Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР)
Досліджено особливості генетичної структури й оцінено рівень поліморфізму шести популяцій рідкісної рослини G. lutea з Українських Карпат за допомогою IRAP-маркерів.
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
2014
|
| Назва видання: | Физиология растений и генетика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159390 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) / М.З. Мосула, І.І. Конвалюк, В.М. Мельник, О.М. Бублик, І.О. Андрєєв, Н.М. Дробик, В.А. Кунах // Физиология растений и генетика. — 2014. — Т. 46, № 1. — С. 45-55. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-159390 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1593902019-10-03T01:25:46Z Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) Мосула, М.З. Конвалюк, І.І. Мельник, В.М. Бублик, О.М. Андрєєв, І.О. Дробик, Н.М. Кунах, В.А. Досліджено особливості генетичної структури й оцінено рівень поліморфізму шести популяцій рідкісної рослини G. lutea з Українських Карпат за допомогою IRAP-маркерів. Исследованы особенности генетической структуры и оценен уровень полиморфизма шести популяций редкого растения G. lutea из Украинских Карпат с помощью IRAP-маркеров. The features of genetic structure and level of genetic polymorphism were investigated using IRAPPCR in six populations of rare plant G. lutea from Ukrainian Carpathians. 2014 Article Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) / М.З. Мосула, І.І. Конвалюк, В.М. Мельник, О.М. Бублик, І.О. Андрєєв, Н.М. Дробик, В.А. Кунах // Физиология растений и генетика. — 2014. — Т. 46, № 1. — С. 45-55. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. 2308-7099 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159390 575.17:582.923.1 uk Физиология растений и генетика Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Досліджено особливості генетичної структури й оцінено рівень поліморфізму шести популяцій рідкісної рослини G. lutea з Українських Карпат за допомогою IRAP-маркерів. |
| format |
Article |
| author |
Мосула, М.З. Конвалюк, І.І. Мельник, В.М. Бублик, О.М. Андрєєв, І.О. Дробик, Н.М. Кунах, В.А. |
| spellingShingle |
Мосула, М.З. Конвалюк, І.І. Мельник, В.М. Бублик, О.М. Андрєєв, І.О. Дробик, Н.М. Кунах, В.А. Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) Физиология растений и генетика |
| author_facet |
Мосула, М.З. Конвалюк, І.І. Мельник, В.М. Бублик, О.М. Андрєєв, І.О. Дробик, Н.М. Кунах, В.А. |
| author_sort |
Мосула, М.З. |
| title |
Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) |
| title_short |
Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) |
| title_full |
Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) |
| title_fullStr |
Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) |
| title_full_unstemmed |
Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) |
| title_sort |
аналіз генетичного різноманіття популяцій gentiana lutea l. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (irap-плр) |
| publisher |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159390 |
| citation_txt |
Аналіз генетичного різноманіття популяцій Gentiana lutea L. методом маркування міжретротранспозонових послідовностей (IRAP-ПЛР) / М.З. Мосула, І.І. Конвалюк, В.М. Мельник, О.М. Бублик, І.О. Андрєєв, Н.М. Дробик, В.А. Кунах // Физиология растений и генетика. — 2014. — Т. 46, № 1. — С. 45-55. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
| series |
Физиология растений и генетика |
| work_keys_str_mv |
AT mosulamz analízgenetičnogoríznomaníttâpopulâcíjgentianalutealmetodommarkuvannâmížretrotranspozonovihposlídovnostejirapplr AT konvalûkíí analízgenetičnogoríznomaníttâpopulâcíjgentianalutealmetodommarkuvannâmížretrotranspozonovihposlídovnostejirapplr AT melʹnikvm analízgenetičnogoríznomaníttâpopulâcíjgentianalutealmetodommarkuvannâmížretrotranspozonovihposlídovnostejirapplr AT bublikom analízgenetičnogoríznomaníttâpopulâcíjgentianalutealmetodommarkuvannâmížretrotranspozonovihposlídovnostejirapplr AT andrêêvío analízgenetičnogoríznomaníttâpopulâcíjgentianalutealmetodommarkuvannâmížretrotranspozonovihposlídovnostejirapplr AT drobiknm analízgenetičnogoríznomaníttâpopulâcíjgentianalutealmetodommarkuvannâmížretrotranspozonovihposlídovnostejirapplr AT kunahva analízgenetičnogoríznomaníttâpopulâcíjgentianalutealmetodommarkuvannâmížretrotranspozonovihposlídovnostejirapplr |
