Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии
Кафедра водных и наземных экосистем
РЕФЕРАТ
по дисциплине Применение информационно-коммуникационных технологий в науке и образовании
Оценка уровня генетической изменчивости хвойных
по микросателлитным локусам
Преподаватель __________ И.Е. Суковатая
Студент ББ11-02М 41101554 __________ М.М. Кашапова
Красноярск 2012
Оглавление
1.1 Использование микросателлитных маркеров у видов сосны 2
1.2 Использование микросателлитных маркеров у видов пихты 4
1.3 Использование микросателлитных маркеров у видов ели 4
Список литературы 6
1.1 Использование микросателлитных маркеров у видов сосны
С использованием микросателлитных маркеров были проанализированы популяции Pinus banksiana Lamb. и Pinus resinosa Sol. в Канаде, находящиеся в районе добычи сульфидных руд, содержащих никель, железо, медь и другие драгоценные металлы. Было установлено, что уровень генетического разнообразия очень низок у популяции Pinus resinosa и умеренным у популяции Pinus banksiana, где наблюдаемая гетерозиготность была в пять раз выше. Инбридинг был значительно выше в популяции Pinus resinosa. Никаких тенденций в уровне генетического разнообразия для металлозагрязненных и незагрязненных участков (в сравнении с контролем) обнаружено не было (1).
SSR-маркеры можно использовать для критической оценки репродуктивных барьеров между близкородственными видами. Так, было проведено исследование, в котором было осуществлено искусственное оплодотворение 12 деревьев Pinus montana var. rostrata Mill.(P. mugo complex Turra) и 8 P. sylvestris L.. С помощью микросателлитных маркеров был показан успех искусственного оплодотворения в целом, существование пересечения между двумя видами рода Pinus, что позволило постулировать природную гибридизацию и эволюцию их популяций (2).
Микросателлиты, выделенные из хлоропластной ДНК, могут быть использованы для моделирования причин низкой дифференциации между популяциями. Данные исследования у пихты Нордмана (Abies nordmanniana (Steven) Spach) показали, что низкая дифференциация скорее всего, обусловлена высоким потоком генов между популяциями (3).
С помощью STR-маркеров были проведены исследования аллельной изменчивости у Pinus contorta Douglas ex Loudon. Был установлен очень высокий межвидовой перенос, 50% проанализированных локусов были полиморфны и показали высокое аллельное разнообразие (4).
Генетическая структура и географическая дифференциация видов Pinus henryi Mast., и Pinus tabuliformis Carr. была установлена с помощь ядерных микросателлитных последовательностей. Различия в генетической дифференциации популяций данных видов можно отнести к разным местам обитания, адаптациям к среде и вынужденному инбридингу. Было показано что исторически в данном районе был очень малый поток генов, его усиление в настоящее время можно объяснить глобальным потеплением (5).
1.2 Использование микросателлитных маркеров у видов пихты
При изучении популяций пихты Сахалинской (Abies sachalinensis (F.Schmidt) Mast.) по микросателлитным локусам оказалось, что число аллелей на локус у данного вида варьировались от 8 до 31, составляя в среднем 21,4. Значения наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготностей колебались от 0,656 до 0,937 и с 0,710 до 0,945, соответственно (6).
C помощью микросателлитных маркеров возможна установка связи между изолированными популяциями. Был проведен анализ филогенетического родства популяций Abies alba Mill. с Апеннин и Альп. Было установлено, что 7 популяций с Апеннин имеют общее происхождение, эти группы являются реликтами, произошедшими от одного общего предка – пихты благородной, произрастающей на севере Апеннин. Кроме того, были установлены родственные связи с популяцией из Альп (7).
1.3 Использование микросателлитных маркеров у видов ели
Анализ ядерной микросателлитной ДНК у клонов Picea abies (L.)Karst. показывает однородность растений, регенирирующих из соматических зародышей. Мутировавшие аллели находились в трех из 208 проанализированных саженцев. Распределение аллельных микросателлитов у клонов, полученных из соматических эмбрионов, существенно не отличалось от родителей. Это говорит о том, что процедура соматического эмбриогенеза не дает никаких больших изменений в частоте аллелей (8).
В настоящий момент проводятся различные сравнения EST и SSR маркеров хвойных. Так, например, характеристика таких маркеров у ели европейской (P.abies) показала, что разработанные маркеры SSR (микросателлиты) хорошо подходят для установления стресса у деревьев и связанных с ним функциональных изменений в растении (9). Разработка данных маркеров у различных видов рода сосна показала, что данные маркеры могут быть разработаны с помощью EST- базы данных (10).
Микросателлитные маркеры могут быть использованы для построения генетических карт между видами. Так, построение такой карты между видами Picea glauca (Moench)Voss, P. mariana (Mill)Britton et al, P. rubens Sarg. и P. abies (L.)Karst. показало одинаковое число групп сцепления через миллион лет после расхождения этих таксонов. Было также показано, что в целом, макро-структуры генома сосновых хорошо сохранились с мелового происхождения ее основных линий (11).
Для изучения ели Ситка (Picea sitchensis Bong.) микросателлитные маркеры были получены на основе EST-базы данных Picea glauca. После разработки данные маркеры были протестированы на популяции ели Ситка и показали простое менделевское наследование (12).
