Изучение генетического разнообразия в популяциях ели европейской на Восточно-Европейской равнине тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.03.01, кандидат наук Левкоев Эйно Алексеевич

• Левкоев Эйно Алексеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Левкоев Эйно Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Исторический аспект проблемы сокращения генетического разнообразия

1.2 Ареал ели на территории Восточно-Европейской равнины и его формирование

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования

2.2 Методика сбора образцов для генетического анализа

2.3 Выделение ДНК

2.4 Амплификация ДНК и документация полученных данных

2.5 Статистическая обработка данных, полученных в результате амплификации ЯАРО-праймеров

2.6 Методика оценки генетического разнообразия по результатам измерения диаметра полусибсового потомства плюсовых деревьев

2.7 Методика оценки фенотипического варьирования для семей в клоновой плантации ели европейской в Иматре

2.8 Методика сопоставления генетического разнообразия, полученного молекулярно-генетическими методами, с фенотипическим варьированием исследуемых признаков для клоновых семей ели европейской

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ИССЛЕДУЕМЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ЕЛИ

3.1. Оценка генетического разнообразия на основании данных ЯАРО-

праймеров

3.2 Влияние географического расположения популяций на их генетическое разнообразие

3.3 Оценка генетического разнообразия фенотипическими методами для испытательных культур, заложенных полусибсовым потомством

3.4 Оценка генетических расстояний для исследуемых образцов с клоновой плантации

3.5 Оценка фенотипического варьирования для семей в клоновой плантации ели европейской в Иматре

3.6 Сопоставление фенотипического и генетического варьирования для исследуемых генотипов с клоновой плантации ели европейской (Иматра)

3.7 Наличие гетероплазмии в митохондриальном гене Nad 1 в Вепсской популяции ели

3.8 Практическое применение результатов исследования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

76

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение генетического разнообразия в популяциях ели европейской на Восточно-Европейской равнине»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Хозяйственная деятельность человека может оказывать негативное влияние на состояние естественных популяций, выражающееся в понижении их устойчивости и жизнеспособности, снижении качества оказываемых ими экосистемных услуг, или полной деградации [Алтухов, 2004; ГБО3, 2010]. На территории Российской Федерации, в ключе сложившейся социально-экономической ситуации, лесные экосистемы играют критическую социально-экономическую роль, что, в свою очередь, выражается в увеличенной нагрузке на них. В свою очередь, устойчивое получение экосистемных услуг от лесных экосистем зависит от устойчивости экосистем. Одним из аспектов устойчивости лесных экосистем является генетическое разнообразие образующих их видов. Знание уровня генетического разнообразия видов в естественных популяциях может быть применено в качестве референса при оценке уровня антропогенного воздействия на исследуемые популяции [Алтухов, 2004]. Кроме того, тот или иной уровень генетического разнообразия может указывать на необходимость охраны той или иной популяции, а также - на необходимость её исследования.

Степень разработанности темы исследования. В Северном районе Российской Федерации еловые леса занимают ~ 50% от площади земель лесного фонда [Лесной фонд, 1999], в то время как в Северо-Западном - ~ 23 % [Лесной фонд, 1999]. При этом, отмечается недостаток работ по исследованию уровня генетического разнообразия естественных популяций ели европейской. В связи с этим, исследование генетического разнообразия естественных еловых популяций представляется актуальным.

Цели и задачи исследования. Цель диссертационной работы - изучение генетического разнообразия естественных популяций ели преимущественно с территории Восточно-Европейской равнины. Сравнение генетического разнообразия естественных популяций ели с генетическим разнообразием

клоновой плантации ели европейской. Поиск перспективных для дальнейшего исследования естественных популяций ели в рамках исследованных в настоящей работе. Сопоставление результатов, полученных посредством молекулярных методов, с результатами, полученными при использования биометрических методов.

Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:

1) Изучение генетической изменчивости естественных популяций ели преимущественно с территории Восточно-Европейской равнины;

2) Изучение генетической изменчивости клоновой плантации ели европейской;

3) Изучение генетической изменчивости полусибсовых испытательных культур ели европейской;

4) Оценка уровня генетической изменчивости естественных популяций

ели;

5) Исследование митохондриального гена Nad 1 для ряда исследуемых настоящей работе популяций;

6) Оценка уровня генетической изменчивости клоновой плантации ели европейской;

7) Оценка взаимосвязи географического расположения естественных популяций ели с наблюдаемым у них уровнем генетической изменчивости;

8) Сравнение уровня генетической изменчивости естественных популяций ели с уровнем генетической изменчивости клоновой плантации ели.

9) Сопоставление данных, полученных посредством молекулярно -генетических данных, с данными, полученными посредством биометрических методов.

Научная новизна. Получены новые данные о генетическом разнообразии естественных популяций ели на территории Восточно-Европейской равнины. Обнаружены популяции ели, представляющие интерес для дальнейших исследований. Показана статистический достоверная (р < 0.05) зависимость уровня генетического разнообразия естественных популяций ели от их географического

местоположения. Впервые описано явление, вероятно представляющее собой гетероплазмию митохондриального генома ели.

Теоретическая значимость работы: Показана линейная зависимость уровня генетического разнообразия исследуемых популяций ели от географической долготы их местопроизрастания, что может быть связано с послеледниковой миграцией ели и её гибридизацией. Впервые описано явление, вероятно представляющее собой гетероплазмию митохондриального генома ели.

Практическая значимость работы. По результатам исследования генетического разнообразия естественных популяций ели на территории ВосточноЕвропейской равнины обнаружены перспективные для дальнейшего исследования популяции ели. Показано, что клоновые плантации ели европейской также заключают в себе, хоть и меньшую, генетическую изменчивость.