| first_indexed |
2025-07-14T11:57:47Z |
| last_indexed |
2025-07-14T11:57:47Z |
| _version_ |
1837623429512036352 |
| fulltext |
УДК 575.17:582.923.1
АНАЛІЗ ГЕНЕТИЧНОГО РІЗНОМАНІТТЯ ПОПУЛЯЦІЙ
GENTIANA LUTEA L. МЕТОДОМ МАРКУВАННЯ
МІЖРЕТРОТРАНСПОЗОНОВИХ ПОСЛІДОВНОСТЕЙ
(IRAP-ПЛР)
М.З. МОСУЛА1, І.І. КОНВАЛЮК2, В.М. МЕЛЬНИК2, О.М. БУБЛИК2,
І.О. АНДРЄЄВ2, Н.М. ДРОБИК1, В.А. КУНАХ2
1Тернопільський національний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка
46027 Тернопіль, вул. М. Кривоноса, 2
e-mail: maryanamosula@gmail.com
2Інститут молекулярної біології і генетики Національної академії наук України
03680 Київ, вул. Акад. Заболотного, 150
e-mail: kunakh@imbg.org.ua
Досліджено особливості генетичної структури й оцінено рівень поліморфізму
шести популяцій рідкісної рослини G. lutea з Українських Карпат за допомогою
IRAP-маркерів. Незважаючи на відмінності еколого-географічних, фітоценотич-
них умов зростання, а також режимів використання, п’ять із шести популяцій
виявилися подібними за очікуваною гетерозиготністю та індексом Шеннона.
Найнижчий рівень генетичного поліморфізму за всіма використаними показ-
никами має пожижевська агропопуляція, що, ймовірно, пов’язано з її штучним
походженням, а також коротким віком (~40 років). Виявлено відсутність коре-
ляції між генетичними й географічними відстанями, що підтверджено розміщен-
ням зразків на дендрограмі, на якій просторово віддалені популяції групувалися
разом, а географічно близькі — у різних кластерах. У результаті аналізу молеку-
лярної варіанси (AMOVA) показано, що відмінності між популяціями станов-
лять 62 % загальної генетичної мінливості, а внутрішньопопуляційний
поліморфізм — 38 %, що є свідченням значної генетичної ізоляції дослідже-
них популяцій G. lutea.
Ключові слова: Gentiana lutea L., IRAP-маркери, показники генетичного
поліморфізму, міжпопуляційна і внутрішньопопуляційна мінливість, генетична
структура.
Нині для оцінювання стану популяцій рідкісних рослин використовують
молекулярно-генетичний підхід, який дає змогу з’ясувати генетичну
структуру, рівень мінливості видів, розробити стратегії збереження їхніх
популяцій [6, 7].
Основними причинами зменшення генетичної різноманітності
видів є зміна умов існування, фрагментація та скорочення природного
ареалу. ДНК-маркери дають інформацію про унікальність генофонду ок-
ремих популяцій, допомагають виявити загрозу інбредної депресії — од-
ного з головних чинників генетичної ерозії популяцій.
Останнім часом як ДНК-маркери для визначення внутрішньовидо-
вого поліморфізму використовують послідовності LTR-ретротранспо-
зонів. Суть методу полягає в ампліфікації геномної ДНК між близько
розміщеними послідовностями LTR-ретротранспозонів (IRAP-ПЛР) [6,
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И ГЕНЕТИКА. 2014. Т. 46. № 1
45
© М.З. МОСУЛА, I.I. КОНВАЛЮК, В.М. МЕЛЬНИК, О.М. БУБЛИК, I.О. АНДРЄЄВ, Н.М. ДРОБИК, В.А. КУНАХ,
2014
12]. Ефективність IRAP-аналізу пов’язана зі значним поширенням мо-
більних генетичних елементів у геномах багатьох видів рослин та їхньою
здатністю утворювати нові копії [12].
До рідкісних рослин, чисельність популяцій яких постійно скоро-
чується, належить цінний високогірний, занесений до Червоної книги
України, вид тирлич жовтий Gentiana lutea L.
Метою роботи було оцінювання рівня генетичного поліморфізму
популяцій G. lutea та вивчення генетичної структури цього виду за допо-
могою IRAP-маркерів.
Методика
Генетичну різноманітність проаналізовано в п’яти природних та одній
штучно створеній (пожижевська) популяціях G. lutea з Українських
Карпат (рис. 1, табл. 1). Iз різних частин кожної популяції відбирали
по 15 зразків листкової тканини з окремих рослин окрім популяції на
горі Гутин Томнатик, з якої, у зв’язку з малою чисельністю, відібрано
11 зразків.
