ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ
УДК 575.17:582.892(571.63)
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ РЕЛИКТОВОГО ВИДА Acanthopanax sessiliflorus (Rupr. et Maxim.) Seem. (Araliaceae) В ПРИМОРСКОМ КРАЕ
© 2014 г. А. Б. Холина, О. В. Наконечная, О. Г. Корень, Ю. Н. Журавлев
Биолого-почвенный институт Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток 690022
e-mail: kholina@biosoil.ru Поступила в редакцию 27.03.2014 г.
На основе анализа 17 генов, кодирующих аллозимное разнообразие 12 ферментных систем, получены данные о генетической изменчивости реликта третичной флоры, ценного лекарственного растения Acanthopanax sessiliflorus (Rupr. et Maxim.) Seem. (Araliaceae) на российской части ареала. Показатели полиморфизма в среднем по популяциям имеют довольно высокие значения (P95 = 42.4%, A = 1.55, Ho = 0.211, He = 0.168), сопоставимые с известными данными для популяций A. sessiliflorus с п-ова Корея. Уровень генетического разнообразия и характер его распределения между популяциями отражают взаимодействие нескольких факторов, среди которых наиболее важными являются историческое прошлое вида, дрейф генов и пластичность системы размножения. Полученные данные могут служить основой для сохранения генетических ресурсов дальневосточных видов аралиевых.
DOI: 10.7868/S0016675814120042
Акантопанакс сидячецветковый Acanthopanax sessiliflorus (Rupr. et Maxim.) Seem. (Eleutherococcus sessiliflorus (Rupr. et Maxim.) S.Y. Hu) относится к одному из древнейших семейств покрытосеменных — аралиевых (Araliaceae) [1] и является реликтом третичной флоры [2]. В России вид представлен небольшими фрагментированными популяциями в Приморье, на юге Хабаровского края и юго-востоке Амурской области, за пределами ее — в северной и средней части п-ова Корея и на северо-востоке Китая [1]. A. sessiliflorus (2n = 48, [3]) — кустарник до 4 м высотой, произрастает в широколиственных и хвойно-широколиствен-ных лесах, по речным долинам, одиночно или небольшими группами; в природе размножается семенами и вегетативно [1], есть указание о наличии апомиксиса у данного вида [4]; в распространении семян принимают участие птицы [1]. Растение широко применяется в китайской и корейской медицине в качестве тонизирующего, стимулирующего и болеутоляющего средства [1, 5]; соединения, выделенные из разных частей растения, обладают антиоксидантными, гипогликемическими, тромболитическими свойствами, проявляют противоопухолевую активность [5, 6]. A. sessiliflorus в Приморском крае не является редким видом, тем не менее его состояние нельзя назвать благополучным. Лесозаготовки, пожары, сбор лекарственного сырья приводят к сокращению его популяций [1], так что вопрос сохранения генофонда этого ценного растения становится весьма актуальным. Проведенные ранее в нашей лаборатории исследования позволи-
ли получить данные о состоянии генетических ресурсов ряда видов дальневосточных аралиевых [7—11]. Имеются сведения о генетических взаимоотношениях 17 видов родаАеаПкорапах [12], а также о генетическом полиморфизме корейских популяций А. sessiliflorus [13, 14], в том числе и полученные с использованием аллозимных маркеров [15]. Для популяций А. sessiliflorus на территории России данные по генетическому разнообразию отсутствуют. Цель нашей работы — на основе анализа изоферментов охарактеризовать уровень генетической изменчивости А. sessiliflorus в Приморском крае (Россия).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
