Genetic diversity and differentiation of siberian stone pine populations at the southern edge in lowland part of West Siberia

Cover Page
Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract


Background. Siberian Stone pine (Pinus sibirica Du Tour) is one of the major forest-forming species at West Siberia. Climate change and anthropogenic impact lead to reduction of Siberian stone pine forests at the southern limit of distribution in lowland part of the species range. Materials and methods. Five Siberian Stone pine stands from the trailing edge in transit zone between southern taiga and forest-steppe in West Siberia were studied. Genotypes of 104 trees on 25 allozyme loci coding for 15 enzymes were determined using starch gel electrophoresis. Results. We evaluated genetic diversity, differentiation and population subdivision of Siberian Stone pine from the trailing edge in West Siberia. About 2 % of total genetic diversity was related with differences between populations (FST = 0,021). Conclusions. In our study at the southern limit of distribution in lowland part of Siberian Stone pine range there is no indication of genetic depauperation and increased differentiation in small isolated stands due to recent climate change and anthropogenic impact.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Yelena Aleksandrovna Petrova

Institute of monitoring of climatic and ecological systems. Siberian branch of Russian academy of sciences

Email: e_a_petrova@mail.ru
Scientist, PhD. Department of Ecological investigations, Laboratory of Dendroecology

Svetlana Nikolayevna Velisevich

Institute of monitoring of climatic and ecological systems. Siberian branch of Russian academy of sciences

Email: velisevich@imces.ru
Scientist, PhD. Department of Ecological investigations, Laboratory of Dendroecology

Maryana Mikhaylovna Belokon

Vavilov Institute of General Genetics. Russian Academy of Sciences

Email: belokon@vigg.ru
Scientist, PhD. Laboratory of population genetics

Yuriy Sergeevich Belokon

Vavilov Institute of General Genetics. Russian Academy of Sciences

Email: yuri_b@vigg.ru
PhD. Laboratory of population genetics

Dmitriy Vladislavovich Politov

Vavilov Institute of General Genetics. Russian Academy of Sciences

Email: dmitri_p@inbox.ru
Head of Lab., PhD. Laboratory of population genetics.

Sergey Nikolayevich Goroshkevich

Institute of monitoring of climatic and ecological systems. Siberian branch of Russian academy of sciences

Email: gorosh@imces.ru
Head of Lab., PhD. Department of Ecological investigations, Laboratory of Dendroecology