ДНК зі свіжих молодих листків виділяли за загальноприйнятою
методикою з деякими модифікаціями [20]. Якість і концентрацію ДНК
оцінювали за допомогою гель-електрофорезу порівнянням інтенсивнос-
тей флуоресценції комплексів ДНК-бромистий етидій в УФ-світлі з
ДНК фага відомої концентрації. Праймери для роботи люб’язно надав
д-р Р.М. Календар (МТТ/ВI Plant Genomics, Institute of Biotechnology,
University of Helsinki). У результаті попереднього скринінгу із 34 IRAP-
праймерів, розроблених для різних видів рослин, для дослідження попу-
ляцій G. lutea обрано 5, які забезпечували синтез чітких відтворюваних
ампліконів (табл. 2).
46
М.З. МОСУЛА, И.И. КОНВАЛЮК, В.Н. МЕЛЬНИК и др.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
Рис. 1. Карта-схема розміщення досліджених популяцій G. lutea в Українських Карпатах:
1 — основні вершини гір; 2 — популяції G. lutea.
Тут і на рис. 2, 3 — умовні позначення популяцій див. у табл. 1
Реакційна суміш для ПЛР об’ємом 20 мкл містила: 20 нг ДНК,
0,2 мМ дНТФ, 1,25 U Taq-полімерази, 1 (NH4)2SO4 буфер (Fermentas,
Литва), 2 мМ MgCl2, 1 мкМ праймера, 15 мкл мінеральної оливи. Як не-
гативний контроль застосовували стандартну реакційну суміш без ДНК.
ПЛР проводили в термоциклері Терцик МС2 («Биотехнология», Росія)
за такого режиму: попередня денатурація 94 °С, 2 хв; 35 циклів: 94 °С, 30 с;
58 °С, 30 с; 72 °С, 90 с. Кінцевий цикл елонгації тривав 2 хв при 72 °С. Про-
дукти ампліфікації геномної ДНК розділяли електрофорезом в 1,3 %-му
агарозному гелі з добавлянням 0,5 мкг/мл бромистого етидію в буфері
1 SB упродовж 5—6 год за напруженості електричного поля 4—5 В/см.
Для визначення довжини фрагментів використовували маркер молеку-
лярної маси (100 bp + 1,5 Kb + 3 Kb DNA Ladder) («ООО-СибЭнзим-
М», Москва).
Електрофореграми подавали у вигляді бінарних матриць. Кожен
ампліфікований фрагмент вважали домінантним алелем окремого локу-
су, а його відсутність розцінювали як рецесивний алель відповідного ло-
кусу. Електрофореграми оброблено за допомогою програми TotalLab
TL120 (Nonlinear Dynamics), для статистичного аналізу даних ПЛР-
аналізу застосовано програми FAMD 1.21 beta [21], Mega 3 [13], GenAlEx
6.5 [18], Consense (з пакета програм Phylip) [11].
47
АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ GENTIANA LUTEA L.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
ТАБЛИЦЯ 1. Еколого-географічна характеристика досліджених популяцій G. lutea [2]
Місце
зростання
популяції
Умовне
позначення
популяції
Висота над
рівнем
моря, м
Площа, яку
займає
популяція,
тис. м2
Щільність
зростання,
особин/м2
Чисельність,
тис. особин
Хребет Чорногора
Гори Шешул-
Павлик
Sh 1400—1700 400 5,3 2120
Полонина
Лемська
Lem 1600—1750 30 5,2 156
Гора
Пожижевська
Pozh 1450—1455 1—1,5 6,5 6,5—10
Гора Гутин
Томнатик
НТ 1850—1950 3 0,2 0,6
Хребет Свидовець
Гори Трояска-
Татарука
Tr 1550—1600 100 3,9 390
Полонина
Крачунєска
Kr 1500—1730 150 3,0 450
ТАБЛИЦЯ 2. Характеристика використаних IRAP-праймерів
Праймер Походження (організм, родина, ідентифікатор
мобільного генетичного елемента)
Послідовність праймера
5'—3'
653 Zea mays; AY691949, Huck LTR, Gypsy cccctactgcaagcgcaccc
1692 Brachypodium; LTRs-праймер aggaagaagcacccggccatgg
866 Triticum turgidum; TREP1413 ретротранспозон,
LTR, Gypsy, «RIG_Fatima_AY368673-1»
accagcccgggccgtcgacc
696 Triticeae; TREP3520 ретротранспозон, LTR,
TRIM, «RIX_Cassandra_AF538603-1»
cggggtgggtcggggtgttac
675 Triticum aestivum; TREP1716 ретротранспозон,
LTR, Gypsy, «RIG_Laura_1020F19-2»
agcgcgcgtgctgggctggg
Для оцінювання рівня генетичного поліморфізму та опису генетич-
ної структури досліджених популяцій обрано такі параметри: частка
поліморфних ампліконів (Р), індекс Шеннона (S), генна різноманітність
Неі (очікувана гетерозиготність Не), генетичні відстані між популяціями
за Неі та Жаккардом (DJ). На основі генетичних відстаней за Жаккардом
методом незваженої попарно-групової кластеризації (UPGMA) [13] по-
будовано консенсусну дендрограму генетичної подібності досліджених
зразків, бутстреп-тест включав 1000 повторень.
