Молекулярно-генетическая идентификация видов и гибридов пихт Ивантеевского дендрологического парка им. акад. А.С. Яблокова

Одной из важнейших задач нашего времени является сохранение биологического разнообразия лесов, так как оно представляет собой основу стабильности экосистем.

Наилучшие результаты для идентификации древесных видов дают анализ ядерных микросателлитных локусов и сравнение последовательностей фрагмента ITS ядерной рибосомной ДНК.

Целью данной работы является проведение идентификации видов и гибридов пихты, произрастающих в Ивантеевском дендрологическом парке им. акад. А.С. Яблокова.

Закладка Ивантеевского дендрологического парка им.акад. А.С. Яблокова началась в 1936 году. Деревья Abies holophylla и Abies veitchii были высажены в 1939 году, Abies sibirica в 1947, Abies sibirica x Abies veitchii в 1954, а Abies semenovii в 1960 году [1]. За прошедшие годы в посадках произошли выпады, не все записи сохранились, поэтому в таких случаях успешно проводят молекулярно-генетическую идентификацию.

Гербарий и материал для молекулярно-генетического анализа был собран в Ивантеевском дендрологическом парке им. академика А.С. Яблокова в октябре 2022 года с 17 деревьев, из которых предположительно 7 являлись гибридами Abies sibirica x Abies veitchii, 4 – принадлежали Abies holophylla, и по 2 дерева – Abies veitchii, Abies sibirica, Abies semenovii.

Для проведения микросателлитного анализа были отобраны три пары праймеров: SF324, SF333, SFb5 [2].

В результате проведения молекулярно-генетического анализа с тремя ядерными микросателлитными локусами и последующего генотипирования получена матрица с многолокусными генотипами для каждого из изученных образцов пихты.

Анализ генетических данных был проведен в программе GenAlEx v6.51. Аллельный состав каждого локуса приведен в таблице 1. Для локуса SF324 выявлено 3 аллеля, для локусов SF333 и SFb5 по 4 аллеля в каждом. Аллели, характеризующие тот или иной вид или гибрид, выделены жирным шрифтом.

Таблица 1

Размеры, аллельный состав и частоты аллелей трех ядерных микросателлитных локусов у образцов пихты

На основе рассчитанных частот аллелей изученных трех ядерных микросателлитных локусов у образцов пихты, а также полученных генетических расстояний Нея выявлена степень сходства особей и их принадлежность к тому или иному таксону (таблица 2). Согласно генетическим расстояниям Нея, показана близость особей, определенных как A. veitchii и A. semenovii. Происхождение гибридов A. sibirica x A. veitchii и их родительские виды подтверждаются в данном анализе.

Таблица 2

Степень сходства изученных видов и гибридов пихты, выявленная на основе генетических расстояний Нея

Предварительные данные по изучению изменчивости трех ядерных микросателлитных локусов у образцов пихт показали, что в условиях дендропарка наиболее устойчивыми оказались вид A. veitchii и гибрид A. sibirica x A. veitchii, однако для подтверждения высокой биологической устойчивости данных таксонов необходимы дополнительные исследования в виде увеличения числа ядерных микросателлитных локусов.

Проверка генетических данных на выявление совпадающих генотипов показала их наличие. Все образцы, определенные как вид Abies holophylla, попали в одну группу. Вероятно, что посаженные рядом весной 1939 года саженцы пихты цельнолистной происходили из семян одного дерева, с одной или нескольких шишек, то есть эти образцы имеют общее, родственное происхождение и являются сибсами. В одну группу вошли все гибридные образцы. Образцы, определенные как Abies veitchii имеют различное происхождение.

В результате проведения молекулярно-генетического анализа на основе секвенирования фрагмента оперона ITS ядерной рибосомной ДНК получили сиквенсы длиной около 700 пар нуклеотидов для каждого образца. После выравнивания в программе BioEdit получили массив с последовательностями ДНК, который использовали для работы в программе MEGA для построения филогенетических деревьев с целью выявления сходства и родственных связей изученных образцов пихты. Филогенетические деревья строили различными способами (NJ, UPGMA, ME, MP, ML).

В качестве внешней группы из банка генетических данных взяли вид Abies concolor 1938002А [3].

Рис. Дерево, построенное методом максимальной вероятности или максимального правдоподобия – Maximum Likelihood (ML). В узлах показаны значения бутстрэп-поддержки

С лучшей разрешающей способностью оказались деревья, построенные методами NJ – neighbor joining (ближайшего соседа) и ML – maximum likelihood (максимального правдоподобия) (рис.).

На основе генотипирования трех микросателлитных локусов ядерного генома образцов пихты Ивантеевского дендропарка составлены генетические паспорта.

Данные по молеулярной идентификации изученных видов и гибридов пихт будут переданы руководству Ивантеевского дендропарка.