Mgr Anna Zawadzka Streszczenie rozprawy doktorskiej pt

Mgr Anna Zawadzka
Streszczenie rozprawy doktorskiej
pt.: „Identyfikacja mieszańców modrzewia europejskiego
(Larix decidua Mill.) i japońskiego (Larix kaempferi Sarg.)
na podstawie markerów genetycznych”
Najczęściej stosowanym w Polsce sposobem rozróżniania modrzewia europejskiego
(Larix decidua Mill.) i japońskiego (Larix kaempferi Sarg.) oraz ich mieszańców jest ocena
przynależności taksonomicznej na podstawie budowy morfologicznej. Jednak zmienność cech
morfologicznych (takich jak pokrój korony, pędów, kwiatostanów, szyszek, nasion) oraz
nachodzące na siebie klasy ich zmienności pomiędzy gatunkami sprawiają, że tzw.
pośredniość cech danego osobnika względem typów rodzicielskich nie stanowi pełnego
dowodu jego mieszańcowego pochodzenia.
Obecnie jedną z najskuteczniejszych i szybkich metod ustalenia przynależności
gatunkowej modrzewia jest identyfikacja na podstawie markerów genetycznych. Specyficzne
markery
DNA
chloroplastowego
i
mitochondrialnego
są
idealnym
narzędziem,
umożliwiającym identyfikację międzygatunkowych mieszańców oraz ich gatunków
rodzicielskich.
W celu przeprowadzenia identyfikacji gatunkowej modrzewia europejskiego
i japońskiego, został pozyskany materiał roślinny z drzew będących przedstawicielami obu
„czystych gatunków” oraz mieszańców z kontrolowanego zapylenia. Zbiór materiału
roślinnego oraz analizy laboratoryjne w badaniach pilotażowych zostały przeprowadzone
w Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) we Francji. W trakcie badań
właściwych, analizowano materiał roślinny pochodzący z 4 wyłączonych drzewostanów
nasiennych modrzewia (populacje: Kowary, Bardo Śląskie, Prudnik, Suchedniów) oraz
4 populacji z terenu północno - zachodniej Polski, które zostały wytypowane na podstawie
danych literaturowych, dotyczących występowania mieszańców modrzewia na terenie
naszego kraju (populacje Gdańsk, Ustka, Okonek, Podanin). Łącznie przeanalizowano 459
osobników.
W pracy zastosowano analizę markerów opisanych przez Acheré i in. (2004):
mitochondrialnego markera f13 oraz chloroplastowego markera ll-TaqI.
Wykonana identyfikacja modrzewia z terenu północno - zachodniej Polski wykazała,
że we wszystkich populacjach przeważały osobniki modrzewia japońskiego. Najwyższy
udział L. kaempferi został zanotowany w populacjach Ustka (96%) i Gdańsk (64%), natomiast
w populacjach Okonek i Podanin udział modrzewia japońskiego wynosił odpowiednio 38%
i 36%. W analizowanych populacjach z rejonu północno - zachodniej Polski stwierdzono
wysoki
udział
mieszańców
międzygatunkowych.
Najwyższy
poziom
mieszańców
odnotowano w populacjach: Podanin (54%) i Okonek (46%).
Skład
gatunkowy
badanych
drzewostanów
pochodzących
z
regionów
o charakterze matecznym, stanowił wyłącznie modrzew europejski, nie zanotowano
osobników modrzewia japońskiego. Jednakże, w przypadku pojedynczych osobników
z populacji Bardo Śl., Kowary i Suchedniów identyfikacja gatunkowa przeprowadzona na
podstawie markerów mitochondrialnych nie dała jednoznacznej odpowiedzi, co do
przynależności taksonomicznej danych drzew.
W
celu
określenia
zmienności
genetycznej
analizowano
4
jądrowe
loci
mikrosatelitarne: bcLK228 (AB234195), bcLK225 (AB234194), bcLK221 (AB234192) i
bcLK263 (AB234203). Mikrosatelitarne loci charakteryzowały się wysokim poziomem
polimorfizmu (PIC = 93,1%). Loci bcLK211 i bcLK263 miały wyższy poziom polimorfizmu
(odpowiednio 28 i 27 alleli) niż loci bcLK225 i bcLK228 (odpowiednio 24 i 21 allele).
Najwyższa obserwowana heterozygotyczność (Ho = 0,625) została zanotowana dla locus
bcLK228.
Populacje modrzewia z regionu północno - zachodniej Polski charakteryzowały się
wyższymi wartościami średniej obserwowanej i oczekiwanej liczby alleli na locus, średniej
wartości heterozygotyczności oczekiwanej i obserwowanej, niż populacje stanowiące bazę
nasienną PGL LP. Dystans genetyczny DN miedzy analizowanymi populacjami modrzewia
wynosił od 0,138 do 0,604, przy średnim dystansie DN = 0,371. Odrębność modrzewia
z północno - zachodniej Polski od populacji modrzewia stanowiącego bazę nasienną PGL LP
z południa kraju, została również potwierdzona na podstawie dendrogramu dystansu
genetycznego.
Ogólnie, analizowane populacje modrzewia charakteryzowały się niskim poziomem
genetycznego zróżnicowania międzypopulacyjnego, tylko 4,8% całkowitej zmienności
genetycznej (FST = 0,048), zaś ponad 95% zmienności genetycznej dotyczyło zmienności
wewnątrzpopulacyjnej.
Summary
Eight populations of larches were sampled in two regions in Poland: four populations
from Natural - Forest Regions of southern Poland (seed stands) and four populations of
larches from north-western Poland (according to the literature known as stands with height
part of Japanese larch and their hybrids).
Hybrids between Larix decidua and L. kaempferi exhibit promising performance by
combination of traits from each parental species. Hybrid larches show a morphology similar to
the pure species plant, no selection in favour of hybrids can be done. In the present PhD thesis
new tool suitable for identification of hybrids was shown.
The interspecific hybrids from lines F1 can be identified using inherited genetic
markers. In larch species, mitochondrial genome is maternally inherited whereas chloroplast
genome paternally, which make the cp and mtDNA markers ideal for identification of hybrids.
The chloroplast (ll-TaqI) and mitochondrial (f13) markers have been used to identify species
of larches and to estimate the hybrid proportion in larch stands from north-western Poland.
As a result, Japanese larch was a dominant species in all studied populations in north
– western Poland. The highest share of L. kaempferi was reported in populations of Ustka
(96%) and Gdańsk (64%), in populations Okonek and Podanin Japanese larch share amounted
to 38% and 36%, respectively. In the populations from the region north - western Poland high
proportion of interspecific hybrids was observed. The highest level of hybrids was observed in
populations: Podanin (54%) and Okonek (46%).
The level of genetic diversity was estimated with 4 nuclear SSR loci: bcLK211,
bcLK263, bcLK225 and bcLK228. The microsatellite markers showed high polymorphism
level (PIC = 93.1%). Loci bcLK211 and bcLK263 presented slightly higher polymorphism
(28 and 27 alleles per locus, respectively) than loci bcLK225 and bcLK228 (24 and 21 alleles
per locus respectively). The expected heterozygosity ranged from 0.883 to 0.911 (mean
0.882). Only 4.80% of the observed genetic diversity was due to differentiation among
populations (FST = 0.048).
The genetic distance DN between individuals varied from 0.138 to 0.604 (mean 0.371).
An UPGMA dendrogram based on average genetic distance, clustered larches to two groups:
one group from north-western Poland, and the other group was larches from southern Poland.