Аналізували головні координати (РСоА) з використанням програ-
ми FAMD 1.21 beta [21].
Кореляції між матрицями генетичних відстаней Неі та гео-
графічних відстаней між дослідженими популяціями оцінено з викорис-
танням тесту Мантела (999 permutations) [14].
Генетичну структуру досліджених популяцій проаналізовано за
допомогою програми Structure 2.3.4 (адаптованої до домінантних мар-
керів). Для аналізу обрано модель, що допускає змішане походження
особин, передбачає кореляцію частот алелів у батьківських популяціях
(К) і не враховує належності особин до географічних популяцій. Для
визначення найвірогіднішого числа К виконано серію аналізів з К від 1
до 9 (20 повторностей на К) з періодом припрацювання 50 000 і 300 000
ітерацій [10, 19].
Розподіл загальної генетичної мінливості між дослідженими попу-
ляціями та в їхніх межах вивчали методом аналізу молекулярної дис-
персії (AMOVA).
Результати та обговорення
Унаслідок IRAP-аналізу зразків із шести популяцій G. lutea з викорис-
танням п’яти праймерів отримано 83 амплікони, з яких 76 (92,8 %) бу-
ли поліморфними, а 7 мономорфних локусів — спільними для усіх
досліджених зразків. Число врахованих фрагментів у IRAP-спектрах для
окремих популяцій становило від 43 до 53 (табл. 3). Досліджені вибірки
відрізнялися за частотами IRAP-локусів, проте траплялись амплікони,
характерні тільки для зразків з окремих популяцій (див. табл. 3).
Для визначення рівня генетичного різноманіття популяцій G. lutea
ми розрахували основні показники генетичної гетерогенності. Як видно
з наведених у табл. 3 даних, їх значення для різних популяцій варіюва-
ли. П’ять із шести популяцій виявились близькими (значення відрізня-
лись невірогідно) за показниками очікуваної гетерозиготності та індек-
сом Шеннона, тоді як для популяції з гори Пожижевська значення Не,
S були дещо нижчими. Популяції G. lutea проранговано за показником
Р так: Кr Tr > Lem > Sh > HT Pozh, причому найбільше і найменше
значення відрізнялися в 1,5 раза (див. табл. 3).
У порядку зменшення середнього значення DJ між рослинами
досліджені популяції розподілились так: Kr > Lem > HT Tr > Sh > Pozh
(див. табл. 3). Відмінності DJ між популяціями становили близько 0,6—11 %.
Віддаленість популяцій оцінювали за генетичними відстанями
Неі та Жаккарда. За генетичними відстанями Неі зразки популяції з
полонини Лемська виявились ближчими до популяції з гори Трояска
(0,163), з гори Шешул — до популяції з полонини Крачунєска (0,169),
з гори Пожижевська — до популяції з гори Гутин Томнатик (0,173).
Найвіддаленішими між собою були популяції з гір Шешул та Гутин
Томнатик (0,274).
48
М.З. МОСУЛА, И.И. КОНВАЛЮК, В.Н. МЕЛЬНИК и др.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
49
АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ GENTIANA LUTEA L.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
На основі генетичних відстаней Жаккарда методом UPGMA побу-
довано дендрограму генетичної подібності досліджених зразків G. lutea
(рис. 2). Зразки з високим ступенем підтримки кластеризуються
відповідно до їх популяційної належності за винятком зразків популяції
з полонини Крачунєска, які не формують чіткого кластера. Індекс бут-
стрепа для Tr становив 97 %, Lem — 96, Pozh — 96, HT — 96, Sh — 85 %.
