Genetyczne podłoże mechanizmów zdolności adaptacyjnych drzew leśnych dr Małgorzata Sułkowska Zakład Hodowli i Genetyki Drzew Leśnych Instytut Badawczy Leśnictwa
Podstawowym czynnikiem decydującym o przystosowaniach do danych warunków środowiska jest różnorodność genetyczna, która jest determinowana zmiennością genomów osobników i zmieniającym ich funkcjonowanie wpływem środowiska. Obecnie, ze względu na tempo zmian zachodzących w środowisku istnieją obawy, co do skuteczności naturalnych procesów adaptacyjnych populacji.
Podstawy teoretyczne Zmienność genetyczna (genotypowa) - występowanie różnych wariantów genu, rozwiązań genetycznych dla tej samej cechy. Zjawisko polegające na możliwości fenotypowego różnicowania się tych samych genotypów nosi nazwę plastyczności fenotypowej. Różnorodność genetyczna - potencjał genetyczny, inaczej zdolność populacji do wytwarzania osobników posiadających różne genotypy.
Podstawy teoretyczne Najbardziej przydatnym parametrem wykorzystywanym do celów oceny zróżnicowania genetycznego obiektów wydaje się bogactwo genetyczne (H E ) i markery zmienności i zróżnicowania genetycznego, charakteryzujące się wysokim polimorfizmem (Mellick et al. 2013) takie, jak: markery mikrosatelitarne, sekwencje zmienności pojedynczych nukleotydów. Wymiernym wskaźnikiem spadku możliwości adaptacyjnych osobników, który może prowadzić do wyginięcia populacji jest efektywna liczba alleli na locus (N E ). Mellick, R.; Rossetto, M.; Allen, C.; Wilson, P.D.; Hill, R.S.; Lowe, A. 2013. Intraspecific divergence associated with a biogeographic barrier and climatic models show future threats and long-term decline of a rainforest conifer. The Open Conservation. Biology Journal, 7: 1 10.
Podstawy teoretyczne Pierwotnym źródłem zmienności genetycznej organizmów są przede wszystkim mutacje, czyli błędy w odtwarzaniu informacji genetycznej. Mogą być one punktowe tj. dotyczące pojedynczych genów, lub chromosomowe obejmujące rekombinacje fragmentów DNA. Dzięki takim zjawiskom, każdy organizm powstały na drodze rozmnażania płciowego jest niepowtarzalny.
Podstawy teoretyczne W wielu przypadkach, intensywny przepływ genów u drzew przeciwdziała utracie zmienności genetycznej spodziewanej na skutek działania dryfu genetycznego i wzrostu wsobności, charakterystycznych dla małych, izolowanych populacji (Kramer et al. 2008, Bacles i Jump 2011). Bacles C. F. E., Jump A. S. 2011. Taking a tree s perspective on forest fragmentation genetics. Trends Plant Sci. 16, 13 18. Kramer A. T., Ison J. L., Ashley M. V., Howe H. F. 2008. The paradox of forest fragmentation genetics.conserv. Biol. 22, 878 885.
Wyniki analiz dr Iwony Szyp-Borowskiej projekt BLP-364 Na powierzchni doświadczalnej z roku 1965 w Wyszkowie, do badań wytypowano dwie najlepiej przyrastające populacje świerka pospolitego (Mestwinowo i Kartuzy) i dwie najgorzej (Augustów i Górowo Iławieckie). Z populacji wybrano po 48 drzew. Przygotowanie próbek do bezpośredniej reakcji PCR wykonano za pomocą zestawu Phire Plant PCR Kit. Wykorzystano następujące markery mikrosatelitarnych loci jądrowych : SpAG -D1, SpA- G2, SpAG - C1 i SpAC1 - H8. Scharakteryzowano między innymi takie parametry zmienności genetycznej jak: średnia liczba alleli na locus (A), efektywna ilość alleli (Ne), heterozygotyczność oczekiwana (He) i obserwowana (Ho) oraz procent loci polimorficznych (PIC).
Wyniki analiz dr Iwony Szyp-Borowskiej projekt BLP-364 Charakterystyka genetyczna badanych populacji świerka pospolitego Populacja A Ne I Ho He Nei Kartuzy* 17.3 6.9 2.3 0.736 0.848 0.836 Augustów 18.3 8.4 2.4 0.820 0.874 0.864 Mestwinowo* 19.8 8.4 2.4 0.804 0.862 0.852 Górowo Iławieckie 21.3 9.3 2.5 0.676 0.878 0.868 A - Obserwowana liczba alleli Ne - efektywna liczba alleli [Kimura and Crow (1964)] I - Indeks Shannona [Lewontin (1972)] He- oczekiwana heterozygotyczność Levene (1949) Ho- obserwowana heterozygotyczność Levene (1949) Nei - oczekiwana heterozygotyczność wg. Nei's (1973) * Populacje dobrze przyrastające Kartuzy* Górowo Ił. Augustów Mestwinowo* Dendrogram wykonany na podstawie dystansu genetycznego według Nei a 1978
Sosna zwyczajna zmienność klinalna populacji Badania Wachowiaka (2015) dla 19 populacji sosny zwyczajnej: górskich, torfowiskowych i nizinnych pochodzeń z terenu Polski, w tym stanowisk reliktowych oraz 11 referencyjnych populacji z Europy, wykazały bardzo bliskie pokrewieństwo genetyczne pomiędzy wszystkimi badanymi populacjami, które zaklasyfikowano do jednej grupy w analizie grupowania klasterów metodą Bayesa. Występowanie w warunkach środowiskowych czynników selekcyjnych o różnym natężeniu, decyduje o mechanizmach adaptacyjnych cech fenotypowych ekotypów sosny zwyczajnej. Relacje genetyczne między badanymi rejonami sosny zwyczajnej w Polsce (PL) i populacjami referencyjnymi z północy (EU_N), północnego zachodu (EU_NW) oraz południa (EU_S) Europy Wachowiak W. 2015. Relacje genetyczne pomiędzy polskimi i referencyjnymi populacjami sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) z Europy w analizie polimorfizmu sekwencji nukleotydowych loci ndna. Sylwan 159 (1): 53 61.
P. glauca x P. engelmannii adaptacyjna hybrydyzacja Rola hybrydyzacji jako mechanizmu adaptacji była zwykle kwestią sporną w biologii ewolucyjnej. Niektórzy badacze twierdzą, że hybrydyzacja jest znaczącą ewolucyjnie siłą, która ułatwia adaptacyjne procesy ewolucyjne i może prowadzić do powstania nowych gatunków. Międzygatunkowy mieszaniec świerków: P. glauca x P. engelmannii, który jest naturalnie utrzymywany w populacji, przez lokalne dostosowanie do rosnącej długości sezonu zimowego i akumulacji śniegu (egzogenny wybór), okazał się lepiej dostosowany do środowiska, niż gatunki rodzicielskie (De La Torre et al. 2013). De La Torre, A.R. Wang, T., Jaquish B., Aitken, S.N. 2014. Adaptation and exogenous selection in a Picea galuca x Picea engelmannii hybrid zone: implications for forest management under climate change. New Phytology, 201: 687-699.
Podsumowanie
Podsumowanie Adaptacja?????? Epigenetyka Heterozygotyczność Mutacje
Dziękuje serdecznie za uwagę! Fot. Tomasz Wojda