При обследовании мест произрастания А. ses-siliflorus было обнаружено, что растения встречаются небольшими группами. По нашим наблюдениям, способность растений акантопанакса к вегетативному размножению слабая, каждое растение выглядит компактным кустом; тем не менее, учитывая вероятность вегетативного размножения и (или) укоренения ветвей в месте контакта с почвой [1], листья для исследования собирали с растений, находящихся на расстоянии не менее 40 м друг от друга. Для электрофоретического анализа использовали листья 72 растений А. sessiliflorus. Сбор материала производили в пяти пунктах, расположенных в бассейне реки Раздольная (Приморский край): окрестности с. Фадеевка (ФА, 21 растение), Ново-Георгиевка (НГ, 24 растения), Константиновка (КО, 11 растений), Покровка
Таблица 1. Исследованные ферментные системы и количество полиморфных локусов и аллелей, выявленных в листьях Acanthopanax sessШflorus
№ п.п. Фермент Сокращение Номер по К.Ф. Интерпретируемые локусы Полиморфные локусы Аллели
1 Альдолаза ALD 4.1.2.13 1 0 1
2 Алкогольдегидрогеназа ADH 1.1.1.1 1 0 1
3 Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа G-3-PDH 1.2.1.12 1 0 1
4 Глутаматдегидрогеназа GDH 1.4.1.2 1 0 1
5 Глюкозофосфатизомераза GPI 5.3.1.9 1 1 2
6 Изоцитратдегидрогеназа IDH 1.1.1.42 2 1 3
7 Кислая фосфатаза ACP 3.1.3.2 2 2 4
8 Лейцинаминопептидаза LAP 3.4.11.1 1 1 3
9 Малатдегидрогеназа MDH 1.1.1.37 2 1 4
10 Флуоресцентная эстераза FE 3.1.1.2 2 2 4
11 Фосфоглюкомутаза PGM 2.7.5.1 1 0 1
12 6-Фосфоглюконатдегидрогеназа 6-PGD 1.1.1.44 2 1 3
Всего 17 9 28
(ПО, 6 растений) и Красный Яр (КЯ, 10 растений). Исследованные популяции расположены в северо-восточной части ареала вида [1], незначительно удалены друг от друга (минимальное расстояние — между популяциями НГ и КО, около 10 км, максимальное — между популяциями НГ и КЯ, 70 км), произрастают в сходных экологических условиях (разреженные пойменные черему-хо-ольхово-ивовые леса на берегу реки) и подвергаются антропогенному давлению в приблизительно равной степени. Малый объем выборок популяций КО, ПО и КЯ обусловлен небольшой численностью этих популяций и необходимостью сбора растений рендомным способом. Ферменты экстрагировали непосредственно перед электрофорезом гомогенизацией листовой ткани (~100 мг) в жидком азоте с добавлением 200 мкл экстрагирующего 0.1 М фосфатного буфера (рН 7.4), содержащего 10 мМ аскорбиновой кислоты, 1 мМ ЭДТА, 1% РУР-40, 1% тритона Х-100 и 1% р-меркапто-этанола. Электрофорез проводили в горизонтальном 13%-ном крахмальном геле с добавлением 10%-ной сахарозы, в двух буферных системах — трис-цитратной (рН 7.8) и трис-ЭДТА-боратной (рН 8.6) [16]. Исследованные ферментные системы представлены в табл. 1. Аллели обозначали в соответствии с электрофоретической подвижностью по отношению к наиболее распространенному варианту, подвижность которого принимается за 1.00. Показатели полиморфности (Р), среднего числа аллелей на локус (А) и на полиморфный локус (Ар), средней наблюдаемой (Н0) и ожидаемой (Не) гетерозиготности, эффективного числа аллелей (пе) рассчитывали общепринятыми методами [16—18]. Полиморфность подсчитывали по 95%-ному (частота наиболее общего аллеля не
превышает 95%) и по 99%-ному критерию (Р95, Р99). Аллельную гетерогенность оценивали при помощи стандартного х2-теста [17]. Индекс фиксации, или коэффициент инбридинга ¥ определяли как ¥ = (Не — Н0)/Не. Для анализа популяционной структуры были рассчитаны ¥-статистики Райта (¥в, ¥гг, ¥8Х) [19]. Величину генного потока между популяциями (Д,ш — число мигрантов на поколение) рассчитывали по формуле: = (1/¥8Х — 1)/4.