Методология и методы исследования. Для оценки генетического разнообразия естественных популяций ели европейской молекулярно-генетическими методами, был произведен отбор образцов хвои из 8-ми популяций. Для каждой популяции было отобрано от 23 до 28 деревьев. Выборка деревьев осуществлялась равномерно. В клоновых испытательных культурах, в силу также иных решаемых задач, были отобраны по 5 деревьев от 4-х семей и 3 дерева - от одной семьи. Отбор 3-х деревьев из семьи связан с низкой представленностью семьи в силу интенсивного отбора деревьев для исследований фенотипических признаков, а также, вероятно, отпада. Выделение ДНК из хвои осуществлялось по методике Bousquet (1990), модифицированной сотрудниками лаборатории мониторинга генетической эрозии растительных ресурсов федерального исследовательского центра «Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова» [Злотина и др., 2012]. Для исследования генетического разнообразия популяций ели европейской применялись декамерные олигонуклеотидные праймеры RAPD. Выбор RAPD-праймеров связан с их потенциалом случайного скринига больших фрагментов генома на присутствие полиморфизма [White и др., 2007]. Всего в настоящей работе применялось три RAPD-праймера. Частота генотипов рассчитывалась для каждого праймера и

популяции отдельно, как число одинаковых как доля одинаковых генотипов от общего числа отобранных деревьев в популяции [White и др., 2007]. Также для некоторых исследуемых популяций было произведено исследования по 2 -му интрону митохондриального гена Nad 1. Это было сделано предварительного определения видов ели в популяции (Picea abies (L.) Karst. или Picea obovata Ledeb.).

Для оценки взаимосвязи генетического разнообразия и географического расположения популяции (географической широты и долготы), применялась линейная модели. Для данных, полученных от клоновой плантации ели, произрастающей в Иматре, был рассчитан показатель неоднородности (генетических расстояний) с использованием меры Сёренсена-Дайса. На основании рассчитанных генетических расстояний была построена дендрограмма по методу UPGMA. Кроме того, для семей, произрастающих в клоновой плантации ели, были определены значения фенотипического варьирования по таким биометрическим показателям как диаметр ствола на высоте груди, высота ствола, объём ствола, средняя ширина ранней и поздней древесины, процент поздней древесины, а также средняя ширина годичного кольца, плотность ранней и поздней древесины, и средняя плотность древесины годичного кольца. На основании полученных значений фенотипического варьирования для вышеобозначенных признаков, была исследована зависимость между ними и генетическим варьированием по результатам RAPD-праймеров.

Оценка генетического разнообразия по сравнительно доступному для измерения фенотипическому признаку (диаметру), была произведена для испытательных лесных культур ели европейской, созданных семенами селекционных категорий «нормальные» и «селекционно-улучшенные» в кв. 48 Карташевского участкового лесничества Гатчинского лесничества Ленинградской области. Выполнялся анализ варьирования биометрических показателей в рамках семей испытательных культур (селекционная категория «улучшенные») и сопоставление показателей варьирования семей с соответствующими показателями контроля, заложенного в таких испытательных культурах (семена

производственного сбора, селекционная категория «нормальные»). В настоящей работе фенотипическое разнообразие оценивается по значению такого показателя варьирования, как стандартное отклонение для диаметра ствола. При этом оценивается как общее варьирование популяции, так и уровень варьирования по диаметру отдельных семей плюсовых деревьев и контроля. Вывод о генетическом разнообразии в настоящей работе делается на основании фенотипического разнообразия (стандартного отклонения), так как агрофон местопроизрастания исследуемых испытательных культуры выровненный.

Положения, выносимые на защиту:

1) Естественные популяции ели на территории Восточно-Европейской Равнины характеризуются различным уровнем генетического разнообразия;

2) Генетическое разнообразие естественных популяций ели, исследуемых в настоящей работе, связано с их географическим местопроизрастанием;

3) Вероятное наличие гетероплазмии в митохондриальном гене Nad 1 в Вепсской популяции ели;

4) Клоновые плантации ели также показывают генетическую изменчивость.

5) Селекционные мероприятия не приводят к сужению генетического разнообразия в испытательных культурах ели, представленных полусибсовым потомством.

Обоснованность и достоверность результатов. Достоверность результатов была обеспечена репрезентативным объёмом выборки для каждой популяции. При работе с гетероплазмией - поигольным выделением ДНК деревьев, у которых была обнаружена гетероплазмия. Также достоверность полученных результатов была обеспечена применением общепринятых методов и специализированных программ для обработки полученных данных.

Апробация. Результаты научных исследований представлены на VIII Московском международном конгрессе «Биотехнология» (Москва, 2015); III международной конференции «Генетика, геномика, биоинформатика и биотехнология растений» (Новосибирск, 2015); международной научно -

практической конференции молодых ученых (Санкт -Петербург, 2015); международной научной конференции, посвященной 80-летию со дня рождения академика Ю.П. Алтухова (1936 - 2006) и 45-летию основания лаборатории популяционной генетики им. Ю.П. Алтухова ИОГен РАН (Москва, 2017).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации данные на 80 % обработаны и проанализированы автором. Автор выделил ДНК и провел лабораторные исследования методом генетического анализа, основанного на ПЦР с RAPD-праймерами, обработал полученные материалы, изложил и обобщил результаты.

Работа в рамках финансируемых НИР. Часть диссертационных работ выполнялись при финансовой поддержке гранта РФФИ № 14-04-01418, научного проекта №2 37.1521.2014/K Минобрнауки РФ, стипендии фонда the Heikki Vaananen Fund Университета Восточной Финляндии, проекта FORBIO (№. 14970) Академии Наук Финляндии.

Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.с.-х.н., профессору А. В. Жигунову, д. б. н., профессору Потокиной Е. К. и д.с.-х.н., профессору Хели Пелтола (Университет Восточной Финляндии) за их помощь в течение процесса написания диссертации.

Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы, включающего 79 наименований, из них 55 на иностранных языках. Текст диссертации изложен на 102 стр., включая 15 таблиц, 15 рисунков и 27 приложений.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Исторический аспект проблемы сокращения генетического разнообразия

Очевидно, что человек существует в тесной связи с окружающим его миром. Эта связь прослеживается в различных религиях, в разнообразных фольклорных произведениях, в традиционных укладах жизни, исследуется в науке. Земледелие, скотоводство, охота и ловля рыбы, обеспечивающие потребность человека в пище, напрямую связаны с миром живой природы. Строительство необходимых для человека объектов (жилища, например) невозможно без изъятия сырья из естественных, природных образований, будь то древесина, камень, или доломит для производства цемента. Вышеприведенные примеры призваны крайне обще, но, тем не менее, достаточно убедительно проиллюстрировать зависимость и обусловленность жизни человека и, соответственно, человечества от окружающего мира.

Деятельность человека по удовлетворению своих потребностей порождала конфликты на различных уровнях: личностном, межличностном, социальном в рамках одного государства и между государствами - все они получили достаточно широкое освещение. Примером этому служит большое количество разнообразных исторических источников, произведений искусства (например, поэзия, живопись и т.д.), религиозных трудов, также содержащих в себе примеры различных конфликтов и способов их избегания и решения [Дестунис (переводчик) и Плутарх, 2017; Игоревский (переводчик) и Цезарь, 2013; Юсим (переводчик) и Макиавелли, 2017]. При этом, лишь сравнительно недавно широкую известность и освещение получил не менее древний конфликт интересов человека и «интересов» окружающей его природы, который в одном из его аспектов был сформулирован как «утрата генетического разнообразия». Данная проблема не существует сама по себе: сегодня она идет в тесной связи с загрязнением окружающей среды и

антропогенным преобразованием ландшафтов [Добровольский, 2008; Лисица, 2013; Cleary и др., 2006; Deng и др., 2007; Eeva и др., 2006; Ma и др., 2000].

Изначально проблема утраты генетического разнообразия не выражалась напрямую, а через осознание проблемы сокращения видового разнообразия. Автор считает, что начало в развитии осознания данной проблемы в том виде, в каком она существует сейчас, было положено докладом «Всемирная охрана природы» натуралиста и путешественника Поля Саразина на VIII Международном зоологическом конгрессе 10 августа 1910 года [Абашидзе и Солнцев, 2006]. В докладе ученый, рассказав об угрозе исчезновения китов при использовании новых технологий по охоте и ускоренной переработке китовых туш, направленных на увеличение денежной прибыли, призвал к немедленному объединению государств для международной охраны природы. В результате на Конгрессе был создан временный Комитет, куда вошли 14 зоологов из стран Европы, Азии и Америки. Данный Комитет в течение трех лет вел организационно-подготовительную работу, результатом которой стала Бернская конференция по международной охране природы. Она состоялась 4-6 ноября 1913 г. В здании Союзного Парламента Швейцарии. В Конференции участвовали представители 17 государств: Швейцария, Франция, Германия, Бельгия, Венгрия, Нидерланды, Австрия, Аргентина, Великобритания, Дания, Испания, Италия, Норвегия, Россия, Португалия, США и Швеция. Россию представляли Иван Парфеньевич Бородин и Григорий Александрович Кожевников. Румыния и Япония от участия в конференции отказались [Абашидзе и Солнцев, 2006]. Основным вопросом, обсуждавшимся на Конференции, было создание постоянной Международной комиссии по охране природы, в предмет ведения которой предлагалось включить следующее: международная охрана флоры и фауны, сохранение биологического разнообразия, охрана исчезающих видов флоры и фауны и международная поддержка устроения природных заповедников. Также предлагалось распространить деятельность Комиссии на охрану ландшафтов и охрану исчезающих человеческих племен, последний пункт был поддержан лишь П. Саразином и Г. А. Кожевниковым.

Первая Мировая Война заглушила многие передовые на тот момент природоохранные планы, однако усилия международного сообщества по созданию межгосударственного органа в сфере охраны окружающей среды не прошли даром. Так, в 1922 г., появился Международный совет по охране птиц, в 1923 г. было учреждено Международное общество по охране зубра, в 1929 г. - Постоянный комитет по охране природы Тихого океана, а в 1935 г. в Брюсселе возникло Международное бюро по охране природы, в задачи которого входило ведение реестра национального природоохранного законодательства и национальных парков и заповедников. Бюро, однако, широкого признания не получило [Абашидзе и Солнцев, 2006].

Таким образом, был дан толчок развитию исследований в данном направлении и международного природоохранного права, что является признанием важности сохранения различных форм жизни на Земле.

В конце 1940-х гг. состоялось два события международного масштаба: 5 октября 1948 г. в Фонтенбло (Франция) прошла Учредительная ассамблея Международного союза охраны природы (МСОП) (англ. UCN, International Union for Conservation of Nature), а 22-29 августа 1949 г. была проведена первая Международная научно-техническая конференция по охране природы (Лейк-Саксесс, г. Нью-Йорк, США). Автор затрудняется дать оценку данным конференциям.

Состоявшаяся в 1972 Стокгольмская конференция лишь косвенным образом повлияла на эволюцию сознания в области проблемы утраты генетического разнообразия. Любопытно, что некоторыми отечественными учеными в эти годы уже осознавалась острота проблемы сохранения генетического разнообразия [Алтухов и Рычков, 1970]. Однако, по мнению Ю. П. Алтухова, данное сознание не было востребовано вплоть до Конференции в Рио-де-Жанейро 1992 года [Алтухов, 2004].