За допомогою аналізу головних координат (РСоА) на основі мат-
риці генетичних відстаней за Жаккардом отримано просторове відобра-
ження кластеризації досліджених зразків G. lutea (рис. 3). Групування
зразків на графіку відповідає їх популяційній належності. Розміщення
зразків на графіку РСоА подібне до їх розміщення на дендрограмі
UPGMA (див. рис. 2), проте не ідентичне.
За генетичними відстанями Неі та Жаккарда просторово віддалені
популяції групувались разом, і навпаки, географічно ближче розміщені —
потрапляли в різні кластери на дендрограмі (див. рис. 1—3).
За тестом Мантелла не виявлено кореляції (r = –0,03) між матри-
цею генетичних відстаней Неі та матрицею географічних відстаней між
дослідженими популяціями.
Аналіз молекулярної варіанси (АМОVA) підтвердив, що майже дві
третини (62 %) генетичної різноманітності G. lutea припадає на міжпо-
50
М.З. МОСУЛА, И.И. КОНВАЛЮК, В.Н. МЕЛЬНИК и др.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
Рис. 2. Консенсусна UPGMA-дендрограма генетичних зв’язків між дослідженими зразка-
ми G. lutea, побудована на основі DJ. Цифрами вказано вірогідність кластеризації (індекс
бутстрепа)
пуляційні відмінності, а частка внутрішньопопуляційного поліморфізму
становить 38 %.
Байєсовським аналізом із використанням програми Structure 2.3.4
визначено найімовірніше значення К (число батьківських популяцій),
яке дорівнювало 5. Згідно з отриманими даними, популяції з гір Пожи-
жевська і Гутин Томнатик мають спільне походження. В об’єднаній по-
пуляції Pozh-HT виявлено особину з генетичним матеріалом популяції
з гори Шешул (3,4 %) та п’ять особин із генетичним матеріалом попу-
ляції з полонини Лемська (1—2,9 %). Найбільш відособленою вияви-
лась популяція з полонини Лемська. У двох особин популяції з гори
Шешул наявний генетичний матеріал популяції з полонини Кра-
чунєска (3,5 і 5 %), в інших двох особин — з об’єднаної популяції
Pozh-HT (по 1,2 %). Генетичний матеріал спільного походження в за-
лишкових кількостях містили також представники популяції з
полонини Крачунєска та гори Трояска. Отримані дані можна поясни-
ти вільним обміном генетичною інформацією між особинами виду до
фрагментації його ареалу. Відомо, що в минулому, коли єдиний кар-
патський пенеплен ще не перерізала р. Тиса, існувала єдина велика по-
пуляція G. lutea, яка пізніше розпалася спершу на свидовецьку й чор-
ногірську, а внаслідок пізніших антропогенних впливів — на низку
окремих локусів і фрагментів [3].
51
АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ GENTIANA LUTEA L.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
Рис. 3. Тривимірний графік кластеризації досліджених зразків G. lutea за використання
аналізу головних координат (РСоА), матриці генетичних відстаней Жаккарда, розрахова-
них за результатами IRAP-ПЛР
Порівнянням популяцій G. lutea за основними показниками гене-
тичного поліморфізму (Не, S, P, DJ) встановлено, що рівень генетичного
різноманіття агропопуляції з полонини Пожижевська найнижчий серед
усіх популяцій. Очевидно, це пов’язано з походженням агропопуляції,
для створення якої було взято обмежену кількість генотипів із популяції
з гори Шешул, а також із порівняно коротким часом її існування (~40
років).
Досліджені популяції відрізнялись між собою за низкою еколого-
географічних і фітоценотичних характеристик. Зокрема, популяція з гори
Пожижевська знаходиться у невластивому для цього виду екотопі — се-
ред смерекового лісу. Її щільність найбільша, оскільки рослини зроста-
ють на невеликій за площею (1—1,5 тис. м2) ділянці, обмеженій по пери-
метру деревами, через що зазнають постійного ущільнення і затінення.
Популяція на горі Гутин Томнатик розміщена найвище і найменша за
чисельністю — близько 600 особин. Найбільшою за площею, а відтак і за
чисельністю, є популяція на горах Шешул-Павлик. У подібних еколого-
фітоценотичних умовах зростають рослини на полонині Лемська, проте
чисельність особин цієї популяції на порядок нижча. Дві свидовецькі
популяції — на полонині Крачунєска і горах Трояска-Татарука — подібні
між собою за умовами зростання, щільністю, чисельністю, режимом ви-
користання (див. табл. 1). На відміну від чорногірських популяцій
фітогенне поле у них розірване — рослини розміщені окремими група-
ми на галявинах поміж чагарниками [2]. Незважаючи на такі відмін-
ності, популяції Lem, HT, Sh, Kr, Tr виявились подібними за показни-
ками Не і S.
