WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |

Молекулярно-генетический анализ генофондов редких и исчезающих видов растений пермского края

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи



БОРОННИКОВА СВЕТЛАНА ВИТАЛЬЕВНА


Молекулярно-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕНОФОНДОВ РЕДКИХ и исчезающих ВИДОВ РАСТЕНИЙ ПЕРМСКОГО КРАЯ

Специальность 03.00.15 генетика



Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук






Уфа 2009


Работа выполнена в Государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования

Пермском государственном университете

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, академик РАСХН, профессор

Драгавцев Виктор Александрович

Агрофизический НИИ РАСХН

доктор биологических наук, профессор

Янбаев Юлай Аглямович

Сибайский институт-филиал Башкирского государственного

университета

доктор биологических наук, старший научный сотрудник

Путенихин Валерий Петрович

Ботанический сад-институт Уфимского научного центра РАН

Ведущее учреждение:

Институт общей генетики имени Н.И.Вавилова РАН

Защита состоится «____»_______________200___г. в «___» часов

на заседании Диссертационного совета ДМ 002.133.01 по адресу:

г.Уфа, 450054, пр. Октября, 71

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского научного центра РАН и на сайтах ВАК РФ и ИБГ УНЦ РАН

ibg.anrb.ru/dissov.html

Автореферат разослан «____»______________2009г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Сохранение биологического разнообразия занимает особое место среди глобальных проблем современности (Вахрамеева, 1988; Конвенция о биологическом разнообразии..., 1992; Алтухов, 2004). Основой биологического разнообразия является его генетическая компонента. Сокращение видового и генетического разнообразия представляет реальную угрозу для биосферы, поскольку устойчивость воспроизводства природных экосистем и агроэкосистем непосредственно связана с их генетически обусловленным потенциалом к адаптациям к меняющимся условиям окружающей среды (Мэгарран,1992; Глазко, 1998; Лебедева и др., 1999, Жученко, 2001, Динамика популяционных генофондов..., 2004). К середине текущего столетия прогнозируется увеличение числа видов растений, исчезающих, с 7 до 60 тысяч (Frankel, 1995; Стратегия сохранения..., 2004).

Впервые концепция о необходимости контроля и мобилизации мировых растительных ресурсов была разработана Н.И.Вавиловым, что легло в основу планомерной работы по созданию банков растительных ресурсов в разных странах. К настоящему времени в них собраны миллионы образцов, однако до сих пор нет универсальных принципов их отбора (Жученко, 2001). При изучении редких и исчезающих видов растений не всегда учитывается необходимость сохранения внутривидовой изменчивости, как на межпопуляционном, так и на внутрипопуляционном уровнях (Тихонова, 1985). Популяционный подход остается наименее разработанным в области сохранения биоразнообразия растений, поскольку до сих пор отсутствуют общепринятые методы идентификации не только популяционных, но даже видовых особенностей генофондов. Анализ молекулярно-генетических маркеров полиморфизма белков и различных участков геномной ДНК позволил выявлять внутривидовое генетическое разнообразие, оценить гетерозиготность, реконструировать филогенетические взаимоотношения между видами и пространственные взаимосвязи между популяциями (Алтухов, 1975, 1995; Янбаев, 2007; Политов, 2007). В то же время, эффективность использования традиционных молекулярно-генетических маркеров (структурных генов, мини- и микросателлитных локусов) для исследований генофондов до сих пор остается достаточно низкой из-за ограниченности количества локусов, доступных для одновременного генотипирования особей. Это требует поиска новых подходов одновременного молекулярного маркирования многих геномных участков, которые могли бы позволить создавать «геномный портрет» каждого отдельного индивидуума и, таким образом, наиболее объективно оценивать своеобразие генофондов популяций. Особую важность разработка таких методов имеет для решения главной проблемы в поддержании биоразнообразия - отбора наиболее типичных представителей популяций и создания генетически обоснованных программ по их сохранению. К настоящему времени у редких эндемичных видов растений Урала изучен ряд характеристик внутривидовой изменчивости (Кучеров и др., 1987; Янбаев, 2007), но практически не исследована генетическая изменчивость травянистых реликтовых редких видов растений, в том числе и в Пермском крае.



Актуальность диссертационной работы обусловлена:

а) недостаточной теоретической разработанностью молекулярно-генетических подходов к изучению геномов дикорастущих редких видов растений, представленных популяциями с малой численностью;

б) важностью определения молекулярно-генетических основ генетического разнообразия редких и исчезающих видов растений на популяционном уровне;

в) отсутствием экспериментальных методов молекулярного маркирования многих участков геномов редких видов растений, пригодных для массового анализа;

г) недостатком методов для оптимизации сохранения генофондов редких и исчезающих видов растений.

