Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
«Гомельський державний університет
ім. Ф. Скорини »
біологічний факультет
Генетична мінливість, диференціація і таксономічні
взаємовідносини у модрин сибірської, Сукачова і даурської
Курсова робота
Виконавець:
Студентка групи К-42 ____________
Лягушова А.Ю.
Науковий керівник:
Загрушевская Т.Є.
Гомель 2005
Зміст
Введення
1 Матеріали і методи дослідження
2 Результати та їх обговорення
Висновок
література
Введення
Модрини є одними з головних структурних компонентів светлохвойних тайги. Площа їх лісів на пострадянському просторі становить 45% в структурі хвойних насаджень. Завдяки швидкому росту, високої продуктивності (понад 1000 м 3 з га) (Пугач, 1985) модрини здатні істотно підвищувати продуктивність лісів і тому широко впроваджуються в лісові культури, в тому числі і на території республіки Білорусь. Якість і продуктивність створюваних модринових насаджень безпосередньо залежить від генофонду використовуваного насіннєвого і садивного матеріалу. Тому, питання про те, генофонд якого виду найбільш успішно можна використовувати для створення модринових культур, набуває особливої актуальності.
В даний час рід Larix об'єднує більше двадцяти різних видів (Козубов, Муратова, 1986). Вважається, що найбільше видове різноманіття модрин зосереджено в сибірсько-далекосхідному регіоні Палеарктики (Диліс, 1961; Бобров, 1978). , Bergmann , 1975; Paule , G ö m ö ry 1995; Тимерьянов и др., 1986; Потенко, Разумов, 1996; Гончаренко, Силин, 1997; Lewandowski , 1997; Semerikov et al ., 2003; Гончаренко,
Незважаючи на те, що в останні роки в різних лабораторіях були проведені інтенсивні генетичні дослідження модрин Палеарктики з використанням ізоферментів і фрагментів ДНК (Mejnartowicz, Bergmann, 1975; Paule, G ö m ö ry 1995; Тімерьянов та ін, 1986; Потенко, Разумов , 1996; Гончаренко, Сілін, 1997; Lewandowski, 1997; Semerikov et al., 2003; Гончаренко, Шевцова, 2004; Ларіонова і ін 2004; Козиренко та ін 2004), ряд питань що стосуються рівня генетичної мінливості, диференціації та генетико-таксономічних взаємин для видів цього регіону не вирішені остаточно..), лиственницы Сукачева ( L. s ukaczewii Dyl . ) и лиственницы даурской ( L . dahurica
Метою нашої роботи було на підставі 20 ізоферментних генів визначити рівень генетичної мінливості і диференціації трьох видів - модрини сибірської (Larix sibirica Ledeb.), Модрини Сукачова (L. s ukaczewii Dyl.) Та модрини даурської (L. Dahurica . gmelinii Turcz .= L. Gmelinii .) – и уточнить их генетико-таксономический статус. Rupr.) - І уточнити їх генетико-таксономічний статус.1. Матеріали та методи дослідження
При дослідженні генетичної мінливості та таксономічних взаємин в трьох видів модрини Палеарктики нами був використаний матеріал 160 дерев з двох природних популяцій модрини сибірської, однією популяцій модрини даурської і однієї популяції модрини Сукачова. Дві досліджені природні популяції модрини сибірської розташовані на території Західного Сибіру. Одна з них знаходиться в змішаному гірському лісовому масиві Алтаю, а інша в лиственничниками Західно-сибірської низовини, на північ від м. Томська. Проаналізована популяція так званої модрини Сукачова являє собою природне насадження, розташоване на території Центрального Уралу. Насінний матеріал модрини даурської був зібраний з дерев, які ростуть у лиственничниками недалеко від м. Хабаровська.
В якості експериментального матеріалу при електрофоретичному фракціонуванні служили тканини гаплоїдних ендосперму і диплоїдних зародків. Для визначення генотипу кожного дерева проводився аналіз 10-20 ендосперму, які вибиралися випадково з набору насіння, отриманого як мінімум з п'яти шишок, зібраних з різних частин крони дерева. Тому що імовірність помилкового віднесення гетерозиготних дерев до гомозиготним розраховується зі співвідношення Р = 0.5 n-1 (де n - кількість проаналізованих ендосперму), то навіть при аналізі 8 ендосперму помилка складає менше 1%.
Електрофоретичний аналіз проводили в горизонтальних камерах у 13-14% крохмальному гелі за методами, докладно описаними нами раніше (Гончаренко та ін 1989). Електрофорез проводили в трьох буферних системах: А - Тріс - ЕДТА-боратного, рН 8,6; В - Тріс-цитрат, рН 6,2 / Тріс-НСl, рН 8,0; С - Тріс-цитратно, рН 6,2 . Назва ферментів, кодовий номер відповідно до видання "Номенклатура ферментів" (1979), бажана для аналізу буферна система, а також кількість використовуваних локусів наведено в табл. 1.