В качестве причин проведения Стокгольмской конференции согласно Цверианашвили (2016), можно выделить следующие: Швеция, Великобритания, США, Канада и ряд других стран создали организации по решению проблем

окружающей среды и внесли изменения в национальные законодательства [Miljöskyddslag, 1969], активизировали международное сотрудничество. Европейские страны, к примеру, были озабочены проблемой кислотных дождей, а Япония была заинтересована в сокращении вредных промышленных выбросов [Ivanova, 2007]. Во-вторых, мировое общественное мнение также требовало проведения подобной конференции, - работы Р. Карсон [Carson и др., 1962] (1907— 1964), М. Николсона [Nicholson, 1970] (1904— 2003) и доклад Римского клуба «Пределы роста» [Meadows, 1972] стали основой движений за экологизацию по всему миру.

Кроме того, не обошлось без политических интриг: представители Советского Союза в ООН выразили решительный протест и недовольство отстранением от участия в конференции ГДР [Kannan, 2012], о чём было публично заявлено. Кроме того, советские дипломаты воздержались от одобрительных комментариев в адрес содержания итоговых документов [Sohn, 1973]

Следующим этапом в развитии осознания проблемы утраты генетического разнообразия считается Конференции в Рио-де-Жанейро 1992 года, которая дала рождение такому документу как «Конвенция о биологическом разнообразии» (КБР) [Конвенция о биологическом разнообразии, 1992]. Автор находит заслуживающим внимания тот факт, что в изначальном определении биоразнообразия, представленного в тексте конвенции, отсутствовало генетическое разнообразие. В дальнейших отчетах по реализации Конвенции (например, в Глобальной перспективе в области разнообразия 3) определение биологического разнообразия уже включает в себя генетическое разнообразие как подвид биологического. К сожалению, отчёты, публикуемые в рамках программы по реализации данной конвенции, затрагивают генетическое разнообразие лишь сельскохозяйственно-значимых видов растений и животных [Глобальная перспектива в области разнообразия 3, 2010; Глобальная перспектива в области разнообразия 4, 2014].

Несмотря на то, что Конференция 1992 года в Рио-де-Жанейро широко признана как прорыв в развитии глобального сознания в области проблем и охраны

природы, доклад под названием «Технологии сохранения биологического разнообразия» [OTA-F-330, 1987; Skr0ppa, 1994], представленный в 1987 конгрессу США, содержит достаточно емкое определение биологического разнообразия и генетического разнообразия как его подуровень, применяемое до сих пор [Mahoney, 2009]. Оно формулируется следующим образом: «Биологическое разнообразие есть многообразие и изменчивость живых организмов и экологических комплексов, в которых они существуют. Разнообразие может быть определено как число различных элементов и их относительная частотность. В случае биоразнообразия, эти элементы организованы на множестве уровней, от сложных экосистем до химических структур, являющихся молекулярной основой наследственности. Таким образом, данный термин заключает в себе различные экосистемы, виды, гены и их относительную распространённость» [OTA-F-330, 1987]. Данное определение также включает в себя способы оценки биологического разнообразия и генетического разнообразия как его подвида.

1.2 Ареал ели на территории Восточно-Европейской равнины и его

формирование

Picea abies (L.) Karst. относится к голосеменным растениям, впервые задокументированным в качестве ископаемых в Верхнем Девоне 350 миллионов лет назад [Biswas и Jorhri, 1997]. Ель европейская является лесообразующей породой еловых древостоев в западной половине европейской части России [Рысин и Савельева, 2002]. Так, Северном районе Российской Федерации еловые леса занимают ~ 50% от площади земель лесного фонда [Лесной фонд, 1999], в то время как в Северо-Западном - ~ 23 % [Лесной фонд, 1999].

Принято считать, что во время ледникового периода ели европейской удалось уцелеть благодаря нескольким рефугиумам (убежищам). Один из таких рефугиумов гипотетически располагался в европейской части России, откуда вслед за отступающим Скандинавским ледниковым щитом, мигрировала так называемая «северная семья» ели европейской [Потокина и др. 2014; Huntley и Birks, 1983; Tollefsrud и др., 2008]. «Южная семья» ели европейской распространилась в центральной Европе из рефугиумов в горах Европы (Альпы, Карпаты и горы Балканского полуострова) [Потокина и др. 2014; Schmidt-Vogt, 1986]. В районе Среднепольской возвышенности наблюдается дизъюнкция ареала [Dering и Lewandowski, 2009].

Северная граница ареала ели европейской начинается от Французских Альп, пересекает Среднегерманскую возвышенность, проходит по Скандинавии и Кольскому полуострову, и спускается к Уральским горам. Южная граница находится севернее Аппенинского полуострова и Адриатического побережья, вдаваясь к югу на Балканский полуостров, после чего направляется через Карпаты, Полесье и Восточно-Европейскую равнину вдоль северной границы Черноземья к Уральским горам [Каппер, 1954; Правдин, 1975].

Помимо ели европейской, в северных и восточных областях, вплоть до Восточной Сибири включительно, ель европейскую замещает ель сибирская (Picea

obovata Ledeb.) [Рысин и Савельева, 2002] Согласно Л.Ф. Правдину (1975), западная граница ареала ели сибирской проходит к востоку от р. Цильмы (Архангельская область) через верховья р. Выми (Республика Коми) и р. Кеми (Пермская область) до устья р. Белой (Башкортостан) [Рысин и Савельева, 2002]. Восточную границу P. abies трудно определить точно из-за широкой зоны интрогрессивной гибридизации с P. obovata [Попов, 2005].

Также некоторые исследователи выделяют промежуточную разновидность между елью европейской и елью сибирской следует рассматривать как еще один вид - ель финскую (Picea х fennica (Regel) Korn.) [Рысин и Савельева, 2002]. Так, например, ель в природном парке Вепсский лес (Ленинградская область) определена как гибрид ели европейской и ели сибирской - ель финская [Федорчук и др., 1998].

В результате миграции и эволюции ели привели к образованию выраженных различий между популяциями, используемыми в хозяйственной деятельности. Так, популяции, произрастающие в холодных регионах, проявляют тенденции более медленному росту, начиная рост раньше весной и заканчивая рост раньше осенью. Также популяции из более холодных регионов имеют тенденцию к более узким кронам и более плоским ветвям [Morgenstern, 1996].

Рисунок 1.1 Ареал ели [Tollefsrud и др., 2008] с дизъюнкцией (красная линия) в районе Среднепольской возвышенности. I - Альпийская, II - Герцинско-Карпатская, III - Северо-Балтийская области [Правдин, 1975; Rubner, 1960; Schmidt-Vogt, 1986].

Рисунок 1.2 Послеледниковая миграция ели европейской в Европе [SchmidtVogt, 1986].

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1 Объекты исследования

Для исследования генетического разнообразия молекулярно -генетическими методами, были отобраны образцы генетического материала у восьми естественно произрастающих популяций ели, одной популяции, представленной клоновым потомством, полученным в результате контролируемого скрещивания. Географическое расположение популяций представлено в Таблице 2.1 и на Рисунок 2.1.

Таблица 2.1

Исследуемые популяции и их географические координаты

Популяции Сокращённое название Координаты

Северная широта Восточная долгота

Жямайтийский национальный парк (Литва) Лит. 56°1'31.92" 21°52'7.17"

Беловежская пуща (Белоруссия) Бел. 52°26'55.46" 24°0'19.35"

Иматра (Финляндия) Фин. 61°8'15.68" 28°48'43.59"

Валдайский национальный парк Валд. 58°9'17.00" 33°6'50.00"

Вепсский лес (Ленинградская область) Вепсс. 60°20'57.70" 34°57'9.13"

Шелекса (Архангельская Область) Арх. 2 62°53'35.24" 40°17'31.88"

Малые Корелы (Архангельская Область) Арх. 1 64°27'16.19" 40°56'34.00"

Морово (Республика Коми) Коми 61°31'0.00" 50°37'36"

Надым (Ямало-Ненецкий Автономный Округ) ЯНАО 65°32'0.00" 72°31'0.00"

Рисунок 2.1.1. Расположение исследуемых популяций ели.

Рисунок 2.1.2 Местоположение клоновой лесосеменной плантации ели европейской (Иматра); границы плантации обозначены красными линиями.

Рисунок 2.1.3 Испытательные культуры ели европейской в 48-м квартале Карташевского участкового лесничества Гатчинского лесничества Ленинградской области; границы культур обозначены красными линиями.

2.2 Методика сбора образцов для генетического анализа

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Левкоев Эйно Алексеевич, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абашидзе А.Х., Солнцев А.М. Первая международная экологическая конференция - Конференция по международной охране природы (Берн, 1913 г.) // Экологическое право, 2006. № 4. С. 2—4.

2. Алтухов Ю. П. Динамика генофондов при антропогенных воздействиях // Вестник ВОГиС. 2004. Т. 8. № 2. С. 40-59.

3. Алтухов Ю.П., Рычков Ю.Г. Популяционные системы и их структурные компоненты. Генетическая стабильность и изменчивость // Журн. общ. биологии. 1970. Т. 31. С. 507—526.

4. Бондаренко А. С., Жигунов А. В., Левкоев Э. А. Влияние селекционных мероприятий на фенотипическое и генетическое разнообразие семенного потомства плюсовых деревьев ели европейской и сосны обыкновенной // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2016. Вып. 216. С. 6—17.

5. Глобальная перспектива в области биоразнообразия 3 [электронный ресурс] // Конвенция о биологическом разнообразии. 2010. URL: http://www.cbd.int/doc/publications/gbo/gbo3-final-ru.pdf

6. Глобальная перспектива в области биоразнообразия 4 [электронный ресурс] // Конвенция о биологическом разнообразии. 2014. URL: https://www.cbd.int/gbo/gbo4/publication/gbo4-ru-hr.pdf

7. Добровольский Г. В. Деградация почв - угроза глобального экологического кризиса // Век глобализации. 2008. №2. С. 54-65.

8. Дестунис С.Ю. (переводчик), Плутарх. Сравнительные жизнеописания // М.: Эксмо. 2017. 704 с.

9. Злотина М. М., Киселёва А. А., Потокина Е. К. Использование Аллель -специфичных VRN и PPD для экспресс-диагностики фотопериодической чувствительности и потребности в яровизации мягкой пшеницы и ячменя (методические указания) // СПб.: Копи-Р Групп. 2012. 32 с.

10. Игоревский Л. А. (переводчик), Цезарь Г. Ю. Записки о Галльской войне // М.: Центрполиграф. 2013. 285 с.

11. Каппер О. Г. Хвойные породы // М.-Л.: Гослесбумиздат, 1954. 304 с.

12. Конвенция о биологическом разнообразии (Рио-де-Жанейро, 5 июня 1992 г.) // Собрание законодательства Российской Федерации - 6 мая 1996 г. - №19

- Ст. 2254.

13. Лебедева М. В., Левкоев Э. А., Волков В. А., Фетисова А. А., Навалихин С. В., Шабунин Д. А., Данилов Ю. И., Жигунов А. В., Потокина Е. К. Опыт восстановления утерянных селекционных достижений Populus х leningradensis Bogd. и Populus х newensis Bogd. на основе микросателлитного анализа // Генетика. 2016. Т. 52. №10. С. 1159—1168.

14. Лесной фонд России // М.: ВНИИЦлесресурс. 1999. 649 с.

15. Лисица, Ф. Д. Творческое наследие Г. Ф. Морозова и решение задач современного лесного хозяйства / Ф. Д. Лисица, В. Ф. Побирушко // Леса Евразии

- Белорусское Поозерье: материалы XII Междунар. конф. молод. учен., посв. 145 -летию со дня рожд. проф. Г.Ф. Морозова, Москва-Браслав, 30 сент.-6 окт. 2012 г. / МГУЛ ; редкол.: В.И. Запруднов [и др.]. М. : ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2013. С. 14—16.

16. Юсим М. (переводчик), Макиавелли Н. Государь // М.: Азбука. 2017.

509 с.

17. Политов Д. Требуется изучение геномов лесных древесных растений // Лесная Россия. 2008. № 1. С 14—17.

18. Попов П. П. Ель европейская и сибирская: структура, интерградация и дифференциация популяционных систем // Новосибирск: Наука. 2005. 231 с.

19. Потокина Е. К., Киселева А. А., Николаева М.А., Иванов С.А., Ульянич П.С., Потокин А.Ф. Использование маркеров органельной ДНК для анализа филогеографии восточноевропейской популяции ели европейской Picea abies (L.) H. Karst. // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2014. Т 18. № 4/1. С. 818— 830.

20. Правдин Л.Ф. Ель европейская и ель сибирская в СССР // М.: Наука. 1975. 176 с.

21. Рысин Л.П., Савельева Л.И. Еловые леса России // М.: Наука. 2002. 335

с.

22. Сёмкин Б. И. Общие принципы введения мер различия, сходства и разнообразия в биоценологии // Принципы и методы экспериментального изучения растительных сообществ. Л.: Наука, 1972. С. 12—16.

23. Федорчук В.Н., Кузнецова М.Л., Андреева А.А., Моисеев Д.В. Резерват «Вепсский лес» // СПб.: Изд.-во С.- Петерб. науч.-исслед. ин-т лесного хоз-ва(СПбНИИЛХ). 1998. 207 с.

24. Цверианашвили И. А. Стокгольмская конференция 1972 г. и её роль в становлении международного экологического сотрудничества // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2016. № 1. С. 89—94.

25. Bergsten U., Lindeberg J., Rindby A., Evans R. Batch measurements of wood density on intact or prepared drill cores using x-ray microdensitometry // Wood Science and Technology. 2001. V. 35. P. 435—452.

26. Biswas C., Johri B. M. The gymnosperms // New Delhi: Narosa Publishing House. 1997. 494 p.

27. Bousquet J., Simon L., Lalonde M. DNA amplification from vegetative and sexual tissues of trees using polymerase chain reaction // The Canadian Journal of Forest Research. 1990. V. 20. P. 254—257.

28. Bray J.R. A study of mutual occurrence of plant species // Ecology. 1956. V. 37. № 1. P. 21—28.

29. Carson R., Darling L., Darling L. Silent spring. Boston: Houghton Mifflin; Cambridge, Mass.: Riverside Press. 1962. 368 p.

30. Cleary D. F. R., Fauvelot C., Genner M. J., Menken S. B. j., Mooers A. 0. Parallel responses of species and genetic diversity to El Nino Southern Oscillation-induced environmental destruction // Ecology Letters. 2006. V. 9. P. 304—310.

31. Deng J., Liao B., Ye M., Deng D., Lan C., Shu W. The effects of heavy metal pollution on genetic diversity in zinc/cadmium hyperaccumulator Sedum alfredii populations // Plant and soil. 2007. V 297. I. 1-2. P. 83-92.

32. Dering M., Lewandowski A. Finding the meeting zone: Where have the northern and southern ranges of Norway spruce overlapped? // Forest Ecology and Management. 2009. V. 259. P. 229—235.

33. Dice L. R. Measures of the amount of ecological association between species // Ecology. 1945. V. 26. № 3. P. 297—302.

34. Eeva T., Belskii E., Kuranov B. Environmental pollution affects genetic diversity in wild bird populations // Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 2006. V. 608. I. 1. P. 8—15.

35. Frankel O. H., Brown A. H. D., Burdon J. J. The conservation of plant biodiversity // Cambridge: Cambridge University Press. 1995. 299 p.

36. Gregorius H. R. The probability of losing an allele when diploid genotypes are sampled // Biometrics. 1980. № 36. P 643—652.

37. Gugerli F., Sperisen C., Büchler U. et al. Haplotype variation in a mitochondrial tandem repeat of Norway spruce (Picea abies) populations suggests a serious founder effect during postglacial re-colonization of the western Alps // Molecular Ecology. 2001. V. 10. P. 1255—1263.

38. Hannrup B., Cahalan C., Chantre G., Grabner M., Karlsson B., Le Bayon I., Jones G. L., Müller U., Pereira H., Rodrigues J. C., Rosner S., Rozenberg P., Wilhelmsson L., Wimmer R. Genetic parameters of growth and wood quality traits in Picea abies // Scandinavian Journal of Forest Research. 2004. V. 19. P. 14—29.

39. Huntley B., Birks H. J. B. An atlas of past and present pollen maps for Europe: 0-13000 years ago // Cambrige University press. 1983. 650 p.

40. Ivanova M. Moving forward by looking back: Learning from UNEP's History // International Environmental Agreements: Politics, Economics and Law. 2007. V. 7. P. 26—47.

41. Jacquin P., Longuetaud F., Leban J.-M., Mothe F. X-ray microdensitometry of wood: a review of existing principles and devices // 2017. Dendrochronologia. V. 42. P. 42—50.