Цель и задачи исследования

Цель работы – разработать принципы множественного молекулярно-генетического геномного маркирования и технологию идентификации и паспортизации генофондов редких реликтовых видов растений Пермского края в качестве модельной системы оптимизации сохранения генофондов редких и исчезающих видов растений.

Для достижения цели были поставлены следующие основные задачи:

1. Подобрать наиболее полиморфные стабильные ДНК-маркеры и разработать методы оценки мультилокусного полиморфизма ДНК с целью оптимизации исследования генофондов популяций редких и исчезающих видов растений.

2. Исследовать генетическое разнообразие популяций некоторых редких реликтовых видов растений, распространенных на территории Пермского края.

3. Определить общую и эффективную численность популяций, способ размножения и семенную продуктивность некоторых редких реликтовых видов растений.

4. Установить популяции с типичными и специфическими характеристиками генофондов.

5. Разработать методику и провести молекулярно-генетическую паспортизацию (ключевого звена технологии идентификации генофондов популяций редких и исчезающих видов растений), на модельных редких реликтовых видах растений Пермского края.

Положения, выносимые на защиту

  1. Наиболее эффективным для оценки генетического разнообразия популяций редких и исчезающих видов растений является использование ДНК-фингерпринтинга (анализа полилокусных спектров) высоко полиморфных и стабильных ISSR- и IRAP-маркеров.
  2. Оптимизация cохранения генофондов редких и исчезающих видов растений возможна с учетом показателей генетического разнообразия, установленных по результатам молекулярного маркирования множественных геномных участков, а также с обязательным учетом уровней внутри- и межпопуляционного разнообразия.
  3. Для сохранения генофондов редких и исчезающих видов растений рекомендуются отбор в природных условиях популяций и их групп как с наиболее типичными так и со специфичными характеристиками генофондов.
  4. Для оптимизации сохранения генетического разнообразия на популяционном уровне необходима молекулярно-генетическая идентификация и паспортизация генофондов редких и исчезающих видов растений, позволяющая на основании оценок полилокусного сочетания моно- и полиморфных участков ДНК составить молекулярно-генетическую формулу, штрих-код популяций и обобщить данные в виде генетического паспорта.

Научная новизна полученных результатов

Впервые разработана концепция идентификации генофондов редких и исчезающих видов растений с использованием оценок геномного распределения повторов, таких как микросателлиты и ретротранспозоны. Впервые получены и систематизированы данные о генетическом разнообразии популяций ряда редких реликтовых видов растений, произрастающих на территории Пермского края: адониса весеннего Adonis vernalis L., адониса сибирского Adonis sibirica Patrin ex Ledeb., бубенчика лилиелистного Adenophora lilifolia (L.) A.DC., пиона уклоняющегося Paeonia anomala L., наперстянки крупноцветковой Digitalis grandiflora Mill. Впервые оценена эффективность в исследованиях генофондов редких видов растений IRAP-метода, основанного на использовании в полимеразной цепной реакции (ПЦР) в качестве праймеров терминальных последовательностей ретротранспозонов. С целью анализа геномов редких реликтовых видов растений были клонированы и секвенированы последовательности ДНК 5 редких видов растений Пермского края. Нуклеотидные последовательности LTR ретротранспозонов изученных редких видов растений были секвенированы и включены в мировую базу генетических данных «GenBank» NCBI под номерами: EF191000-EF191012 ( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ ).

С целью изучения взаимосвязи генетического разнообразия с показателями численности выявлены общая и эффективная численность популяций и изучены биологические особенности модельных реликтовых редких видов растений, такие как преимущественный способ опыления, способ и эффективность размножения. Даны характеристики изученных популяций с определением степени антропогенного воздействия в соответствии с рекомендациями, разработанными автором диссертационной работы. С целью оптимизации сохранения генофондов редких и нуждающихся в охране видов растений разработана методика молекулярно-генетической паспортизации на популяционном уровне, которая включает в себя анализ полиморфизма стабильных ISSR- и IRAP-маркеров, выявление идентификационных мономорфных (родовых и видовых) и полиморфных и уникальных ДНК-маркеров, составление молекулярно-генетической формулы, штрих-кода и генетического паспорта. На основании полученных данных рекомендованы научно обоснованные меры сохранения генофондов изученных редких реликтовых видов растений и разработаны подходы оптимизации сохранения генофондов редких и исчезающих видов растений.