Загалом основні параметри генетичної різноманітності, визначені
нами методом IRAP-ПЛР, були подібними або нижчими порівняно з та-
кими, отриманими за допомогою RAPD-, ISSR-аналізів [4, 5]. Як і за
IRAP-аналізу, рівні поліморфізму двох свидовецьких популяцій (Kr, Tr)
за RAPD-, ISSR-, RGAP- i CDDP-маркерами виявились близькими, із
незначним переважанням показників для популяції з полонини Кра-
чунєска. IRAP-аналізом популяція з полонини Лемська визначена як
найбільш гетерогенна серед чорногірських популяцій, що аналогічно ре-
зультатам, отриманим нами раніше методами RAPD- та ISSR-ПЛР [4, 5].
За результатами IRAP-аналізу внутрішньопопуляційний рівень
генетичного поліморфізму G. lutea був нижчим порівняно з іншими ви-
дами рослин. Зокрема, вищі показники генетичної мінливості встанов-
лено для популяцій Iris pumila L. (He = 0,169; S = 0,273; P = 69,6 %;
DJ = 36,4 %), Adonis vernalis L. (He = 0,291; P = 54—77 %) тa Populus tre-
mula L. (He = 0,262) [1, 6, 7].
Визначено, що показники внутрішньовидового поліморфізму були
значно вищими, ніж у межах окремих популяцій. Отримані результати
можна пояснити топологією їх місць зростанння, адже саме рельєф Ук-
раїнських Карпат створює бар’єри для міграції генів. Очевидно, як і в
інших видів роду Gentiana, географічна та екологічна гетерогенність гір
спричинює високий рівень генетичної різноманітності G. lutea, а фраг-
ментація місць зростання приводить до ізоляції і, як наслідок, до
збільшення генетичної диференціації популяцій [17, 22].
Отримані нами результати дослідження популяцій G. lutea підтвер-
дили відсутність кореляції між генетичними й географічними дис-
танціями: на дендрограмі просторово віддалені популяції кластеризують-
52
М.З. МОСУЛА, И.И. КОНВАЛЮК, В.Н. МЕЛЬНИК и др.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
ся разом, а географічно ближчі — знаходяться в різних кластерах. Зок-
рема рослини популяцій з гори Трояска та полонини Лемська із
Свидовецького й Чорногірського хребтів групувались в один кластер,
аналогічно формували один кластер і зразки з географічно віддалених
популяцій з гори Шешул (хребет Чорногора) та полонини Крачунєска
(хребет Свидовець).
Інші дослідники також не виявили зв’язку внутрішньовидової ди-
ференціації з географічною приуроченістю рослин у представників ро-
дини Lemnaceae (RAPD-аналіз), що пояснено відсутністю територіаль-
ної ізоляції окремих популяцій [15]. Незалежність генетичних і
географічних відстаней встановлено також для Triticum dicoccoides,
Hordeum spontaneum [9, 16]. Проте літературні дані щодо впливу на
рівень генетичної варіабельності географічного поширення виду неод-
нозначні. Наприклад, встановлено позитивну кореляцію між генетичною
диференціацією популяцій і географічними відстанями для Atriplex sp.
(Chenopodiaceae) [8].
Таким чином, на основі даних IRAP-аналізу встановлено рівень
генетичного поліморфізму шести популяцій G. lutea та особливості гене-
тичної структури виду. Досліджені популяції виявились близькими за
індексом Шеннона та очікуваною гетерозиготністю, серед них виділя-
лась лише пожижевська агропопуляція, всі проаналізовані показники
(Не, S, P, DJ) якої виявились найнижчими. Групування зразків на ден-
дрограмі генетичної подібності та за результатами аналізу головних ко-
ординат відповідало їх популяційній належності. Для досліджених попу-
ляцій не встановлено кореляції між генетичними й географічними
відстанями. Показано, що на відмінності між популяціями припадає 62 %
загальної генетичної мінливості, на внутрішньопопуляційний
поліморфізм — 38 %, що є свідченням їх значної генетичної ізоляції і ди-
вергенції.