References

  1. Аринушкина Е. В. (1970) Руководство по химическому анализу почв. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: МГУ. 488 с.
  2. Белоконь М. М., Белоконь Ю. С., Политов Д. В., Алтухов Ю. П. (2005) Аллозимный полиморфизм европейской кедровой сосны (Pinus cembra L.) в горных популяциях Альп и Восточных Карпат. Генетика. Т. 41 (11): С. 1538-1551.
  3. Бех И. А. (1972) О южной границе распространения кедра в Приобье. Изв. СО АН СССР. Сер. биол. наук. Вып. 2. С. 20-27.
  4. Бех И. А. (1974) Кедровники Южного Приобья. Новосибирск: Наука. 212 с.
  5. Бляхарчук Т. А. (2010) Послеледниковая динамика растительного покрова Западно-Сибирской равнины и Алтае-Саянской горной области: Дис… доктора биол. наук. Томск: ТГУ. 519 с.
  6. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. (1986) Методы исследования физических свойств почв. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Агропромиздат. 416 с.
  7. Велисевич С. Н. (2013) Структура урожая кедра сибирского на южной границе ареала в Западной Сибири. Лесоведение. № 2: С. 45-52.
  8. Велисевич С. Н., Петрова Е. А. (2009) Рост и плодоношение молодых генеративных деревьев кедра сибирского в зависимости от типов лесорастительных условий на юге таежной зоны. Лесное хозяйство. № 3: С. 13-16.
  9. Гончаренко Г. Г., Силин А. Е. (1997) Популяционная и эволюционная генетика сосен Восточной Европы и Сибири. Минск: Тэхналогiя. 191 с.
  10. Жилина Т. Н. (2010) Малый ледниковый период как одно из колебаний климата в голоцене и его последствия в Западной Сибири. Вестник ТГУ. № 340: С. 206-211.
  11. Кац С. В. (1969) История растительности в Западной Сибири с миоцена до современного периода (по данным торфяников). Проблемы ботаники. Т. 2: С. 12-18.
  12. Крутовский К. В., Политов Д. В., Алтухов Ю. П. (1987) Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. Сообщение I. Механизмы генного контроля изоферментных систем. Генетика. Т. 23 (12): С. 2216-2228.
  13. Крутовский К. В., Политов Д. В., Алтухов Ю. П. (1989) Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. сообщение IV. Генетическое разнообразие и степень генетической дифференциации между популяциями. Генетика. Т. 25 (11): С. 2009-2032.
  14. Малолетко А. М. (2003) Сибирь в Малую ледниковую эпоху (1550-1850 гг.). География и природопользование Сибири. Вып. 6. Барнаул. С. 8-25.
  15. Матвеева Л. Л., Гусаченко В. Л. (1996) Колывань историческая. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН. 118 с.
  16. Некрасова Т. П., Мишуков Н. П. (1974) Области семенной продуктивности кедра сибирского на Западно-Сибирской равнине. Биология семенного размножения хвойных Западной Сибири. Новосибирск: Наука. С. 3-15.
  17. Петрова Е. А., Велисевич С. Н., Белоконь М. М. (2004) Вступление в половую репродукцию и гетерозиготность сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour) при различных способах формирования искусственных популяций. Структурно-функциональная организация и динамика лесов: Материалы Всероссийской конференции. Красноярск: Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН. С. 455-457.
  18. Петрова Е. А., Горошкевич С. Н., Белоконь М. М. и др. (2012) Естественная гибридизация кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) и кедрового стланика (Pinus pumila (Pallas) Regel) в южном Забайкалье. Хвойные бореальной зоны. Т. XXX (1-2): С. 152-156.
  19. Петрова Е. А., Горошкевич С. Н., Белоконь М. М. и др. (2014) Распределение генетического разнообразия кедра сибирского, Pinus sibirica Du Tour, вдоль широтного и долготного профилей. Генетика. Т. 50 (5): (в печати).
  20. Политов Д. В. (1989) Аллозимный полиморфизм, генетическая дифференциация и система скрещивания сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. Дисс… канд. биол. наук. Москва, Ин-т общей генетики им. Н. И. Вавилова АН СССР. 190 с.
  21. Политов Д. В. (2007) Генетика популяций и эволюционные взаимоотношения видов сосновых (сем. Pinaceae) Северной Евразии. Дисс… докт. биол. наук. Москва: Ин-т общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН. 432 с.
  22. Политов Д. В., Крутовский К. В., Алтухов Ю. П. (1992) Характеристика генофондов популяций кедровых сосен по совокупности изоферментных локусов. Генетика. Т. 28 (1): С. 93-114.
  23. Санников С. Н., Петрова И. В., Санникова Н. С. и др. (2011) Инсуляризация и полиморфизм островных маргинальных популяций Pinus sylvestris L. Экология. № 3: С. 170-175.
  24. Семечкин И. В., Поликарпов Н. П., Ирошников А. И. (1985). Кедровые леса Сибири. Новосибирск. 257 с.
  25. Чебакова Н. М., Рейфельдт Д., Парфенова Е. И. (2003) Перераспределение растительных зон и популяций лиственницы сибирской и сосны обыкновенной в Средней Сибири при потеплении климата. Сибирский экологический журнал. Т. 6: С. 677-686.
  26. Aitken S. N., Libby W. J. (1994) Evolution of the pygmy-forest edaphic subspecies of Pinus contorta across an ecological staircase. Evolution. V. 48 (4): P. 1009-1019.
  27. Beaulieu J., Simon J. P. (1994) Genetic structure and variability in Pinus strobus in Quebec. Canadian Journal of Forest Research. V. 24 (8): P. 1726-1733.