Практическая значимость и реализация результатов исследований

Использование ретротранспозонов для анализа геномов открывает новые возможности изучения организации и функционирования геномов редких и исчезающих видов растений, являющихся наиболее уязвимым звеном в растительных сообществах, выявления механизмов их устойчивости. Поддержание исторически сложившегося уровня генетического разнообразия популяций как основы сохранения их адаптационного потенциала в естественно колеблющейся и антропогенно трансформированной среде является необходимым условием их существования и развития. Изучение генетической изменчивости природных популяций, оценка их состояния позволяют рекомендовать научно обоснованные меры сохранения популяций редких видов растений.

Разработанная технология идентификации генофондов и ее ключевое звено (методика молекулярно-генетической паспортизации) позволяют оптимизировать сохранение генофондов растений, включая редкие и исчезающие виды растений. Научные выводы работы и рекомендации непосредственно используются при проведения мониторинга популяционного разнообразия редких и исчезающих видов растений Пермского края, так как автор диссертационной работы является куратором 5 редких реликтовых видов растений от Управления по охране окружающей среды Пермского края. На основании анализа динамики показателей численности и генетического разнообразия бубенчик лилиелистный (Adenophora lilifolia (L.)А.DC.) внесен в Красную книгу Пермского края (2008). Результаты и выводы исследований могут быть использованы для сохранения генофондов редких и исчезающих видов растений и оптимизации сохранения генетического разнообразия на популяционном уровне и в других регионах страны.

Теоретические и практические результаты исследований используются при преподавании учебных дисциплин и специальных курсов студентам Новосибирского, Уральского, Челябинского и Пермского государственных университетов, а также Калининградского технического университета, что подтверждено справкой и 4 актами внедрения результатов исследований в учебный процесс.

Связь работы с научными программами

Диссертационная работа выполнялась в ходе подготовки и реализации ПГУ приоритетного инновационного национального проекта «Образование» в части «Молекулярная генетика». Популяционно-генетические исследования были частично связаны с последовательным циклом программ Управления по охране окружающей среды Пермской области (2006 г): гос. контракты № 6/2006 от 03.04.2006, № 90203 от 10.04.2006, № 90202 от 01.06.2006, № 90211 от 01.06.2006; а также Министерства градостроительства и развития инфраструктуры Пермского края: гос. контракты № 65-О от 20.06.2007, № 56/1-О от 13.06.2007, № 11-О от 18.02.2008, № 43-О от 17.03.2008.

Часть исследований проводились в связи с тематикой гранта РФФИа_2006урал № 07-04-96032 «Динамика генетического разнообразия и структуры популяционных систем ресурсных растений Пермского края при антропогенных воздействиях» (2006-2009 гг.), гранта РФФИа_2006урал №07-04-96016 «Влияние нефтяных загрязнений почв на популяции микроорганизмов и растений Пермского края» (2006-2009 гг.), гранта РФФИ АНФ_з №08-04-92673 «Участие в российско-австрийском семинаре «Молекулярно-генетические маркеры, филогеография и популяционная генетика для устойчивого лесного хозяйства: Евроазиатская перспектива» (2008-2009 гг.).

Личный вклад автора

Разработка подходов и программы молекулярно-генетических исследований; выбор типов молекулярных маркеров и объектов исследований; планирование, организация и проведение полевых и лабораторных исследований; обработка, обобщение и интерпретация представленных в диссертационной работе результатов, их сопоставление с литературными сведениями, разработка теоретических положений; подготовка практических рекомендаций и публикаций, написание и оформление текста диссертации проведены лично автором работы. Идея создания концепции идентификации генофондов, разработка методики молекулярно-генетической паспортизации, выявление мономорфных и полиморфных идентификационных фрагментов ДНК, а также составление молекулярно-генетической формулы и молекулярно-генетического паспорта единолично принадлежат автору диссертационной работы. Для гетерогенных природных популяций растений диссертантом предложена запись молекулярно-генетической формулы в виде штрих-кода. Автор диссертационной работы является инициатором и одним из соавторов обоснования внесения Adenophora lilifolia (L.) А.DC. в Красную книгу Пермского края (2008) с категорией угрожаемого состояния 3 (R) – редкий вид. Результаты части исследований, проведенных совместно с соискателями и аспирантами диссертанта, опубликованы. Ссылки на них приведены в соответствующих разделах работы.

Апробация работы



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.