42. Johnson R., Clair J. B. St., Lipow S. R. Genetic conservation in applied tree breeding programs // Proceedings ITTO conference on in situ and ex situ conservation of commercial tropical trees. 2001. P. 215—230

43. Google Maps // Royal Roads University. 2018.

44. Kahle D., Wickham H. ggmap: Spatial Visualization with ggplot2 // The R Journal. 2013. V. 5(1). P. 144—161.

45. Kang H. Designing a tree breeding system // Proceedings seventeenth meeting Canadian Tree Improvement Association. 1979. P 51—66.

46. Kannan A. Global environmental governance and desertification: a study of Gulf Cooperation Council countries. New Delhi: Concept Pub. Co. 2012. 410 p.

47. Laasasenaho J. Taper curve and volume functions for pine, spruce and birch // Communicationes Instituti Forestalis Fenniae. 1982. V. 108. P. 11—108.

48. Levkoev E., Kilpelainen A., Luostarinen K., Pulkkinen P., Mehtatalo L., Ikonen V-P., Jaatinen R., Zhigunov A., Kangas J., Peltola H. Differences in growth and wood density in clones and provenance hybrid clones of Norway spruce // The Canadian Journal of Forest Research. 2017. №47. P. 389—399.

49. Levkoev E., Mehtatalo L., Luostarinen K., Pulkkinen P., Zhigunov A., Peltola H. Development of height growth and frost hardiness for one-year-old Norway spruce seedlings in greenhouse conditions in response to elevated temperature and atmospheric CO2 concentration // Silva Fennica. 2018. V. 52 № 3. 15 p.

50. Lipow S. R., Johnson R., Clair J. B. St., Jayawickrama K. J. The role of tree improvement programs for ex situ gene conservation of coastal Douglas-fir in the Pacific Northwest // Forest genetics. 2003. V. 10. № 2. P. 111—120.

51. Litt M. and Luty J. A. A hypervariable microsatellite revealed by in vitro amplification of a dinucleotide repeat within the cardiac muscle actin gene // 1989. American Journal of Human Genetics. V. 44. P. 397—401.

52. Ma X. L., Cowles D. L., Carter R. L. Effect of pollution on genetic diversity in the bay mussel Mytilus galloprovincialis and the acorn barnacle Balanus glandula // Marine Environmental Research. 2000. V. 50. I. 1-5. P. 559—563.

53. Mahoney C. L., Springer D. A. (Editors). Genetic Diversity // New York: Nova Science Publishers, Inc. 2009. 304 p.

54. Meadows D.H. The Limits to growth; a report for the Club of Rome's project on the predicament of mankind. New York: Universe Books. 1972. 205 p.

55. Miljöskyddslag (1969:387) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.riksdagen.se/ sv/Dokument-Lagar/Lagar/Svenskforfattningssamling/ Miljoskyddslag-19693 87_sfs-1969-387/

56. Morgenstern E.K. Geographic Variation in Forest Trees // UBC Press, Vancouver, BC. 1996. 209 p.

57. Murtagh F. Complexities of Hierarchic Clustering Algorithms: the state of the art // Computational Statistics Quarterly. 1984. V. 1. P. 101—113.

58. Namkoong G. and Roberts J. H. Short-term loss of neutral alleles in small population breeding // Silvae Genetica. 1982. № 31. P. 1—6.

59. Nicholson M. The environmental revolution: a guide for the new masters of the world. New York: McGraw-Hill. 1970. 366 p.

60. Perrier X., Jacquemoud-Collet J. P. DARwin software. 2006. URL: http://darwin.cirad.fr/ (дата обращения: 9.10.2018)

61. Pfeiffer A., Olivieri A., Morgante M. Identification and characterization of microsatellites in Norway spruce (Picea abies K.) // Genome. 1997. V. 40. P. 411—419.

62. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing // R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. 2018.

63. Rubner K. Die Pflanzengeographischen Grundeslage des Waldbaues // Berlin: Neumann Verlag. 1960. 620 s.

64. Schmidt-Vogt H. Die Fichte, Band II/1, Wachstum-Züchtung-BodenUmwelt-Holz // Berlin: Paul Paray Verlag Hamburg. 1986. 1170 p.

65. Skroppa T. Impacts of tree improvement on genetic structure and diversity of planted forests // Silva Fennica. 1994. V. 28. № 2. P. 265—274.

66. Sohn L. B. The Stockholm Declaration on the Human Environment // The Harvard International Law Journal. 1973. V. 14. P. 423—515.

67. Sokal R., and Michener C. A statistical method for evaluating systematic relationships // University of Kansas Science Bulletin. 1958. V. 38. P 1409—1438.

68. South A. rworldmap: A New R package for Mapping Global Data // The R Journal. 2011. V. 3(1). P. 35—43.

69. Sórensen T. A method of establishing groups of equal amplitude in plant sociology based on similarity of species content // Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. Biol. krifter. Bd V. № 4. 1948. P. 1—34.

70. Tollefsrud M. M., Kissling R., Gugerli F., Johnsen 0., Skreppa T., Cheddadi R., Van Der Knaap W. O., Latalowa M., Terhürne-Berson R., Litt T., Geburek T., Brochmann C., Sperisen C. Genetic consequences of glacial survival and postglacial colonization in Norway spruce: combined analysis of mitochondrial DNA and fossil pollen // Molecular Ecology. 2008. V. 17. P. 4134—4150

71. 0TA-F-330. U. S. Congress, Office of Technology Assessments. Technologies to maintain biological Diversity // US Government Printing Office. 1987. 328 p.

72. Vázquez-Domínguez E., Casamayor EO., Catalá P., Lebaron P. Different marine heterotrophic nanoflagellates affect differentially the composition of enriched bacterial communities // Microbial Ecology. 2005. V. 49. P. 474—485.