1. Боронникова С.В., Светлакова Т.Н., Бобошина И.В. Молекулярно-генетический анализ
Populus tremula L. на основании полиморфизма IRAP и ISSR маркеров [Електронний
ресурс] // Тез. докл. Междунар. конф. «Conservation of Forest Genetic Resourses of
Siberia». — 2011. — Режим доступу: http: // conf.nsc.ru/cfgrs2011/reportview/46716
2. Mайорова О.Ю., Грицак Л.Р., Мельник В.М. та ін. Поширення і стан популяцій Gentiana
lutea L., G. punctata L. тa G. acaulis L. в Українських Карпатах // Інтродукція рослин. —
2013. — № 3. — С. 21—28.
3. Малиновський К.А., Царик Й.В., Жиляєв Г.Г. та ін. Структура популяцій рідкісних видів
флори Карпат. — К.: Наук. думка, 1998. — 176 с.
4. Мосула М.З., Конвалюк И.И., Мельник В.Н. и др. ISSR-анализ некоторых популяций
Gentiana lutea L. Украинских Карпат // Тез. докл. научн. конф. «Молекулярно-генети-
ческие подходы в таксономии и экологии». 25—29 марта 2013 г. — Ростов-на-Дону:
ЮНЦ РАН, 2013. — С. 62.
5. Мосула М.З., Конвалюк І.І., Мельник В.М., Дробик Н.М. Оцінка генетичного
поліморфізму чорногірських популяцій Gentiana lutea L. (Gentianaceae) з Українських
Карпат: RAPD-аналіз // Фактори експерим. еволюції організмів. — К.: Логос, 2013. —
13. — С. 80—83.
6. Boronnikova S.V., Kalendar R.N. Using IRAP markers for analysis of genetic variability in po-
pulations of resource and rare species of plants // Russ. J. Genet. — 2010. — 46, N 1. —
P. 36—42.
7. Bublyk O., Andreev I., Kalendar R. et al. Efficiency of different PCR-based marker systems
for assessment of Iris pumila genetic diversity // Biologia. — 2013. — 68, N 4. — P. 613—
620.
8. Clarke L., Jardine D., Byrne M. et al. Significant population genetic structure detected for a
new and highly restricted species of Atriplex (Chenopodiaceae) from Western Australia, and
implications for conservation management // Aust. J. Bot. — 2012. — 60. — P. 32—41.
53
АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ GENTIANA LUTEA L.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
9. Fahima T., Roder M.S., Wendehake K. et al. Microsatellite polymorphism in natural popula-
tions of wild emmer wheat, Triticum dicoccoides, in Israel // Theor. Appl. Genet. — 2002. —
104, N 1. — P. 17—29.
10. Falush D., Stephens M., Pritchard J. Inference of population structure using multilocus geno-
type data: dominant markers and null alleles // Mol. Ecol. Notes. — 2007. — 7, N 4. —
P. 574—578.
11. Felsenstein J. Inferring Phylogenies [Електронний ресурс]. — Sinnauer Associates, Inc.
Publishers Sunderland, Massachusetts, USA, 2004. — 580 p. Режим доступу: http://
www.sinauer.com/inferring-phylogenies.html
12. Kalendar R., Flavell A.J., Ellis T.H. et al. Analysis of plant diversity with retrotransposon-based
molecular markers // Heredity (Edinb). — 2011. — 106, N 4. — P. 520—530.
13. Kumar S., Tamura K., Nei M. MEGA 3: Integrated software for molecular evolution genetics
analysis and sequences alignment // Briefin Bioinf. — 2004. — 5, N 2. — P. 150—163.
14. Mantel N. The detection of disease clustering and a generalized regression approach // Cancer
Res. — 1967. — 27. — P. 209—220.
15. Martirosyan E.V., Ryzhova N.N., Skryabin K.G., Kochieva E.Z. RAPD-analysis of genome
polymorphism in the family Lemnaceae // Russian J. Genet. — 2008. — 44, N 3. — P. 417—
422.
16. Nevo E.E. Evolution of genome-phenome diversity under environmental stress // Proc. Nat.
Acad. Sci. USA. — 2001. — 98, N 11. — P. 6233—6240.
17. Oostermeijer J.G.B., Luijten S.H., den Nijs J.C.M. Integrating demographic and genetic
approaches in plant conservation // Biol. Conservation. — 2003. — 113, N 3. — P. 389—
398.
18. Peakall R., Smouse P.E. GENALEX 6: genetic analysis in Excel. Population genetic software
for teaching and research // Mol. Ecol. Notes. — 2006. — N 6. — P. 288—295.
19. Pritchard J., Stephens M., Donnelly P. Inference of population structure using multilocus geno-
type data // Genetics. — 2000. — 155. — P. 945—959.
