Pochodzenie drzewostanów świerkowych (Picea abies L. Karst.) z Puszczy Białowieskiej na tle regionu RDLP Białystok na podstawie analiz mitochondrialnego DNA

• Autorzy: Nowakowska J.A. , Lukaszewicz J. , Borys M. , Tereba A. , Konecka A. , Zawadzka A. , Sulkowska M. , Zajaczkowski P.

Warianty tytułu

EN

Origin of the Norway spruce (Picea abies L. Karst.) stands from Bialowieza Forest at the level of Bialystok Regional Directorate of the State Forests based on mitochondrial DNA analysis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

Considered to be the most natural of all other Polish stands Picea abies in Białowieża Forest has suffered severely of bark beetle damages for decades. In order to find out some historical events in native Norway spruce stands diversity at regional level, we carried out the study on polymorphism with DNA markers and performed Principal Coordinate Analysis (PCoA) on the basis of genetic distance matrix. Two ranges (i.e. Baltico−Nordic and Hercyno−Carpathian) of Norway spruce cover north−eastern and southern Poland, respectively. The spruceless zone separates the these two ranges in lowland Poland. From genetic point of view, the Baltico−Nordic P. abies populations mainly harbor mitochondrial haplotype ‘c', whereas the spruces from the Hercyno−Carpathian range – haplotype ‘a'. Until recently, the Białowieża Forest has been considered to belong to the northern range of spruce occurrence in Europe. Seven populations from Białowieża Forest were studied (two of them from the Strict Reserve in Białowieski National Park) according to mitochondrial DNA diversity, and compared with genetic diversity found in 24 other populations located in Białystok Regional Directorate of the State Forests (north−eastern Poland). All studied spruce populations were more than 100 years old and were of natural origin. As result, the spruces from the Białowieża Forest harbored three mitochondrial haplotypes of the nad1 gene (‘c', ‘a' and ‘a1'), with the haplotype ‘a' being more frequently present (>51%) than the haplotype ‘c'. The spruce stands from Białowieża Forest have the highest gene diversity (h Nei=0.527) comparing to the other stands from the Białystok RDSF. The PCoA proved the particularity of the spruces from Białowieża Forest grouping them into one cluster of genetic similarity. Our data demonstrated that most of Norway spruces populations from Białystok RDSF harbor haplotype ‘c', which confirms their historical relationship with the Baltico−Nordic range of P. abies in Europe, while most spruces from Białowieża Forest have different historic origin, because they share high frequency of the southern haplotype ‘a'. It also turned out that Norway spruce populations from two different European ranges met in lowland Poland after the last glacial period, as proved by the presence of two mitochondrial haplotypes ‘a' and ‘c'. It can be assumed, that the spruceless zone was created by human activity in the past millennia. The results of all molecular analyses confirmed the unique character of spruces of Białowieża Forest, which is distinguished by the greater richness of the gene pool in comparison to the region of Białystok RDSF as well as good adaptation to local environmental conditions.

Słowa kluczowe

PL

lesnictwo; Puszcza Bialowieska; drzewostany swierkowe; drzewa lesne; swierk pospolity; Picea abies; markery genetyczne; DNA mitochondrialny; pochodzenie roslin; zmiennosc genetyczna; RDLP Bialystok

• Wydawca: -
• Czasopismo: Sylwan
• Rocznik: 2017
• Tom: 161
• Numer: 01
• Opis fizyczny: s.40-51,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Nowakowska J.A.

• Laboratorium Biologii Molekularnej, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary, ul.Braci Leśnej 3, 05-090 Raszyn

autor

Lukaszewicz J.

• Zakład Hodowli Lasu i Genetyki Drzew Leśnych, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary, ul.Braci Leśnej 3, 05-090 Raszyn

autor

Borys M.

• Laboratorium Biologii Molekularnej, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary, ul.Braci Leśnej 3, 05-090 Raszyn

autor

Tereba A.

• Laboratorium Biologii Molekularnej, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary, ul.Braci Leśnej 3, 05-090 Raszyn

autor

Konecka A.

• Laboratorium Biologii Molekularnej, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary, ul.Braci Leśnej 3, 05-090 Raszyn

autor

Zawadzka A.

• Katedra Leśnictwa i Ekologii Lasu, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Pl.Łódzki 2, 10-727 Olsztyn

autor

Sulkowska M.

• Zakład Hodowli Lasu i Genetyki Drzew Leśnych, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary, ul.Braci Leśnej 3, 05-090 Raszyn

autor

Zajaczkowski P.