73. Weber J. L. and May P. Abundant class of human DNA polymorphisms which can be typed using the polymerase chain reaction // American Journal of Human Genetics. 1989. V. 44. P. 388—396.

74. Welsh J. and McClellend M. Fingerprinting genomes using PCR with arbitrary primers // Nucleic Acids Research. 1990. V. 18. P. 7213—7218.

75. White T. L., Adams W. T., Neale D. B. Forest genetics // UK: Nova Science Publishers, Inc. 2007. 896 p.

76. Wickham H. ggplot2: elegant graphics for data analysis // Springer-Verlag.: New York. 2009.

77. Williams J. G. K., Kubelik A. R., Livak I., Rafalski J. A., Tingey S.V. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers // Nucleic Acids Research. 1990. V. 18. P. 6531—6535.

78. Zubizarreta Gerendiain A., Peltola H., Pulkkinen P., Jaatinen R., Pappinen A., Kellomaki S. Differences in growth and wood property traits in cloned Norway spruce (Picea abies) // Canadian Journal of Forest Research. 2007. V. 37. №2. 12. P. 2600—2611.

79. Zubizarreta Gerendiain A. Effects of genetic entry and spacing on growth and wood properties in Norway spruce // Dissertationes Forestales. 2009. V. 86. 41 p.

76

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Малые Корелы (Архангельская Область) для праймера ОРА-

19.

Приложение 2. Малые Корелы (Архангельская Область) -1, Беловежская пуща (Белоруссия) 2-29 для праймера ОРА-19.

Приложение 3. Беловежская пуща (Белоруссия) - 1-2, Надым (Ямало-Ненецкий Автономный Округ) 4-33 для праймера ОРА-19.

Приложение 4. Шелекса (Архангельская Область) для праймера ОРА-19.

Приложение 5. Шелекса (Архангельская Область) для праймера ОРА-19 - 30, Шелекса (Архангельская Область) для праймера ОРБ-14 - 3-30.

Приложение 6. Шелекса (Архангельская Область) для праймера ОРБ-14 - 12, Шелекса (Архангельская Область) для праймера ОРК-ОЗ - 3-30.

Приложение 7. Малые Корелы (Архангельская Область) для праймера ОРБ-

14

Приложение 8. Малые Корелы (Архангельская Область) - 1, Беловежская пуща (Белоруссия) для праймера ОРБ-14 - 3-30.

Приложение 9. Беловежская пуща (Белоруссия) для праймера ОРК-03 - 1-2, Надым (Ямало-Ненецкий Автономный Округ) для праймера ОРБ-14 - 4-30.

Приложение 10. Малые Корелы (Архангельская Область) для праймера ОРК-

03.

Приложение 11. Малые Корелы (Архангельская Область) - 1-2, Беловежская пуща (Белоруссия) - 4-30 для праймера ОРК-03.

Приложение 12. Беловежская пуща (Белоруссия) - 1-2, Надым (Ямало-Ненецкий Автономный Округ) для праймера ОРК-03 - 4-30.

— M * — — 1 —

— — и 1 — -г i — —■ -р- — -

- —■ I M — — « % —

3 - - \ ■J щ. — 1 • • - — -- m —

_ _ - — — - — —

Приложение 13. Валдайский национальный парк для праймера OPA-19.

Приложение 14. Валдайский национальный парк - 1, Вепсский лес для праймера ОРА-19 - 3-30.

Приложение 15. Вепсский лес - 1-3, Жямайтийский национальный парк (Литва) для праймера ОРА-19 - 5-26.

Приложение 16. Валдайский национальный парк для праймера OPD-14

Приложение 17. Валдайский национальный парк - 1, Вепсский лес для праймера ОРБ-14 - 3-30.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1

- 1 2 3 1 * а 1 4 1 1 к • 3 1 1 1 1

—* — — - —. 1 — — -— —

н - ■

а- • ¡5-

— —

- I ;г «« в»

1 1

3 3 3 3

— о —■ М ОС

• 5 ю

Приложение 18. Вепсский лес - 1-2, Жямайтийский национальный парк (Литва) для праймера ОРБ-14 - 4-23.

и ш ш • V и. * « • » т ■ ш • п • • « 0 - 1«

- — ■ — — — — — — — — — — — — —

— — = — _ — — * _ = — — — — — — — — — = — — —

Приложение 19. Валдайский национальный парк для праймера ОРК-03.

Приложение 20. Валдайский национальный парк - 1, Вепсский лес для праймера ОРК-03 - 3-30.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

16 1 2 3 М 4 II - 6 7 8 9 10 11 3 12 3 13 14 2

1

_ — - — г ^

т = Т--2-В-

15 1

15 17 18 18 I К! [ 30 0

Приложение 21. Вепсский лес - 1-2, Жямайтийский национальный парк (Литва) -для ОРК-03 - 4-25.

Приложение 22. Морово (Республика Коми) для праймера ОРА-19.

1 - • • • »

— 1 9 1 I ■ ' - I _ —- --- — _ ; •

— — — - ♦ - - - ^ — — - —" — - - — - - — —

— - " - — — -

Приложение 23. Морово (Республика Коми) для праймера ОРБ-14.

Приложение 24. Морово (Республика Коми) для праймера ОРК-03.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

V ю; Y45 /4Е 5 -

/ Л /з: 2 \ 43 Л Л Л S

/ \ Л > \ / \

/ S \ к / \ \ / / \ L. / / \

— — = — г» — — _ \ — — - —

— — — гг — — — — — -- —

- - -- — — ——т — — — —

Приложение 25. Иматра (Финляндия) для праймера OPA-19.

Приложение 26. Иматра (Финляндия) для праймера OPD-14.

Приложение 27. Иматра (Финляндия) для праймера OPK-03.