M. 1972. Jodła pospolita (Abies alba Mill.), w: Atlas rozmieszczenia drzew i krzewów w Polsce. K. Browicz (red.). PWN, Warszawa-Poznań, Vol. 12: 5-10.
• Gömöry D., Longauer R., Liepelt S., Ballian D., Brus R., Kraigher H., Parpan V.I., Parpan T.V., Paule L., Stupar V., Ziegenhagen B. 2004. Variation patterns of mitochondrial DNA of Abies alba Mill. in suture zones of postglacial migration in Europe. Acta Soc. Bot. Pol. 73(3): 203-206.
• Hussendörfer E. 1999. Genetic variation of silver fir populations (Abies alba Mill.) in Switzerland. Forest Genet. 6: 101-113.
• Hussendörfer E., Konnert M., Bergmann F. 1995. Inheritance and linkage of isozyme variants of Silver fir (Abies alba Mill.). Forest Genet. 2: 29-40.
• Konnert M., Bergmann F. 1995. The geographical distribution of genetic variation of silver fir (Abies alba, Pinaceae) in relation to its migration history. Pl. Syst. Evol. 195: 19-30.
• Korczyk A.F. 1999. Ocena wartości genetycznej i hodowlanej naturalnych populacji jodły pospolitej (Abies alba Mill.) ze wschodniego zasięgu w Polsce. Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Krakowie. Zeszyty Naukowe 61: 155-170.
• Korshikov I.I., Pirko N.N., Pirko Ya.V. 2005. Genetic variation and differentiation of Abies alba Mill. population from Ukrainian Carpathians. Genetica 41(3): 356-365.
• Kral F. 1980. Waldgeschichtliche Grundlagen fur die Ausscheidung von Okotypen bei Abies alba. Meyer H. (red.). Proceedings 3. IUFRO Tannensymposium Wien, Osterreichischer Agrarre Verlag, Wien: 158-168.
• Lewandowski A., Filipiak M., Burczyk J. 2001. Genetic variation of Abies alba in Polish part of Sudety Mts. Acta Soc. Bot. Pol. 70(3): 215-219.
• Liepelt S., Bialozyt R., Ziegenhagen B. 2002. Wind-dispered pollen mediates postglacial gene flow among refugia. The Proceedings of National Academy of Science USA 99: 14590-14594.
• Liepelt S., Cheddadi R., de Beaulieu J-L., Fady B., Gömöry D., Hussendörfer E., Konnert M., Litt T., Longauer R., Terhürne-Berson R., Ziegenhagen B. 2009. Postglacial range expansion and its genetic imprints in Abies alba (Mill.) - A synthesis from paleobotanic and genetic data. Review of Palaeobotany and Palynology 153: 139-149.
• Longauer R. 1994. Genetic differentiation and diversity of European silver-fir in Eastern part of its natural range. W. Edger (red.). 7. IUNFRO Tannensyposium 31 Х-04 XI 1994. WP 1.01-08, Mainz: 155-164.
• Longauer R. 2001. Genetic variation of European silver fir (Abies alba Mill.) in the Western Carpathians. Journal of Forest Science 47(10): 429-438.
• Longauer R., Paule L., Andonoski A. 2003. Genetic diversity of southern populations of Abies alba Mill. Forest Genet. 10(1): 1-9.
• Matusova R. 1995. Genetic variation in five populations of silver fir (Abies alba Mill.) in Slovakia. Biologia 50: 53-59.
• Mejnartowicz L. 1979. Polymorphism at the LAP and GOT loci in Abies alba Mill. populations. Bulletin de lʼAcadémie Polonaise des Sciences. Série des Sciences Biologiques 27(12): 1063-1070.
• Mejnartowicz L. 1986. Heterozygotyczność populacji jodły pospolitej (Abies alba Mill.). Sylwan 2/3: 77-81.
• Mejnartowicz L. 1996. Origin of silver fir stands in Białowieża Primeval Forest, w: Biodiversity protection of Białowieża Primeval Forest. Paschaslis P., Zajączkowski S. (red.), Warszawa: 35-50.