20. Rogers I., Bendich A. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh herbarium and
mummified plant tissues // Plant Mol. Biol. — 1985. — 5. — P. 69—76.
21. Schluter P.M., Harris S.A. Analysis of multilocus fingerprinting data sets containing missing
data // Mol. Ecol. Notes. — 2006. — N 6. — P. 569—572.
22. Zhang X.-L., Yuan Y.-M., Ge X.-J. Genetic structure and differentiation of Gentiana atuntsien-
sis W.W. Smith and G. striolata T.N. Ho (Gentianaceae) as revealed by ISSR markers // Bot.
J. Linn. Soc. — 2007. — 154. — P. 225—232.
Отримано 23.09.2013
АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ GENTIANA LUTEA L.
МЕТОДОМ МАРКИРОВАНИЯ МЕЖРЕТРОТРАНСПОЗОННЫХ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ (IRAP-ПЦР)
М.З. Мосула1, И.И. Конвалюк2, В.Н. Мельник2, Е.Н. Бублик2, И.О. Андреев2, Н.М. Дробык1,
В.А. Кунах2
1Тернопольский национальный педагогический университет имени Владимира Гнатюка
2Институт молекулярной биологии и генетики Национальной академии наук Украины,
Киев
Исследованы особенности генетической структуры и оценен уровень полиморфизма шес-
ти популяций редкого растения G. lutea из Украинских Карпат с помощью IRAP-марке-
ров. Несмотря на различия эколого-географических, фитоценотических условий произра-
стания, а также режимов использования, пять из шести популяций оказались сходными по
ожидаемой гетерозиготности и индексу Шеннона. Самый низкий уровень генетического
полиморфизма по всем использованным показателям имеет пожижевская агропопуляция,
что, вероятно, обусловлено ее искусственным происхождением, а также малым возрастом
(~40 лет). Обнаружено отсутствие корреляции между генетическими и географическими
расстояниями, что подтверждено расположением образцов на дендрограмме, на которой
пространственно отдаленные популяции группировались вместе, а географически бли-
зкие — в разных кластерах. В результате анализа молекулярной вариансы (АМОVA) пока-
зано, что различия между популяциями составляют 62 % общей генетической изменчиво-
сти, а внутрипопуляционный полиморфизм — 38 %, что является свидетельством
значительной генетической изоляции исследованных популяций G. lutea.
54
М.З. МОСУЛА, И.И. КОНВАЛЮК, В.Н. МЕЛЬНИК и др.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
ANALYSIS OF GENETIC DIVERSITY IN GENTIANA LUTEA L.
POPULATIONS BY METHOD OF MARKING BETWEEN RETROTRANSPOZON’S
SEQUENCES (IRAP-PCR)
M.Z. Mosula1, I.I. Konvalyuk2, V.M. Mel’nyk2, O.M. Bublyk2, I.O. Andreev2, N.M. Drobyk1,
V.A. Kunakh2
1Volodymyr Hnatiuk Ternopil National Pedagogical University
2 M. Kryvonosa St., Ternopil, 46027, Ukraine
2Institute of Molecular Biology and Genetics National Academy of Sciences of Ukraine
150 Acad. Zabolotnogo St., Kyiv, 03680, Ukraine
The features of genetic structure and level of genetic polymorphism were investigated using IRAP-
PCR in six populations of rare plant G. lutea from Ukrainian Carpathians. We found low level of
genetic diversity using IRAP-PCR compared with the other types of PCR-markers for this popu-
lations. Five of the six investigated populations were similar to each other by the value of expect-
ed heterozygosity and Shannon’s index, despite the differences in ecological, geographical, phyto-
cenological conditions of growth and different modes of use. Pozhyzhevska agropopulation was
distinguished by low level of polymorphism, probably due to its artificial origin and short term of
existence (about 40 years). It was no correlation between genetic and geographic distances as evi-
denced by location of samples on dendrogram. Spatially separated populations were grouped
together, while geographically closer ones found themselves in different clusters. Analysis of
molecular variance (AMOVA) showed that the differences between populations account for 62 %
of total genetic variation, whereas only 38 % of it were resided within populations. The results
obtained indicate significant genetic isolation of studied G. lutea populations.
Key words: Gentiana lutea L., IRAP-markers, indicators of genetic polymorphism, interpopulation
and intrapopulation variation, genetic structure.
55
АНАЛИЗ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ПОПУЛЯЦИЙ GENTIANA LUTEA L.
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 1
|