РЕЗУЛЬТАТЫ
При исследовании 20 ферментных систем А. звззШАвгиз 12 из них выявлялись стабильно и были использованы в работе (табл. 1, рисунок). Всего было идентифицировано 28 электрофоре-тических вариантов, предположительно кодируемых 17 локусами (табл. 1). Восемь локусов оказались мономорфными (Adh-2, АМ-2,Ы^1, 6-Pgd-1, G-3-pdh, Gdh-2, Mdh-4, Pgm-2), четыре локуса обнаруживали изменчивость в 2—4 выборках (Аср-2, Аср-3, Idh-2, Mdh-2), пять оказались полиморфными во всех популяциях (Ор1-4,, ¥е-2, ¥е-3, Ьар-1, 6-Pgd-2). Частоты аллелей в популяциях и в целом по виду приведены в табл. 2. Большинство полиморфных локусов имеют по два аллеля, в двух ло-кусах (Ьар-1, Mdh-2) выявлено по три аллеля. Высокополиморфными (средняя наблюдаемая гете-розиготность выше 35%) являются пять локусов, среди них наиболее изменчивые Ор1-4, Ьар-1, Mdh-2. Близкая к фиксации гетерозиготность обнаружена по локусу Ьар-1 (почти все исследованные растения были гетерозиготными). Локусы Аср-2, Аср-3, ¥е-2 и Idh-2 характеризуются средним уровнем изменчивости (средняя наблюдаемая гетерозиготность не превышает 35%, но не
Ферменты 6-PGD ACP G-3-PDH GDH MDH
Локусы 6-Pgd-1 6-Pgd-2 Acp-2 Acp-3 G-3-pdh Gdh-2 Mdh-2 Mdh-4
Аллели
1.00
1.00 0.80
1.17 1.00
1.50 1.00
1.00
1.00
1.05 1.00 0.95
1.00
Ферменты IDH ALD ADH LAP FE PGM GPI
Локусы Idh-1 Idh-2 Ald-2 Adh-2 Ьар-1 Fe-2 Fe-3 Pgm-2 Gpi-4
Аллели
1.00
1.00 0.85
1.00
1.00
1.13 1.07 1.00
1.00 0.95
1.00 0.85
1.00
1.25 1.00
+
Схематическое изображение некоторых электрофоретических вариантов ферментов в листьях АсаМкорапах sessilif¡orus.
менее 5%) (табл. 2). Только для четырех локусов (Аср-2, Gpi-4, Mdк-2, 6-Pgd-2) наиболее частые аллели являются общими во всех выборках, для остальных происходит смена преобладающего ал-леля, вплоть до фиксации альтернативных аллелей по локусу Ык-2. Общий тест на гетерогенность по всем локусам выявил высокозначимые различия между популяциями (р < 0.01; табл. 2).
На основе аллельных частот 17 локусов были рассчитаны основные показатели генетической изменчивости А. зеззШАогиз (табл. 3). Наиболее высокими показателями характеризуются популяции ФА и НГ (максимальные значения — в популяции НГ: Р95 = 52.9%, А = 1.65, Н0 = 0.229, Не = = 0.197). В остальных популяциях показатели изменчивости ниже, но наибольшая величина наблюдаемой гетерозиготности отмечена в популяции КЯ (Н0 = 0.254). Самые низкие показатели полиморфизма обнаружены в популяции ПО. Во всех популяциях наблюдаемая гетерозиготность выше ожидаемой, индекс фиксации имеет отрицательное значение и указывает на значительный избыток гетерозигот.
Коэффициент инбридинга особи относительно популяции (¥г8) варьирует от —0.792 по ¥е-3 до 0.123 по Аср-3, составляя в среднем —0.212, что подтверждает факт избытка гетерозигот (около 20%) в популяциях (табл. 4). Коэффициент инбридинга особи относительно вида (¥гХ) составляет в среднем —0.025, что указывает на избыток
гетерозигот (2.5%) у вида в целом. По отдельным локусам показатели ¥г8 и ¥гХ имеют положительные значения (Аср-2, Аср
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.