Генетичні особливості фенологічних форм Quercus robur (Fagaceae) за даними аналізу поліморфізму інтронів генів β-тубуліну та мікросателітних локусів

Abstract

Досліджено ранню та пізню фенологічні форми Quercus robur (Fagaceae) за допомогою мікросателітних маркерів та ДНК-маркерної системи, що базується на вивченні поліморфізму інтронів генів ß-тубуліну (ТВР-маркери). У проаналізованих 40 рослин двох вибірок за мікросателітними локусами встановлено порівняно невисокі показники генетичної мінливості (НО = 0,342 ± 0,208, НЕ = 0,566 ± 0,199 у ранньої та НО = 0,288 ± 0,136, НЕ= 0,461 ± 0,216 у пізньої фенологічних груп). З'ясовано ге- нетичні відмінності між ранньою та пізньою формами Q. robur. У дерев ранньої форми виявлено 9 унікальних алелів за мікросателітними локусами та 4 фрагменти за TBP-локусами, в пізньої форми – по 5 унікальних алелів за мікросателітними та TBP-локусами. Зокрема виявлено відмінності за частотою предомінантних алелів quru- GA-0C19-222 (практично відсутній у вибірці пізньої фенологічної форми) та quru-GA-0C19-226 (частота понад 80% у ранньої фенологічної форми і лише близько 50% у пізньої). За оцінкою показників поліморфізму за ТВР- маркерами в досліджених форм Q. robur виявлено нижчу кількість фрагментів у ранньої (Ne = 1,218 ± 0,040) порівняно з пізньою фенологічною формою Q. robur (Ne = 1,294 ± 0,042). Значення РІС (вміст поліморфної інформації) за цим видом маркерів було більше у пізньої фенологічної форми Q. robur (PIC = 0,274 ± 0,025), ніж у ранньої (PIC = 0,209 ± 0,022). Також за інформаційним індексом Шенона спостерігаються відмінності між ранньою (I = 0,253 ± 0,029) та пізньою (I = 0,320 ± 0,031) фенологічними формами Q. robur. Аналіз молекулярної варіанси за TBP-маркерами (AMOVA) виявив незначні відмінності досліджених фенологічних форм Q. robur. Так, у складі загальної генетичної гетерогенності виду 91% генетичного різноманіття Q. robur припадає на внутрішньовибірковий поліморфізм, 9% – на міжвибірковий. Загалом, проведений аналіз засвідчив , що фенологічні особливості Q. robur не завжди можна вважати наслідком звичайної мінливості, пов'язаної з екологічними особливостями зростання Q. robur. Виявлений поліморфізм фенологічних форм вказує на те, що відмінності можуть бути генетично обумовлені, а різні види ДНК-маркерів використані для генетичного профілювання та паспортизації фенологічних форм Q. robur.

Исследованы ранняя и поздняя фенологические формы Quercus robur (Fagaceae) с помощью микросателлитных маркеров и ДНК-маркерной системы, основанной на изучении полиморфизма интронов генов ß-тубулина (ТВР-маркеры). Среди проанализированных 40 растений двух выборок по микросателлитным локусам установлены сравнительно невысокие показатели генетической изменчивости (НО = 0,342 ± 0,208, НЕ = 0,566 ± 0,199 у ранней и НО = 0,288 ± 0,136, НЕ = 0,461 ± 0,216 у поздней фенологических групп). Обнаружены генетические различия между ранней и поздней формами Q. robur. У деревьев ранней формы выявлено 9 уникальных аллелей по микросателлитным локусам и 4 фрагмента по TBP-локусам, у деревьев поздней формы – по 5 уникальных аллелей по микросателлитным и TBP-локусам. В частности выявлены различия по частоте предоминантных аллелей quru-GA-0C19-222 (практически отсутствуют в выборке поздней фенологической формы) и quru-GA-0C19-226 (частота более 80% у ранней фенологической формы и только около 50% у поздней). Оценка показателей полиморфизма по ТВР-маркерам, проведенная для исследованных форм Q. robur, выявила снижение количества фрагментов у ранней (Ne = 1,218 ± 0,040) по сравнению с поздней фенологической формой Q. robur (Ne = 1,294 ± 0,042). Значение РІС (содержание полиморфной информации) по этому виду маркеров было больше у поздней фенологической формы Q. robur (PIC = 0,274 ± 0,025), чем у ранней формы (PIC = 0,209 ± 0,022). Также согласно значениям информационного индекса Шеннона наблюдаются различия между ранней (I = 0,253 ± 0,029) и поздней (I = 0,320 ± 0,031) фенологическими формами Q. robur. В результате анализа молекулярной вариансы по TBP-маркерам (AMOVA) обнаружены незначительные различия исследованных фенологических форм Q. robur. Так, в составе общей генетической гетерогенности вида 91% генетического разнообразия Q. robur приходится на внутривыборочный полиморфизм, 9% – на межвыборочный. В целом, согласно анализу, фенологические особенности ранней и поздней форм не всегда можно считать следствием обычной изменчивости, связанной с экологическими особенностями мест произрастания Q. robur. Выявленный генетический полиморфизм фенологических форм указывает на то, что различия могут быть генетически обусловленными, а различные виды ДНК-маркеров использованы для генетического профилирования и паспортизации фенологических форм Q. robur.

Early and late phenological forms of Quercus robur (Fagaceae) have been investigated using microsatellite markers and a DNA marker system based on the study of the intron's length polymorphism of the β-tubulin genes (TBP-markers). Relatively low indicators of genetic variability have been established (HO = 0.342 ± 0.208, HE = 0.566 ± 0.199 in the early and HO=0.288 ± 0.136, HE = 0.461 ± 0.216 in the late phenological groups) in 40 analyzed plants of two samples with microsatellite loci. The genetic differences between the early and late forms of Q. robur have been determined. The 9 unique alleles for microsatellite loci and 4 fragments for TBP loci among the trees of the early form, and 5 unique alleles for the microsatellite and TBP loci for the late form have been discovered. In particular, the differences in the frequency of prevalent alleles quru-GA-0C19-222 (practically absent at the late phenological sample) and quru-GA-0C19-226 (frequency reaches more than 80% in the early phenological form and only about 50% in the late) have been detected. The evaluation of the TBP polymorphism indices conducted for the investigated forms of Q. robur have revealed a lower number of fragments in the early (Ne = 1.218 ± 0.040) compared with the late phenological form of Q. robur (Ne = 1.294 ± 0.042). The value of PIC (Polymorphism Information Content) for this type of markers has been greater in the late phenological form Q. robur (PIC = 0.274 ± 0.025) than in the early form (PIC = 0.209 ± 0.022). Also, according to Shannon's information index, there are differences between the early (I = 0.253 ± 0.029) and the late (I = 0.320 ± 0.031) phenological forms of Q. robur. Analysis of the molecular variation by TBP markers (AMOVA) has been revealed slight differences in the investigated phenological forms of Q. robur. Thus, 91% of the genetic diversity of Q. robur is for intra-sample polymorphism, and 9% is inter-sampling in the overall genetic heterogeneity of the species. Our results showed that variation in seasonal timing in Q. robur is not only attributed to the variability in the growth condition but also genetically determined. More types of DNA markers are required for further researches on genetic profiling and certification of Q. robur phenological forms.