• Mejnartowicz L. 2000. Polish Sudeten and Carpathian Mountains silver-fir (Abies alba) population genetic investigations. Proceedings 9. IUFRO International European Silver fir Symposium, 21-26 V 2000, Skopje: 49-54.
• Mejnartowicz L. 2003. Genetic analysis of silver-fir populations in the Beskids. Acta Soc. Bot. Pol. 72(2): 115-119.
• Mejnartowicz L. 2004. Genetic analysis of silver-fir populations in the North Carpathian and Sudeten Mountains. Acta Soc. Bot. Pol. 73(4): 285-292.
• Mejnartowicz L., Bergmann F. 2003. Modę of inheritance of aspartate aminotransferase in silver-fir (Abies alba Mill.). Silvae Genetica 52(1): 15-17
• Mejnartowicz L., Lewandowski A., Bergmann F. 1994. Genetic structure and variation of the European silver fir populations at man-made range disjunction. Proc. of the IUNFRO Weisstannen-Symposium, Altensteig, 31 Х-3 XI 1994, Germany: 118-127.
• Mitka J. 1997. Małe, izolowane populacje na skraju zasięgu geograficznego - niektóre procesy ekologiczne i genetyczne. Wiad. Bot. 41(2): 13-34.
• Nei M. 1972. Genetic distance between populations. Amer. Naturalist 106: 283-292.
• Nei M. 1973. Analysis of gene diversity in subdivided populations. The Proceedings of National Academy of Science USA 70: 3321-3323.
• Parducci L., Szmidt A., Villani F., Wang Q.-R., Cherubini M. 1996. Genetic variation of Abies alba in Italy. Hereditas 125: 11-18.
• Pawlaczyk E.M., Bobowicz M.A. 2008. Osobnicze zróżnicowanie jodły pospolitej (Abies alba Mill.) z rezerwatu „Jataˮ wyrażone w cechach morfologii i anatomii igieł. Leśne Prace Badawcze 69(3): 243-253.
• Pawlaczyk E.M., Bobowicz M.A., Korczyk A.F. 2002. Variability of three populations of Abies alba Mill. expressed in morphological and anatomical needle traits. Ecological Questions 2/2002: 25-32.
• Pawlaczyk E.M., Grzebyta J., Bobowicz M.A., Korczyk A.F. 2005. Individual differentiation of Abies alba Mill. population front the „Tisovik” Reserve. Variability expressed in morphology and anatomy of needles. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica 47/2: 137-144.
• Sabor J. 2006. Rola doświadczeń proweniencyjnych w poznaniu zmienności wewnątrzgatunkowej drzew leśnych oraz w ocenie wartości genetyczno-hodowlanej poszczególnych populacji cząstkowych, w: Elementy genetyki i hodowli selekcyjnej drzew leśnych. J. Sabor (red.). Centrum Informacyjne Lasów Państwowych: 99-114.
• Schroeder S. 1989. Isozyme polymorphisms in Silver fir (Abies alba Mill.). Silvae Genetica 36(3-4): 130-133.
• Vendramin G.G., Degen B., Petit R.J., Anzidei M., Madaghiele A., Ziegenhagen B. 1999. High level of variation at Abies alba chloroplast microsatellite loci in Europe. Molecular Ecology 8: 1117-1126F.
• Wright S. 1932. The roles of mutation, inbreeding, crossbreeding and selection in evolution. Proc. Sixth Int. Congr. Genet. 1: 356-366.
• Zając A., Zając M. (red.) 2001. Atlas rozmieszczenia roślin naczyniowych w Polsce. Pracownia Chorologii Komputerowej Instytutu Botaniki Uniwersytetu Jagielońskiego. Kraków: 715 ss.
• Ziegenhagen B., Fady B., Kuhlenkamp V., Liepelt S. 2005. Differentiating groups of Abies species with a simple molecular marker. Silvae Genetica 54(3): 123-126.