Анализ результатов исследования 33 популяций Picea jezoensis Siebold & Zucc из Камчатки, Сахалина, Кии, Японии и Южной Кореи с помощью микросателлитных маркеров дал возможность сгруппировать их в пять групп. В данных группах наблюдается потеря редких аллелей. Расхождение между популяциями было выше для популяций, разделенных проливами. Основные выводы о Picea jezoensis показали более высокий уровень генетической дифференциации внутри популяции (FSt = 0,101), чем наблюдается в роде Picea в целом. Это может быть связано с тем, что исторически проливы вокруг Японии выступали в качестве барьеров на пути движения семян и пыльцы (13).
Генетическая структура и разнообразие 10 природных популяций Picea asperata Mast. изучалось по 7 микросателлитным локусам в горах Китая. Число аллелей на локус варьировало от 6.86 до 11.86 (среднее 10.89), при 100%-ном критерии полиморфности ожидаемая гетерозиготность составляла от 0.409 до 0.440 (среднее 0.426) Генетическая дифференциация между популяциями составила 22,3 %. Высокая внутрипопуляционная изменчивость может быть обусловлена несколькими факторами, в том числе ограниченным потоком генов между популяциями (14).
В настоящее время продолжают разрабатываться и тестирование праймеры для ели европейской и ели сибирской. Были протестированы популяции из Карпат, республик Коми, Татарстан,Казахстан, Карелия, Архангельской и Псковской областей и Красноярского края. Число аллелей варьировало от 6 до 15. Наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготности – от 0.1778 до 0.6556 и от 0.7800 до 0.900, соответственно (15).
Чтобы предоставить подробное понимание того, как генетическая структура Picea abies (L). Karst.в северной европейской части России была сформирована после ледниковой миграции, как изменились потоки пыльцы, были проведены исследования с целью сравнения данных в семи сильно варьирующих локусах ядерных микросателлитов из 37 популяциий. Ожидаемая гетерозиготность была высокой (He= 0,640), а генетическая дифференциация была низкой (FST= 0,029). Микросателлит ное разнообразие было замечено по маршрутам юго-западной миграции, в то время как значительное снижение наблюдалось в северном направлении. (16).
Список литературы
1. Genetic analysis of Pinus banksiana Lamb. and Pinus resinosa Sol. populations from stressed sites comtaminated with metals in Northen Ontario (Canada). Vandeligt, K.K., и др. 27, 2011 r., Chemistry and Ecology, стр. 369-380.
2. A critical evaluation of reproductive barriers between closely related species using DNA markers - a case study in Pinus. Wachowiak, W., и др. 257, 2006 r., Pl. Syst. Evol., стр. 1–8.
3. Chloroplast microsatellite variation in Abies nordmanniana Spach and simulation of causes for low differentiation among populations. Hansen, O. K., Kjær, E. D. и Vendramin, G. G. 1, 2005 r., Tree Genetics & Genomes, стр. 116–123.
4. Cross-species transferability of SSR loci developed from transciptome sequencing in lodgepole pine. Lesser, M. R., Parchman, T. L. и A.Buerkle, C. 12, 2012. r., Molecular Ecology Resources, стр. 448–455.
5. High genetic differentiation in natural populations of Pinus henryi and Pinus tabuliformis as revealed by nuclear microsatellites. Liu, Z.Lin, Cheng, C. и Li, J. 42, 2012 r., Biochemical Systematics and Ecology, стр. 1-9.
6. Nuclear and chloroplast microsatellite analysis of Abies sachalinensis regeneration on fallen logs in a subboreal forest in Hokkaido, Japan. Lian, C., и др. 17, 2008 r., Molecular Ecology.
7. Conservation genetics of small relic populations of silver fir (Abies alba Mill.) in the northern Apennines . Piovani, P., et al. 144, 2010, Plant Biosystems, pp. 683–691.
8. Picea abies (L.) Karst.: A case study using six unrelated full-sib families. Helmersson, A., и др. 16, 2001 r., Scand. J. For. Res., стр. 199–220.
9. Trinucleotide microsatellites in Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.): their features and the development of molecular markers. Scotti, I., и др. 106, 2002 r., Theor Appl Genet., стр. 40–50.
10. Cross-species transferability and mapping of genomic and cDNA SSRs in pines. Chagne, D., и др. 109, 2004 r., Theot.Appl.Genet., стр. 1204-1214.
11. Comparative genome mapping among Picea glauca, P. mariana Ј P. rubens and P. abies, and correspondence with other Pinaceae. B.Pelgas, и др. 113, 2006 r., Theor Appl Genet., стр. 1371–1393.
12. A set of microsatellite markers for use in Sitka spruce (Picea sitchensis Bong.) developed from Picea glauca ESTs. A’Hara, S. W. и Cottrel, J . E. 4, 2004 r., Molecular Ecology Notes, стр. 659-663.
13. Range-wide genetic structure in a north-east Asian spruce (Picea jezoensis Siebold & Zucc.) determined using nuclear microsatellite markers. Aizawa, M., и др. 36, 2009 r., Journal of Biogeography, стр. 996–1007.
14. Wang, Y. Diversity of microsatellite markers in the populations of Picea asperata Mast. originating from the mountains of China. Wang, Y., и др. 168, 2005 r., Plant Science, стр. 707-714.
15. Testing of microsatellite primers with different populations of Eurasian spruces Picea abies (L.) Karst. and Picea obovata Ledeb. Mel'nikova, M.N., и др. 48, 2012 r., Genetika, стр. 660-665.
16. Tollefsrud, M M. Combined analysis of nuclear and mitochondrial markers provide new insight into the genetic structure of North European Picea abies. Tollefsrud, M.M., и др. 102, 2009 r., Heredity, стр. 549-562.
P.S.: Из базы gopubmed, из базы Scopus, Springer
|