  28. Clayton J. W., Tretiak D. N. (1972) Amino-citrate buffers for pH control in starch gel electrophoresis. Journal of Fisheries Research Board Canada. V. 29: P. 1169-1172.
  29. Davis M. B., Shaw R. G. (2001) Range shifts and adaptive responses to Quaternary climate change. Science. V. 292 (5517): P. 673-679.
  30. Gamache I., Jaramillo-Correa J. P., Payette S., Bousquet J. (2003) Diverging patterns of mitochondrial and nuclear DNA diversity in subarctic black spruce: imprint of a founder effect associated with postglacial colonization. Molecular Ecology. V. 12 (4): P. 891-901.
  31. Gernandt D. S., Lopez G. G., Garcia S. O., Liston A. (2005) Phylogeny and classification of Pinus. Taxon. V. 54 (1): P. 29-42.
  32. Guries R. P., Ledig F. T. (1982) Genetic diversity and population structure in pitch pine (Pinus rigida Mill.). Evolution. V. 36 (2): P. 387-402.
  33. Hamann A., El-Kassaby Y. A., Koshy M. P., Namkoong G. (1998) Multivariate analysis of allozymic and quantitative trait variation in Alnus rubra: geographic patterns and evolutionary implications. Canadian Journal of Forest Research. V. 28 (10): P. 1557-1565.
  34. Hampe A., Petit R. J. (2005) Conserving biodiversity under climate change: the rear edge matters. Ecology Letters. N 8: P. 461-467.
  35. Hamrick J. L., Godt M. J., Sherman-Broyles S. L. (1992). Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species. New Forests. V. 6 (1-4): P. 95-124.
  36. Hamrick J. L., Godt M. J. W. (1996) Conservation genetics of endemic plant species // Conservation Genetics: Case Histories from Nature. Eds. J. Avise, J. Hamrick. New York, Chapman & Hall. P. 281-304.
  37. Hewitt G. M. (2000) The genetic legacy of the Quaternary ice ages. Nature. V. 405: P. 907-913.
  38. Hewitt G. M. (2004) Genetic consequences of climatic oscillations in the Quaternary. Phil. Trans. R. Soc. Lond. V. 359: P. 183-195.
  39. Kramer A. T., Ison J. L., Ashley M. V., Howe H. F. (2008) The paradox of forest fragmentation genetics. Conservation Biology. V. 22 (4): P. 878-885.
  40. Krutovskii K. V., Politov D. V., Altukhov Y. P. (1995). Isozyme study of population genetic structure, mating system and phylogenetic relationships of the five stone pine species (subsection Cembrae, section Strobi, subgenus Strobus). Population Genetics and Genetic Conservation of Forest Trees. Eds. P. Baradat, W. Adams, G. Mueller-Starck, Amsterdam, the Netherlands, SPB Academic Publishing. P. 279-304.
  41. Ledig F. T. (2000) Founder effects and the genetic structure of Coulter pine. Journal of Heredity. V. 91 (4): P. 307-315.
  42. Li P., Adams W. T. (1989) Range-wide patterns of allozyme variation in Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii). Canadian Journal of Forest Research. V. 19. P. 149-161.
  43. Manchenko G. P. (1994) Handbook of detection of enzymes on electrophoretic gels. USA, CRC Press Inc. 574 p.
  44. Markert C. L., Faulhaber I. (1965) Lactate dehydrogenase isozyme patterns in fish. J. Exp. Zool. V. 159 (2): P. 319-332.
  45. Muona O., Paule L., Szmidt A. E., Karkkainen K. (1990). Mating system analysis in a Central and Northern European population of Picea abies. Scandinavian Journal of Forest Research. V. 5: P. 97-102.
  46. Nei M. (1972) Genetic distance between populations. The American Naturalist. V. 106: P. 283-292.
  47. Peakall R., Smouse P. E. (2006) GenAIEx V6: Genetic Analysis in Excel. Population Genetic Software for Teaching and Research. Molecular Ecology Notes. V. 6 (1): P. 288-295.
  48. Peakall R., Smouse P. E. (2012) GenAIEx V6.5: Genetic Analysis in Excel. Population Genetic Software for Teaching and Research-an update. Bioinformatics. V. 28 (19): P. 2537-2539.
  49. Petrova E. A., Velisevich S. N., Politov D. V. et al. (2008) Genotypic and phenotypic diversity in Siberian stone pine: associations with soil traits and altitude. Proceedings of the Breeding and Genetic Resources of Five-Needle Pines Conference, 22- 26 September 2008, Yangyang, Korea. P. 73-76.
  50. Politov D. V., Belokon M. M., Maluchenko O. P. et al. (1999) Genetic evidence of natural hybridization between Siberian stone pine, Pinus sibirica Du Tour, and dwarf Siberian pine, P. pumila (Pall.) Regel. Forest Genetics. V. 6 (1): P. 41-48.
  51. Velisevich S. N., Bender O. G., Chitorkina O. Y. et al. (2011) Reproductive differentiation of Siberian stone pine (Pinus sibirica, Pinaceae) populations in south taiga of Western Siberia. 4th IUFRO Conference on the Breeding and Genetic Resources of Five-Needle Pines, 9-11 August 2011, Tomsk, Russia, Publishing House of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics. P. 46-47.
  52. Wright S. (1978) Evolution and the genetics of population. variability within and among natural populations. V. 4. Chicago, Illinois, University of Chicago Press. 580 p.
  53. Yeh F. C., Boyle T. J. B. (1997) Population genetic analysis of co-dominant and dominant markers and quantitative traits. Belgian Journal of Botany. V. 129: P. 157.

Statistics

Views

Abstract - 589

PDF (Russian) - 293

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2014 Petrova Y.A., Velisevich S.N., Belokon M.M., Belokon Y.S., Politov D.V., Goroshkevich S.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies