efektywna liczba alleli na locus (N E )

Genetyczne podłoże
mechanizmów zdolności
adaptacyjnych drzew leśnych
dr Małgorzata Sułkowska
Zakład Hodowli i Genetyki Drzew Leśnych
Instytut Badawczy Leśnictwa
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Podstawowym czynnikiem decydującym o
przystosowaniach do danych warunków środowiska
jest różnorodność genetyczna, która jest
determinowana zmiennością genomów osobników i
zmieniającym ich funkcjonowanie wpływem
środowiska.
Obecnie, ze względu na tempo zmian zachodzących
w środowisku istnieją obawy, co do skuteczności
naturalnych procesów adaptacyjnych populacji.
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Podstawy teoretyczne
Zmienność genetyczna (genotypowa) - występowanie
różnych wariantów genu, rozwiązań genetycznych dla
tej samej cechy. Zjawisko polegające na możliwości
fenotypowego różnicowania się tych samych
genotypów nosi nazwę plastyczności fenotypowej.
Różnorodność genetyczna - potencjał genetyczny,
inaczej zdolność populacji do wytwarzania osobników
posiadających różne genotypy.
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Podstawy teoretyczne
Najbardziej przydatnym parametrem wykorzystywanym do celów
oceny zróżnicowania genetycznego obiektów wydaje się bogactwo
genetyczne (HE) i markery zmienności i zróżnicowania genetycznego,
charakteryzujące się wysokim polimorfizmem (Mellick et al. 2013)
takie, jak:
•
•
markery mikrosatelitarne,
sekwencje zmienności pojedynczych nukleotydów.
Wymiernym wskaźnikiem spadku możliwości adaptacyjnych
osobników, który może prowadzić do wyginięcia populacji jest
efektywna liczba alleli na locus (NE).
Mellick, R.; Rossetto, M.; Allen, C.; Wilson, P.D.; Hill, R.S.; Lowe, A. 2013. Intraspecific
divergence associated with a biogeographic barrier and climatic models show future threats
and long-term decline of a rainforest conifer. The Open Conservation. Biology Journal, 7: 1–10.
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Podstawy teoretyczne
Pierwotnym źródłem zmienności genetycznej
organizmów są przede wszystkim mutacje, czyli błędy w
odtwarzaniu informacji genetycznej.
Mogą być one punktowe tj. dotyczące pojedynczych
genów, lub chromosomowe obejmujące rekombinacje
fragmentów DNA.
Dzięki takim zjawiskom, każdy organizm powstały na
drodze rozmnażania płciowego jest niepowtarzalny.
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Podstawy teoretyczne
W wielu przypadkach, intensywny przepływ genów
u drzew przeciwdziała utracie zmienności
genetycznej spodziewanej na skutek działania
dryfu genetycznego i wzrostu wsobności,
charakterystycznych dla małych, izolowanych
populacji (Kramer et al. 2008, Bacles i Jump 2011).
Bacles C. F. E., Jump A. S. 2011. Taking a tree’s perspective on forest fragmentation genetics.
Trends Plant Sci. 16, 13–18.
Kramer A. T., Ison J. L., Ashley M. V., Howe H. F. 2008. The paradox of forest fragmentation
genetics.Conserv. Biol. 22, 878–885.
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Wyniki analiz dr Iwony Szyp-Borowskiej – projekt BLP-364
Na powierzchni doświadczalnej z roku 1965 w Wyszkowie, do
badań wytypowano dwie najlepiej przyrastające populacje świerka
pospolitego (Mestwinowo i Kartuzy) i dwie najgorzej (Augustów i
Górowo Iławieckie). Z populacji wybrano po 48 drzew.
Przygotowanie próbek do bezpośredniej reakcji PCR wykonano za
pomocą zestawu Phire ® Plant PCR Kit. Wykorzystano następujące
markery mikrosatelitarnych loci jądrowych : SpAG -D1, SpA- G2,
SpAG - C1 i SpAC1 - H8.
Scharakteryzowano między innymi takie parametry zmienności
genetycznej jak: średnia liczba alleli na locus (A), efektywna ilość
alleli (Ne), heterozygotyczność oczekiwana (He) i obserwowana
(Ho) oraz procent loci polimorficznych (PIC).
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Wyniki analiz dr Iwony Szyp-Borowskiej – projekt BLP-364
Charakterystyka genetyczna badanych populacji świerka pospolitego
Populacja
Kartuzy*
A
17.3
Ne
6.9
I
2.3
Ho
0.736
He
0.848
Nei
0.836
Augustów
18.3
8.4
2.4
0.820
0.874
0.864
Mestwinowo*
19.8
8.4
2.4
0.804
0.862
0.852
Górowo Iławieckie
21.3
9.3
2.5
0.676
0.878
0.868
A - Obserwowana liczba alleli
Ne - efektywna liczba alleli [Kimura and Crow (1964)]
I - Indeks Shannona [Lewontin (1972)]
He- oczekiwana heterozygotyczność Levene (1949)
Ho- obserwowana heterozygotyczność Levene (1949)
Nei - oczekiwana heterozygotyczność wg. Nei's (1973)
* Populacje dobrze przyrastające
Kartuzy*
Górowo Ił.
Augustów
Mestwinowo*
Dendrogram wykonany na podstawie dystansu genetycznego według Nei’a 1978
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Sosna zwyczajna – zmienność klinalna populacji
Badania Wachowiaka (2015) dla 19
populacji sosny zwyczajnej: górskich,
torfowiskowych i nizinnych pochodzeń z
terenu Polski, w tym stanowisk
reliktowych oraz 11 referencyjnych
populacji z Europy, wykazały bardzo bliskie
pokrewieństwo genetyczne pomiędzy
wszystkimi badanymi populacjami, które
zaklasyfikowano do jednej grupy w analizie
grupowania klasterów metodą Bayesa.
Występowanie w warunkach
środowiskowych czynników selekcyjnych o
różnym natężeniu, decyduje o
mechanizmach adaptacyjnych cech
fenotypowych ekotypów sosny zwyczajnej.
Relacje genetyczne między badanymi rejonami
sosny zwyczajnej w Polsce (PL) i populacjami
referencyjnymi z północy (EU_N), północnego
zachodu (EU_NW) oraz południa (EU_S) Europy
Wachowiak W. 2015. Relacje genetyczne pomiędzy polskimi
i referencyjnymi populacjami sosny zwyczajnej (Pinus
sylvestris L.) z Europy w analizie polimorfizmu sekwencji
nukleotydowych loci nDNA. Sylwan 159 (1): 53−61.
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
P. glauca x P. engelmannii – adaptacyjna hybrydyzacja
Rola hybrydyzacji jako mechanizmu adaptacji była zwykle kwestią
sporną w biologii ewolucyjnej. Niektórzy badacze twierdzą, że
hybrydyzacja jest znaczącą ewolucyjnie siłą, która ułatwia
adaptacyjne procesy ewolucyjne i może prowadzić do powstania
nowych gatunków.
Międzygatunkowy mieszaniec świerków: P. glauca x P. engelmannii,
który jest naturalnie utrzymywany w populacji, przez lokalne
dostosowanie do rosnącej długości sezonu zimowego i akumulacji
śniegu (egzogenny wybór), okazał się lepiej dostosowany do
środowiska, niż gatunki rodzicielskie (De La Torre et al. 2013).
De La Torre, A.R. Wang, T., Jaquish B., Aitken, S.N. 2014. Adaptation and exogenous
selection in a Picea galuca x Picea engelmannii hybrid zone: implications for forest
management under climate change. New Phytology, 201: 687-699.
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Podsumowanie
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Podsumowanie
Adaptacja
???
Heterozygotyczność
???
Epigenetyka
Mutacje
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015
Dziękuje
serdecznie
za uwagę!
Fot. Tomasz Wojda
Hodowlane i genetyczne uwarunkowania adaptacji drzew leśnych do zmian w środowisku, Sękocin Stary, 03.12.2015