Instytut Badawczy Leœnictwa
ul. Bitwy Warszawskiej 1920 Roku nr 3, 00-973 Warszawa, e-mail: IBL@ibles.waw.pl
Instytut Badawczy Leœnictwa
ul. Bitwy Warszawskiej 1920 Roku nr 3, 00-973 Warszawa, e-mail: IBL@ibles.waw.pl
PP
rr
zz
ee
cc
zz
yy
ttaa
jj,,
ww
yy
kk
oo
rr
zz
yy
ss
ttaa
jj,,
zz
aa
cc
hh
oo
ww
aa
jj
4(
64
)/2
00
4(
XI
I)
4(
64
)/2
00
4(
XI
I)
N
o
ta
tn
ik
N
a
u
k
o
w
y
I n s t y t u t u B a d a w c z e g o L e œ n i c t w a I n s t y t u t u B a d a w c z e g o L e œ n i c t w a IS SN 15 09 –7 44 7 IS SN 15 09 –7 44 7Badanie zró¿nicowania genetycznego
u sosny zwyczajnej za pomoc¹
markerów genetycznych (RAPD)
Badanie zró¿nicowania genetycznego
u sosny zwyczajnej za pomoc¹
markerów genetycznych (RAPD)
Justyna Nowakowska
Instytut Badawczy Leœnictwa, Zak³ad Genetyki i Fizjologii Drzew Leœnych
e-mail: j.nowakowska@ibles.waw.pl
Zró¿nicowanie genetyczne populacji drzew leœnych jest podstawowym czyn-nikiem utrzymania równowagi ekologicznej, m.in. poprzez zachowanie podstawowej puli genowej, warunkuj¹cej stabilnoœæ gatunku w przyrodzie. Identyfikacja organizmów lub ich populacji jest mo¿liwa dziêki ró¿nicom w budowie kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA). Zró¿nicowanie to, ina-czej polimorfizm DNA, jest charakterystyczne zarówno dla grup populacji (zmiennoœæ miêdzypopulacyjna), jak i dla pojedynczych populacji (zmienn-oœæ wewn¹trzpopulacyjna).
Ustalenie to¿samoœci genetycznej materia³u biologicznego i okreœlenie jego genetycznego pochodzenia, czyli filogenezy, opiera siê na badaniu markerów genetycznych. S¹ to fragmenty DNA lub RNA, które identyfikuj¹ ró¿nice w budowie genomu miêdzy organizmami. Obecnie rozpoznano wiele ró¿nych markerów DNA, które umo¿liwiaj¹ badanie kodu genetycznego w DNA j¹drowym, mitochondrialnym i chloroplastowym. Dziêki temu markery mo-lekularne znajduj¹ szerokie zastosowanie w identyfikacji ró¿nic genetycz-nych miêdzy drzewami oraz miêdzy drzewostanami. Precyzyjn¹ detekcjê polimorfizmu w ca³ym genomie umo¿liwia technika oparta na ³añcuchowej reakcji polimerazy (PCR), która polega na losowym powieleniu wybranych fragmentów DNA , (z ang. randomly amplified polymorphic DNA – RAPD). Czu³oœæ tej metody jest bardzo wysoka i teoretycznie pozwala na wielokrotne powielenie jednej cz¹steczki DNA obecnej w ekstrakcie. Powielane
frag-1
menty DNA s¹ nastêpnie identyfikowane poprzez elektroforezê , podczas której nastêpuje rozdzia³ fragmentów DNA wed³ug ich wielkoœci i masy cz¹steczkowej. W Zak³adzie Genetyki i Fizjologii Drzew Leœnych
zakoñ-czono aktualnie badania 30 pochodzeñ sosny zwyczajnej z ró¿nych mikroregionów nasiennych z u¿yciem metody RAPD, okreœlaj¹c stopieñ zró¿nicowania genetycznego ka¿dego z badanych pochodzeñ. Zilustrowany przyk³ad dotyczy wyników analiz RAPD pochodzenia Smolarz (ryc. 1). Uzyskany na podstawie rozdzia³u elektroforetycznego dendrogram podobieñstwa gene-tycznego miêdzy drzewami tego pochodzenia wskazuje, ¿e kszta³tuje siê ono na poziomie 80-100%. Podobny stopieñ podobieñstwa drzew jest m.in. w pochodzeniach Supraœl, Bytów, Wej-herowo, Syców i Nowogród. Oznacza to, ¿e populacje te posiadaj¹ doœæ jednorodn¹ strukturê genow¹ pod wzglêdem zastosowanych markerów RAPD. Pochodzenia sosny najbardziej zró¿-nicowane pod wzglêdem stosowanych markerów RAPD to m.in. Nowe Ramuki, Janów Lub., Kozienice, Gubin i Miêdzyzdroje. Analiza stopnia pokrewieñstwa miêdzy pochodzeniami sosny zwyczajnej z ró¿nych mikroregionów nasiennych w Polsce wskazuje na wystêpowanie trzech g³ównych grup pochodzeñ zbli¿onych genetycznie (ryc. 2 i 3). Dendrogram dystansów gene-tycznych wskazuje na wyró¿nienie takich grup jak: 1) grupa populacji Kluczbork – Józefów; 2) grupa Spa³a – Lipka oraz 3) grupa Boles³awiec – Krucz. Pochodzenie Bia³owie¿a oddziela naj-wiêkszy dystans genetyczny od pozosta³ych populacji, co wskazywa³oby na odrêbn¹ filogenezê tego pochodzenia oraz na najmniejsz¹ ingerencjê cz³owieka w sk³ad gatunkowy Puszczy w prze-sz³oœci. Wymienione grupy pochodzeñ zbli¿onych genetycznie s¹ zlokalizowane w Polsce w sposób rozproszony (ryc. 3). Jedynie w po³udniowej czêœci kraju dominuj¹ cztery pochodzenia sosny z pierwszej grupy (Kluczbork, Niepo³omice, Janów Lubelski i Józe-fów), a w regionie pó³nocno-zachodnim pochodzenia z drugiej grupy filogenetycznej (Smolarz, Goleniów, Miê-dzyzdroje, NiedŸwiady, Bytów, Woziwoda i Wejherowo).