• Zakład Hodowli Lasu i Genetyki Drzew Leśnych, Instytut Badawczy Leśnictwa, Sękocin Stary, ul.Braci Leśnej 3, 05-090 Raszyn

Bibliografia

• Andrzejczyk T., Drozdowski S. 2007. Wpływ warunków siedliskowych na strukturę i zasobność drzewostanów świerkowo-sosnowych w Puszczy Augustowskiej. Sylwan 151 (1): 30-40.
• Bernadzki E., Bolibok L., Brzeziecki B., Zajączkowski J., Żybura H. 1998. Rozwój drzewostanów naturalnych Białowieskiego Parku Narodowego w okresie od 1936 do 1996 roku. SGGW, Warszawa.
• Boratyńska K. 2007. Geographic distribution. W: Tjoelker M. G., Boratyński A., Bugała W. [red.]. Biology and Ecology of Norway spruce. 23-36.
• Boratyński A. 2007. The Central European disjunction in the range of Norway spruce. W: Tjoelker M. G., Boratyński A., Bugała W. [red.]. Biology and Ecology of Norway spruce. 37-47.
• Broda J. 1998. Świerk w czasach historycznych. W: Boratyński A., Bugała W. [red.]. Biologia świerka pospolitego. Wyd. Nauk. Bogucki, Poznań. 25-40.
• Czerwiński A. 1977. Świerczyny niżowe północno-wschodniej Polski. W: Nasze drzewa leśne. Świerk pospolity. PWN, Warszawa – Poznań. 372-404.
• Dering M., Lewandowski A. 2009. Finding the meeting zone: Where have the northern and southern ranges of Norway spruce overlapped? Forest Ecology and Management 259: 229-235.
• Dering M., Misiorny A., Lewandowski A., Korczyk A. 2012. Genetic and historical studies on the origin of Norway spruce in Białowieża Primeval Forest in Poland. European Journal of Forest Research 131: 381-387.
• Genko N. 1902. Charakteristika Belovezskoj Pusci i istoriceskoe o nej svedenija. Lesnoj Zurnal 32: 1009-1056, 1269--1302.
• Grodzki W. [red.]. 2013. Kornik drukarz i jego rola w ekosystemach leśnych. CILP, Warszawa.
• Gugerli F., Sperisen C., Büchler U., Magni F., Geburek T., Jeandroz S., Senn J. 2001. Haplotype variation in a mitochondrial tandem repeat of Norway spruce (Picea abies) populations suggests a serious founder effect during postglacial re-colonization of the western Alps. Molecular Ecology 10: 1255-1263.
• Jaramillo-Correa J. P., Bousquet J. 2005. Mitochondrial genome recombination in the zone of contact between two hybridizing conifers. Genetics 171: 1951-1962.
• Kenkel N. C. 2006. On selecting an appropriate multivariate analysis. Canadian Journal of Plant Science 86: 663-676.
• Latałowa M., van der Knaap W. O. 2006. Late Quaternary expansion of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst. in Europe according to pollen data. Quaternary Science Reviews 25: 2780-2805.
• Lewandowski A. 2014. Kwestia rodzimości polskich populacji w świetle XIX- i XX-wiecznego importu nasion – przykład świerka pospolitego. Materiały pokonferencyjne. Zimowa Szkoła Leśna przy Instytucie Badawczym Leśnictwa. VI sesja. Przyrodnicze, społeczne i gospodarcze uwarunkowania oraz cele hodowli lasu. Sękocin Stary, 18-20 marca 2014. 272-276.
• Lublinerówna K. 1934. Analizy pyłkowe torfowisk pasa bezświerkowego. Rozprawy i Sprawozdania A 5. Instytut Badaw-czy Lasów Państwowych. Warszawa.
• Łukaszewicz J. [red.]. 2015. Podsumowanie wyników badań prowadzonych w temacie BLP-358 „Weryfikacja istnie-jących zasięgów występowania głównych lasotwórczych gatunków drzew w Polsce na podstawie nowych badań”. Synteza i wytyczne dla praktyki leśnej. Inst. Bad. Leś., Warszawa. https://tbr.lasy.gov.pl/apex/f?p=102:3:::NO:: P3_TEMAT:3483
• Michalski J., Starzyk R., Kolk A., Grodzki W. 2004. Zagrożenie świerka przez kornika drukarza Ips typographus (L.) w drzewostanach leśnego kompleksu promocyjnego „Puszcza Białowieska” w latach 200-2002. Leś. Prac. Bad. 3: 5-30.
• Milovanović J., Isajev V., Krajmerova D., Paule L. 2007. Allele polymorphism of nad1 gene of the serbian spruce mitochondrial genome. Genetica 39 (1): 79-91.
• Modrzyński J. 1999. Potencjalny naturalny zasięg świerka uzasadnia jego hodowlę na Pomorzu Zachodnim. Sylwan 143 (7): 63-67.