Таблиця 1. Ферменти, їх кодовий номер, буферні системи і кількість локусів, використані для аналізу популяцій модрини сибірської, модрини Сукачова і модрини даурської.
Фермент | Абревіатура | Кодовий номер | Буферна система | Кількість локусів |
Аконітаза | АСО | 4.2.1.3. | C | 1 |
Аспартатамінотрансфераза | ААТ | 2.6.1.1. | А | 3 |
Глутаматдегідрогенази | GDH | 1.4.1.2. | A | 1 |
Глюкозофосфатізомераза | GPI | 5.3.1.9. | З | 1 |
Ізоцитратдегідрогеназа | IDH | 1.1.1.42. | B | 1 |
Лейцинамінопептидаза | LAP | 3.4.11.1. | B | 2 |
Малатдегідрогеназа | MDH | 1.1.1.37. | C | 4 |
Фосфоглюкомутази | PGM | 2.7.5.1. | A | 2 |
Флюоресцентна естераза | FL-EST | 3.1.1.2. | B | 1 |
6-фосфоглюконатдегидрогеназа | PGD | 1.1.1.44. | C | 2 |
Сорбітолдегідрогенази | SDH | 1.1.1.14. | A | 1 |
Шікіматдегідрогеназа | SKDH | 1.1.1.25. | B | 1 |
Визначення рівня генетичної мінливості проводили на основі ряду загальноприйнятих показників: середня кількість алелей на локус (А), поліморфність (Р) і очікувана гетерозиготність (Н е). Для розрахунку очікуваної гетерозиготності Н е по кожному локусу використовували формулу
,
де х i - частота i-того алеля. Показник середньої очікуваної гетерозиготності обчислювався як
,
– гетерозиготность j-того локуса, К – количество исследованных локусов.
де H j - гетерозиготність j-того локусу, К - кількість досліджених локусів. Показник поліморфності (Р) розраховували шляхом ділення числа поліморфних локусів на загальну кількість досліджених локусів, а параметр середнього числа алелей на локус (А) шляхом ділення кількості виявлених алелей на загальну кількість досліджених локусів. Полиморфность підраховувалася по 99% критерієм (частота найбільш загального алелі не перевищувала 99%), а середня кількість алелей на локус за всіма виявленими.), который учитывает различия в аллельных частотах всех проанализированных локусов: Для оцінки генетичної диференціації серед таксонів модрин використовувався коефіцієнт генетичної дистанції неі (D N), який враховує відмінності в алельних частотах всіх проаналізованих локусів:
= - ln
D N = - ln , I N,де x ij і y ij - Частоти i-го алелі j-го локусу порівнюваних таксонів.
равно 0, то таксоны идентичны. Якщо D N дорівнює 0, то таксони ідентичні. , тем менее они родственны. Чим більше значення D N, тим менше вони споріднені.Вважається, що коефіцієнт дистанції неі найточніший, і тому він використовується практично всіма дослідниками.
строились методом невзвешенного парно-группового кластерного анализа (UPGMA) ( Sneath , Sokal 1973). Дендрограмма наочно демонструє загальну картину генетичних взаємовідносин між дослідженими таксонами на підставі отриманих коефіцієнтів D N будувалися методом невиваженого парно-групового кластерного аналізу (UPGMA) (Sneath, Sokal 1973).2. Результати та їх обговорення
У ході електрофоретичного аналізу 12 ферментних систем у трьох модрин нами було виявлено 62 різних електрофоретичних варіанту. Наочне зображення електрофоретичних спектрів малатдегідрогенази і глюкозофосфатізомерази досліджених видів з виявленими електрофоретичних варіантами наведено на рис. 1, 2. Проведений генетичний аналіз показав, що всі виявлені нами електрофоретичні варіанти кодуються 62 алелями 20 локусів (Гончаренко, Шевцова, 2004). Всі ці алельні варіанти і їх відносна електрофоретична рухливість наочно зображені на рис. 3. ., 1969).
Позначення алелів дано за загальноприйнятою номенклатурі Пракаша (Prakash et al., 1969).Найбільш часто зустрічається аллель локусу у модрини сибірської отримав цифровий символ 1.00. Решта алелі цього локусу, зустрінуті у проаналізованих нами видів, включаючи L.sibirica, позначалися цифровими символами відповідно до їх електрофоретичної рухливістю щодо алелі 1.00]. 0.65 – это обозначение гена, кодирующего аллозим, подвижность которого на 35% медленнее Gpi 1.00 .