Odleg³oœci genetyczne (podobieñstwo, w %)
Ryc. 1: Rozdzia³ elektroforetyczny fragmentów DNA dla populacji sosny, pochodzenie Smolarz (Nadl. Smolarz, leœnictwo Zagórze,
oddzia³ 268-b, c, g) przy u¿yciu metody RAPD: M – wyznacznik wielkoœci fragmentów,
1-13 – drzewa wybrane losowo w drzewostanie, 995-996 – drzewa doborowe.
Ryc. 2. Dendrogram odleg³oœci genetycznej 30 badanych pochodzeñ sosny zwyczajnej na podstawie analizy skupieñ (UPGMA).
Analiza zmiennoœci genetycznej sosny zwyczajnej z ró¿nych mikroregionów matecznych za pomoc¹ markerów RAPD potwierdzi³a s³usznoœæ przyjêtego w Polsce podzia³u na bazy na-sienne. Mog¹ byæ one stosowane równie¿ do wyznaczania regionalizacji nasiennej zasobów genowych.
Ogólnie mo¿na przyj¹æ, ¿e populacje o wysokim stopniu zró¿nicowania genetycznego s¹ bar-dziej odporne na takie czynniki œrodowiskowe jak gradacje szkodliwych owadów, choroby (wy-wo³ane przez grzyby, bakterie i wirusy) oraz anomalie klimatyczne (stres termiczny, susza itp.). Mar-kery genetyczne mog¹ mieæ równie¿ zastosowanie w diagnostyce czynników chorobotwórczych roœlin, czyli w wykrywaniu obecnoœci patogenów (bakterii, wirusów, grzybów) przed pojawieniem siê makroskopowych symptomów chorobowych. Ponadto, mog¹ byæ wykorzystane do oceny mate-ria³u rozmno¿eniowego, m.in. w identyfikacji Ÿród³a pochodzenia nasion. Ocena zmiennoœci gene-tycznej gatunków drzew leœnych na podstawie analiz DNA mo¿e mieæ równie¿ szerokie
zastosowa-Kluczbork 654 Mi³om³yn 106 Bolewice 306 Niepo³omice 607 £ochów 403 Gubin 307 Supraœl 207 Janów Lub. 606 Józefów 606 Spa³a 601 Nowogród 401 Wyszków 402 Syców 501 Goleniów 101 NiedŸwiady 302 Bytów 105 Miêdzyrzec 404 Smolarz 104 Woziwoda 305 Wejherowo 108 Miêdzyzdroje 107 Strzelce 405 Nowe Ramuki 205 Lipka 303 Boles³awiec 504 Augustów 204 Kozienice 602 Strza³owo 206 Krucz 352 Bia³owieza 208 0,045 Pochodzenie Microregion nasienny 0,037 0,029 0,023 0,017 0,008 0
nie w regionalizacji nasiennej zasobów genowych nie tylko sosny. Dziêki markerom DNA w najbli¿szej przysz³oœci bêdzie mo¿na rozró¿niæ krzy¿ówki np. dêbu szypu³kowego i bezszypu³-kowego, czy modrzewia europejskiego i japoñskiego.
Wiêcej szczegó³ów dotycz¹cych wyników badañ nad zmiennoœci¹ genetyczn¹ sosny zwy-czajnej mo¿na znaleŸæ w: Nowakowska J. 2003. Zró¿nicowanie genetyczne wybranych popu-lacji sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) na podstawie analiz RAPD. Sylwan 11: 26-37.
––––––––––––––––––––––
1 Na³adowane ujemnie cz¹steczki DNA umieszczone s¹ w ¿elu i poddane migracji w w polu elektrycznym.
Szybkoœæ ich ruchu zale¿y od d³ugoœci fragmentów badanych kwasów nukleinowych, widocznych po naœwietleniu ¿elu promieniami UV.
Ryc. 3. Mapa zró¿nicowania genetycznego badanych pochodzeñ sosny zwyczajnej wed³ug stopnia pokrewieñstwa UPGMA i podzia³u na mikroregiony nasienne
granice makroregionów nasiennych
108 405 654 352 101 107 105 305 303 302 104 306 307 504 501 607 Jan Joz 208 207 205 402 403 602 LEGENDA: grupa 1 grupa 2 grupa 3 Puszcza Bia³owieska
