Μελέτη της γενετικής ποικιλότητας δώδεκα φυσικών πληθυσμών της δασικής πεύκης (Pinus sylvestris L.) στον ελλαδικό χώρο με βιοχημικά γνωρίσματα

Abstract

Scots pine (Pinus sylvestris L.) is characterized by it's great geographical distribution and economical value. First results on variation of the species were based mainly on morphological and anatomical traits, which led to many classifications. Morphological, and anatomical traits are highly collerated with the environment, so their data are not valid when we study genetic variation. Terpenoids and flavonoids were used later, but most of them behave asquantitative markers. Using isozymes, analysis of genetic variation became easy and creditable. These markers are not affected from the environment and they're based on codominance relationships.The main objective of this study was to estimate the nature and magnitude of variability that exists within the populations of greek Scots pine. Fifteen loci of nine enzyme systems were used. 52 alleles were detected.Samplings were done from natural populations of Scots pine and comprised twelve greek provenances (Elatia Drama, Xanthi, Lailias Serres, North Pieria, RitiniPieria, Persek, Lefkogia, Traxoni-Dipotama, Florina, Peukoto Almopia, Peternix Almopiaand Bermio), during the winter of years 1996 and 1997.Each provenance's endosperms were homogenized and analysed using horizontalstarch gel electrophoresis tecnique on three electrophoretic systems.Results showed a large genetic variability in greek Scots pine and different participation of each loci in total polymorphism of the species. Heterozygosity parameters (expected heterozygosity, mean number of alleles perlocus, percentage of polymorphic loci) were relatively high, while there was no differences among the populations and no unique alleles were found.Analysis of genetic parameters (total heterozygosity, heterozygosity within and among populations, heterozygosity's coefficient of variation) proved that the great amount of genetic variability (96,4%) exists within populations, while a very small amount exists among them.The largest genetic distance was observed between provenances "Pieriamountains" - "Almopia" and "Pieria mountains" - "Persek". The smallest one was observed between "Xanthi" - "Almopia". Genetic parameters revealed similarities between greek populations of Scots pine and populations grown on Scandinavia, Chinaand Caucasus, while differences were found between greek populations and populationsfrom Spain, Scotland and Central Europe. Probably, the species was forced to migrate from Northern Europe to the Balkans during the glaciation period.The dendrogramm that was based on cluster analysis of greek populations, didn't reveal an identification of geographical and genetical distance. So, provenances with great geographical distance among them, showed small genetic differentiation.Provenance "Pieria mountains" seems to deviate, due to it's small size and isolation.Greek populations of Scots pine didn't have the chance to differentiate because they're derived from Balkan's refugia of the species. The genetic material is post glacial and recent.These results allow plant breeders to solve problems of forest plant breeding in South Balkans using a seed orchard in Norhern Greece.