• Naydenov K., Senneville S., Beaulieu J., Tremblay F., Bousquet J. 2007. Glacial vicariance in Eurasia: mitochondrial DNA evidence from Scots pine for a complex heritage involving genetically distinct refugia at mid-northern latitudes and in Asia Minor. BMC Evolutionary Biology 7: 233. DOI: 10.1186/1471-2148-7-233.
• Nei M. 1973. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Science USA 70: 3321-3323.
• Nei M., Li W. H. 1979. Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proc. Nat. Acad. Sci. 76: 5269-5273.
• Nowakowska J. A. 2009. Mitochondrial and nuclear DNA differentiation of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) populations in Poland. Dendrobiology 61: 119-129.
• Nowakowska J. A. 2010. Zmienność genetyczna sosny zwyczajnej i świerka pospolitego na podstawie markerów DNA jądrowego i mitochondrialnego. W: Postęp badań w zakresie genetyki populacyjnej i biochemicznej drzew leśnych. Polska Akademia Umiejętności, Prace Komisji Nauk Rolniczych, Leśnych i Weterynaryjnych PAN 13: 37-53.
• Paluch R. 2001. Zmiany zbiorowisk roślinnych typów siedlisk w drzewostanach naturalnych Białowieskiego Parku Narodowego. Sylwan 145 (10): 73-81.
• Paluch R. 2002. Kierunki i tempo zmian sukcesyjnych roślinności runa na obszarze ochrony ścisłej Białowieskiego Parku Narodowego. Kosmos 4 (257): 453-461.
• Peakall R., Smouse P. E. 2012. GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update. Bioinformatics 28: 2537-2539.
• Ralska-Jasiewiczowa M., Latałowa M., Wasylikowa K., Tobolski K., Madeyska E., Wright H. E. Jr., Turner Ch. [red.]. 2004. Late Glacial and Holocene History of Vegetation in Poland Based on Isopollen Maps. W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences, Kraków.
• Ravazzi C. 2002. Late quaternary history of spruce in southern Europe. Rev. Paleobot. Palynol. 120: 131-177.
• Samojlik T., Jędrzejewska B. 2004. Użytkowanie Puszczy Białowieskiej w czasach Jagiellonów i jego ślady we współczesnym środowisku leśnym. Sylwan 148 (11): 37-50.
• Schmidt-Vogt H. 1977. Die Fichte. Band 1. Verlag Paul Parey, Hamburg – Berlin.
• Sokołowski A. 1993. Kierunki naturalnej sukcesji zbiorowisk leśnych jako podstawa postępowania hodowlanego w Leśnym Kompleksie Promocyjnym Puszcza Białowieska. Prace Inst. Bad. Leśn. B 36: 5-27.
• Sperisen C., Büchler U., Gugerli F., Mátyás G., Gebourek T., Vendramin G. G. 2001. Tandem repeats in plant mitochondrial genomes: application to the analysis of population differentiation in the conifer Norway spruce. Mol. Ecol. 10: 257-263.
• Szafer W. 1977. Zasięgi drzew. W: Szafer W., Zarzycki K. [red.]. Szata roślinna Polski. Wyd. 3. PWN, Warszawa.
• Szafer W., Kulczyński S., Pawłowski B. 1953. Rośliny polskie. PWN, Warszawa.
• Środoń A. 1967. The common spruce in the Quaternary of Poland. Acta Paleobot. 8 (2): 1-60.
• Środoń A., Tobolski K. 1998. Historia świerka w czasach przedholoceńskich i w holocenie. W: Boratyński A., Bugała W. [red.]. Biologia świerka pospolitego. Wyd. Nauk. Bogucki, Poznań. 19-25.
• Środoń A., Tobolski K. 2007. Paleorecord of Norway spruce. W: Tjoelker M. G., Boratyński A., Bugała W. [red.]. Biology and Ecology of Norway spruce. Springer. 1-8.
• Tollefsrud M. M., Kissling R., Gugerli F., Johnsen Ř., Skrřppa T., Cheddedi R., van der Knaap W. O., Latałowa M., Terhurne-Berson R., Litt T., Geburek T., Brochman C., Sperisen C. 2008. Genetic consequences of glacial survival and postglacial colonization in Norway spruce: combined analysis of mitochondrial DNA and fossil pollen. Mol Ecol 17: 4134-4150.
• Tollefsrud M. M., Latałowa M., van der Knaap W. O., Brochmann C., Sperisen C. 2015. Late Quaternary history of North Eurasian Norway spruce (Picea abies) and Siberian spruce (Picea obovata) inferred from macrofossils, pollen and cytoplasmic DNA variation. Journal of Biogeography 42: 1431-1442. DOI: 10.1111/jbi.12484.
• Więcko E. 1984. Puszcza Białowieska. PWN, Warszawa.
• Żybura H. 1990. Lasotwórcza rola świerka pospolitego (Picea abies L. Karst.) w Polsce ze szczególnym uwzględnieniem obszaru nizinnego. Rozprawy Naukowe i Monografie. SGGW-AR, Warszawa.