ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЦЕНОПОПУЛЯЦИЙ АДОНИСА ВЕСЕННЕГО (ADONIS VERNALIS), ПРОИЗРАСТАЮЩИХ В СЕВЕРНЫХ РЕГИОНАХ КАЗАХСТАНА

Актуальные проблемы современной науки: тезисы докладов XXХІV Международной научно-практической конференции (Санкт-Петербург – Астана – Киев – Вена, 28 сентября 2018)

Секция: Биологические науки

Султангазина Гульнар

кандидат биологических наук, доцент,

заведующая кафедрой биологии и химии

Костанайский государственный университет имени А. Байтурсынова

г. Костанай, Казахстан

Бейшова Индира Салтановна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент,

заведующая отделом молекулярно-генетических исследований

Костанайский государственный университет имени А. Байтурсынова

г. Костанай, Казахстан

Ульянов Вадим Александрович

докторант, научный сотрудник

Костанайский государственный университет имени А. Байтурсынова

г. Костанай, Казахстан

Бейшов Рустем Салтанович

докторант

Костанайский государственный университет имени А. Байтурсынова

г. Костанай, Казахстан

Бельтюкова Надежда Николаевна

кандидат биологических наук,

доцент кафедры ботаники и генетики растений

ФГБУ ВО «Пермский государственный

национальный исследовательский университет»

г. Пермь, Россия

Пришнивская Яна Викторовна

 магистр биологии, лаборант кафедры ботаники и генетики растений

ФГБУ ВО «Пермский государственный

национальный исследовательский университет»

 г. Пермь, Россия

Берсенева Юлия Николаевна

 студент кафедры ботаники и генетики растений

ФГБУ ВО «Пермский государственный

национальный исследовательский университет»

г. Пермь, Россия

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ ЦЕНОПОПУЛЯЦИЙ АДОНИСА ВЕСЕННЕГО (ADONIS VERNALIS), ПРОИЗРАСТАЮЩИХ В СЕВЕРНЫХ РЕГИОНАХ КАЗАХСТАНА

Проблема сохранения биологического разнообразия на уровне видов, сообществ и экосистем является весьма актуальной в связи с усиливающимся антропогенным воздействием на биосферу.

Северный Казахстан уникален не только по разнообразию флоры и растительности, но и по концентрации редких видов растений. Выявление и изучение флоры любой территории имеет большое значение в связи с изменениями, происходящими в окружающей среде под воздействием усиливающихся неблагоприятных факторов, в первую очередь, деятельности человека.

С целью изучения генетического разнообразия было выбрано 5 ценопопуляций A. vernalis, расположенных на территории Северного Казахстана.

Cеверо-Казахстаская область:

1 - Av1 - с. Ленинское, березово-осиновый лес, опушка

2 - Av2 - г. Петропавловск, «Мещанский лес», антропогенно нарушенный березовый лес

Акмолинская область, Бурабайский район ГУ Государственный национальный природный парк «Бурабай»:

3 - Av3 - Мирное лесничество, кв. 78, опушка березового леса

4 - Av4 - Мирное лесничество, кв. 101, опушка березового леса

5 - Av5 - Золотоборское лесничество, опушка березового леса

В каждой из отмеченных популяций были собраны листья с 30 случайно выбранных растений на расстоянии от 30 до 50 м друг от друга. Для выделения ДНК из высушенных листьев A. vernalis была использована модифицированная методика выделения с использованием цетилтриметил бромид аммония (ЦТАБ) [1].

Выявление генетического полиморфизма ДНК A. vernalis проводили ISSR-методом анализа полиморфизма ДНК с применением ПЦР. Для исследуемого вида были отобраны наиболее эффективные праймеры, дающие воспроизводимые результаты (М1, М3, М27, Х11, ISSR9). Продукты амплификации разделяли путем электрофореза в агарозном геле и фотографировали в проходящем ультрафиолетовом свете. Определение длин фрагментов проводилось с использованием программы Quantity One («Bio-Rad», USA).

Учитывали воспроизводимые в повторных экспериментах фрагменты ДНК.

Компьютерный анализ полученных данных проведен с помощью программы POPGENE 1.31 [2] и с помощью специализированного макроса GenAlEx6 [3] для MS-Excel с определением: доли полиморфных локусов (P95) [4], абсолютного числа аллелей (na), эффективного числа аллелей (ne), ожидаемой гетерозиготности (HE) [5]; индекса Шеннона (I). Уровень внутрипопуляционного разнообразия оценен через показатели: среднего числа морф (µ) и доли редких морф (h).

При анализе было выявлено 78 фрагментов ДНК, из которых были 65 (P95=0,833) полиморфными. Число амплифицированных фрагментов ДНК в суммарной выборке растений варьировало в зависимости от праймера от 12 (ISSR9) до 19 (М1). В среднем при ISSR-анализе один праймер инициировал синтез 15,6 фрагментов ДНК. Число полиморфных фрагментов ДНК в суммарной выборке растений варьировало от 10 до 18, а их размеры – от 1700 до 1350 пн.

Доля полиморфных локусов в общей выборке в зависимости от ISSR-праймера колебался от 0,667 (X11) до 0,895 (М1) и в среднем составил 0,833. Число полиморфных фрагментов ДНК варьировало от 28 у Av4 до 45 у Av1.

Рис. 1. ISSR-спектр ценопопуляции A. vernalis (Аv4) c праймером М27; цифрами обозначены номера проб, М – маркер молекулярного веса, стрелками отмечены некоторые фрагменты; представлена часть спектра

Доля полиморфных локусов (P95) в ценопопуляциях варьировала от 0,424 (Av4) до 0,714 (Av1) (таблица 2) и была достоверно ниже в четвертой ценопопуляции (Av4), расположенной в Мирном лестничестве. Ожидаемая гетерозиготность (HE) по локусам в общей выборке A. vernalis составила 0,190. В ценопопуляциях она варьировала от 0,170 в Av5 до 0,212 в Aw2 (таблица 1).

Таблица 1

Генетическое разнообразие ценопопуляций A. vernalis

Абсолютное число аллелей на локус (na) на общую популяцию составило 1,897. Этот параметр наивысший в ценопопуляции Av2 (na=1,654), в ценопопуляции Av4 он наименьший (na=1,500). Эффективное число аллелей на локус (ne) на общую выборку равно 1,489. Большее значение nе в ценопопуляции Av1 (nе=1,360), а наименьшее значение в популяции Av5 (nе =1,282). В изученных ценопопуляциях A. vernalis обнаружено 5 редких фрагментов ДНК: 2 в Av4 и по одному Av2, Av3 и Av5 (таблица 1).

У всех изученных ценопопуляций A. vernalis показатель h имеет значения меньше 0,3. Наиболее сбалансированной структурой разнообразия характеризуется ценопопуляция Av1 (h=0,186), а наименее сбалансированной (h = 0,262) – Av4. Информационный Индекс Шеннона выявил наибольшее разнообразие в ценопопуляции Av2 (I=0,320), а наименьшее в – Av5 (I=0,259) (таблица 1).

При анализе внутрипопуляционного разнообразия A. vernalis установлено, что из 5 изученных ценопопуляций большей равномерностью распределения частот аллелей характеризуется Av4 (μ=1,475), а наименьшей (μ=1,628) – Av1.

Таким образом, на основании проведенного ISSR-анализа генетического полиморфизма пяти ценопопуляций адониса весеннего Cеверного Казахстана можем заключить, что изученные ценопопуляции характеризуются высокими показателями генетического разнообразия. В четырех из пяти изученных ценопопуляций A. vernalis были обнаружены редкие фрагменты ДНК. Четвертая ценопопуляция (Av4) имеет более низкие показатели генетического разнообразия по сравнению с другими ценопопуляциями, изученными на территории Северного Казахстана. Наибольшие показатели генетического разнообразия отмечены в самых северных ценопопуляциях, расположенных в Северо-казахстанской области, ниже эти показатели в ценопопуляциях Акмолинской области.

Литература

1. Rogers, S.O. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues / S.O. Rogers, A.J. Bendich // Plant Molecular Biology. – 1985. – Vol. l. № 19. – P. 69-76.
2. Yeh F.C., Young R.C., Mao J. et al. POPGENE, the Microsoft Windows-based user-friendly software for population genetic analysis of co-dominant and dominant markers and quantitative traits – Department of Renewable Resources, Univ. of Alberta, and Edmonton. Alta, 1999. – 238 p.
3. Peakall R.GenAlEx6: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research / R. Peakall, P.E. Smouse // Mol. Ecol. Not. – 2006. – V. 6. – P. 288-295.
4. Williams J.G.K., at al. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers / J.G.K. Williams at al. // Nucl. Acids Res. – 1990. – V. 18. – P. 6531-6535.
5. Nei M. Molecular evolutionary genetics. – N.Y.: Columbia Univ. press, 1987. – 512 p.