Η δασική πεύκη αποτελεί ένα από τα πιο διαδεδομένα δασικά είδη με πολύ μεγάλη γεωγραφική εξάπλωση, η οποία καταλαμβάνει εκτάσεις στην Ευρώπη και Ασία, και οικονομική σημασία. Οι πρώτες αναλύσεις της γενετικής ποικιλότητας του είδους βασίστηκαν στη μελέτη των μορφολογικών, ανατομικών και αυξητικών χαρακτηριστικών, οι οποίες οδήγησαν σε πληθώρα ταξινομήσεων και στον διαχωρισμότου είδους σε υποείδη, ποικιλίες, φυλές και οικοτύπους. Η εξάρτηση των παραπάνω χαρακτηριστικών από το περιβάλλον, δεν τα καταστούσε αξιόπιστα και γεννήθηκε η ανάγκη χρησιμοποίησης άλλων γενετικών δεικτών. Έτσι, στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν τα τερπένια και τα φλαβονοειδή τα οποία όμως επηρεάζονται από πολλά γονίδια, γιαυτό και η προσέγγισή τους είναι ποσοτική. Με τη χρήση των ισοενζυμικών δεικτών οι αναλύσεις της γενετικής ποικιλότητας κατέστησαν πιό εύκολες και αξιόπιστες, καθώς οι δείκτες αυτοί δεν επηρεάζονται από το περιβάλλον και συνυπάρχουν με σχέσεις συγκυριαρχίας, με αποτέλεσμα τον διαχωρισμό ομοζυγωτών και ετεροζυγωτών φαινοτύπων. Η έρευνα αυτή σχεδιάστηκε με σκοπό την εκτίμηση του είδους και του μεγέθους της γενετικής παραλλακτικότητας που υπάρχει στους πληθυσμούς της δασικής πεύκης (Pinus sylvestris L.), καθώς και στη διερεύνηση του τρόπου εμφάνισης και εξέλιξης του είδους στον ελλαδικό χώρο. Για το λόγο αυτό, χρησιμοποιήθηκαν δεκαπέντε γονιδιακές θέσεις από εννέα ενζυμικά συστήματα, στις οποίες εντοπίστηκαν πενήντα δύο αλληλόμορφα. Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε σε φυσικούς πληθυσμούς δασικής πεύκης και συμπεριέλαβε δώδεκα ελληνικές προελεύσεις (Ελατιά Δράμας, Ξάνθη, Λαϊλιάς Σερρών, Βόρεια Πιέρια, Ρητίνη Πιερίας, Περσέκ, Λευκόγεια, Τραχωνίου-Διποτάμων, Φλώρινα, Πευκωτό Αλμωπίας, Πέτερνιχ Αλμωπίας και Βέρμιο) κατά τους χειμερινούς μήνες των ετών 1996 και 1997.Το φυτικό υλικό (ενδοσπέρμια φυτρωμένων σπερμάτων) κάθε προέλευσης,ομογενοποιήθηκε και αναλύθηκε, με την τεχνική της οριζόντιας ηλεκτροφόρησης αμύλου, σε τρία ηλεκτροφορητικά συστήματα. Από τα αποτελέσματα φάνηκε η μεγάλη γενετική ποικιλότητα η οποία χαρακτηρίζει τη δασική πέυκη στον ελλαδικό χώρο και η διαφορετική συμμετοχή τής κάθε γονιδιακής θέσης στον συνολικό πολυμορφισμό του είδους. Οι παράμετροι της ετεροζυγωτίας (αναμενόμενη ετεροζυγωτία, μέσος αριθμός αλληλομόρφων ανά γονιδιακή θέση, ποσοστό πολυμορφικών γονιδιακών θέσεων), κυμάνθηκαν σε υψηλά επίπεδα και δεν εμφάνισαν διακυμάνσεις μεταξύ των ελληνικών προελεύσεων της δασικής πεύκης, ενώ σε καμμία ελληνική προέλευση δεν βρέθηκαν μοναδικά αλληλόμορφα ικανά να την χαρακτηρίσουν. Από την ανάλυση των γενετικών παραμέτρων στις γονιδιακές θέσεις (συνολική ετεροζυγωτία, ετεροζυγωτία εντός και μεταξύ των πληθυσμών, συντελεστής παραλλακτικότητας της ετεροζυγωτίας), αποδείχθηκε ότι το μεγαλύτερο ποσοστό (96,4%) της γενετικής ποικιλότητας οφείλεται στη διαφοροποίηση μέσα στους πληθυσμούς, ενώ ένα πολύ μικρό ποσοστό οφείλεται σε διαφορές μεταξύ των πληθυσμών. Οι μεγαλύτερες γενετικές αποστάσεις εμφανίστηκαν στα ζεύγη τωνπληθυσμών "Πιέρια Όρη" - "Αλμωπία" και "Πιέρια Όρη" - "Περσέκ", και η μικρότερη μεταξύ των πληθυσμών "Ξάνθη" και "Αλμωπία". Οι τιμές οι οποίες καταγράφηκαν σε όλες τις γενετικές παραμέτρους, κατέδειξαν χαρακτηριστικές ομοιότητες μεταξύ των ελληνικών πληθυσμών του είδους και πληθυσμών οι οποίοι φύονται σε μεγάλες γεωγραφικές αποστάσεις από αυτούς, ενώ καταγράφηκαν μικρότερες ομοιότητες με εγγύτερους πληθυσμούς. Έτσι, μπορεί να υποτεθεί η πιθανή προέλευση των ελληνικών πληθυσμών από τους πληθυσμούς της βορείου Ευρώπης και η κάθοδος του είδους από τη βόρειο Ευρώπη προς τα Βαλκάνια κατά την περιοδο των παγετώνων. Από το δενδρόγραμμα το οποίο σχηματίστηκε με την βοήθεια της cluster analysisγια τις ελληνικές προελεύσεις, δεν καταγράφηκε ταύτιση της γεωγραφικής και της γενετικής απόστασης. Έτσι, πληθυσμοί οι οποίοι φύονται σε μεγάλη γεωγραφική απόσταση (Ξάνθη - Αλμωπία) εμφάνισαν μεγαλύτερες γενετικές ομοιότητες σε σύγκρισημε πληθυσμούς οι οποίοι φύονται σε κοντινότερες απόστάσεις. Το φαινόμενο αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι, οι ελληνικοί πληθυσμοί της δασικής πεύκης προέρχονται από τα καταφύγια της Βαλκανικής χερσονήσου στα οποία είχε καταφύγει το είδος κατά τη διάρκεια των παγετώνων, είναι σχετικά πρόσφατοι και αποτελούν μεταπαγετώδες παράγωγο. Έτσι, δεν είχαν την ευκαιρία να διαφοροποιηθούν. Η απόκλιση τουπληθυσμού των Πιερίων Ορέων οφείλεται στην απομόνωση του πληθυσμού και στο γεγονός ότι ο συγκεκριμένος πληθυσμός είναι από τους νοτιότερους στην Ευρώπη. Με βάση τα παραπάνω στοιχεία είναι δυνατή η ενιαία αντιμετώπιση των προβλημάτων γενετικής βελτίωσης του είδους στον ευρύτερο χώρο της νοτίου Βαλκανικής, με την ίδρυση ενός σποροπαραγωγού κήπου στην βόρειο Ελλάδα, ο οποίοςθα καλύψει τις ανάγκες σε αναγεννητικό υλικό.