Наприклад, Gpi 0.65 - це позначення гена, що кодує Аллозия, рухливість якого на 35% повільніше Gpi 1.00. Нульові алельні варіанти позначені символом 0., Bergmann , 1975;
Слід підкреслити, що питання генетичної детермінації ген-ферментних систем в певній мірі відображені в ряді робіт, присвячених аналізу деяких модрин Палеарктики (Mejnartowicz, Bergmann, 1975; , Seeb , 1986; Lewandowsk i , Mejnartowicz , 1991, 1994; Гончаренко, Шевцова 2004). Ларіонова, Мілютін, 1981; Шурхал та ін, 1989; Тімерьянов та ін, 1994; Потенко, Разумов 1996; Гончаренко, Сілін, 1997; Fins, Seeb, 1986; Lewandowsk i, Mejnartowicz, 1991, 1994; Гончаренко, Шевцова 2004 ). Таким чином, до теперішнього часу різними лабораторіями розроблені методи виявлення досить великого набору ізоферментних локусів, які є надійними генетичними маркерами. Все це дає можливість об'єктивно проводити оцінку рівня генетичного поліморфізму та генетичного спорідненості в різних таксонах модрин і, тим самим, дозволяє вирішувати як різні питання генетичної мінливості, так і складні питання систематики . і еволюційної філогенії представників роду Larix.У результаті електрофоретичного аналізу ферментних систем у трьох модрин нами було виявлено 40 різних електрофоретичних алельних варіантів у L.
sibirica, 29 у L. и 48 у L. sukaczewii і 48 у L. dahurica.Частоти зустрічальності всіх 62 алелів, що відображають генетичні структури трьох видів модрини, представлені в табл. 2. . sibirica
и L . sukachevii имеют крайне сходные генетические структуры практически по всем локусам . Четкие различия в аллельных частотах, превышающие 20%, наблюдались только по двум локусам: Aat -1и Mdh-3. З таблиці добре видно, що L. Sibirica і L. Sukachevii мають вкрай подібні генетичні структури практично по всіх локусами. Чіткі відмінності в алельних частотах, що перевищують 20%, спостерігалися тільки за двома локусами: Aat-1и Mdh-3. . sibirica и L. Більш суттєві відмінності у генетичних структурах були виявлені між L. Sibirica і L. -1, Mdh -3, Pgm -1 и 6-Pgd-2. dahurica. Тут чіткі відмінності між двома видами знайдені по аллелям чотирьох локусів: Aat -1, Mdh -3, Pgm -1 і 6-Pgd-2. Що стосується пари L. . sukachevii , то в этом случае существенные различия в аллельных частотах, превышающие 20%, наблюдались уже по пяти локусам. dahurica і L. sukachevii, то в цьому випадку істотні відмінності в алельних частотах, що перевищують 20%, спостерігалися вже за п'ятьма локусами. -3 даже 64% (табл. 2). Причому за Aat-1 ці відмінності досягли 52%, а по Mdh -3 навіть 64% (табл. 2)., Powell 1972; Левонтин, 1978) предложили считать «диагностическими», т.е.
Локуси, відмінності за якими досягають 95% і більше (Ayala, Powell 1972; Левонтін, 1978) запропонували вважати «діагностичними», тобто такими, за якими таксони розрізняються якісно. Наявність «діагностичних» локусів зазвичай характеризує чіткі види з повністю сформованим репродуктивним бар'єром. -3 между L . sukachevii У нашому випадку різницю в частотах алелей по локусами Aat-1 і Mdh -3 між L. Sukachevii з одного боку і L. dahurica з іншого можна розглядати лише як тенденцію до утворення діагностичних. Таким чином, тільки у пари L. . sukachevii из 20 проанализированных локусов существенная генетическая дифференциация обнаружилась в аллельных частотах двух генов (табл. 2). dahurica - L. sukachevii з 20 проаналізованих локусів істотна генетична диференціація виявилася в алельних частотах двох генів (табл. 2).Для більш точної оцінки ступеня генетичної диференціації ми використовували коефіцієнт генетичної дистанції неі (Nei, 1972), який враховує відмінності не тільки за діагностичним і істотно розрізняються, але й за усіма дослідженими локусами.
Таблиця 2. Алельні частоти по 20 локусами у модрини сибірської, модрини Сукачова і модрини даурської.
Локус | Аллели | Види | Локус | Аллели | Види | ||||
L. sib. | L. . suk. | L. dah. | L. sib. | L. . suk. | L. dah. | ||||
Aat-1 | n | 45 | 23 | 90 | Gpi | n | 44 | 23 | 90 |
1.00 | 0.676 | 0.478 | 9 5 0.9 9 5 | 0.65 | 0.011 | 0.000 | 0.000 | ||
1.15 | 0.324 | 0.522 | 0.005 | 0.75 | 0.044 | 0.000 | 0.078 | ||
Aat-2 | n | 46 | 23 | 90 | |||||