Utvrđivanje varijabilnosti i diferencijacije prirodnih populacija Pinus nigra Arnold u Srbiji korišćenjem fitohemijskih i molekularnih markera

Abstract

U ovom radu analizirana je fitohemijska i genetiţka varijabilnost i diferencijacija sedam autohtonih populacija Pinus nigra u Srbiji koje pripadaju razliţitim infraspecijskim taksonima (ssp. nigra, var. gocensis, ssp. pallasiana i var. banatica). U dvogodišnjim ţetinama 195 jedinki iz sedam populacija odreŤen je sadrţaj i varijabilnost n-alkana i terpena. Kutikularne voskove ţetina istraţivanih populacija crnog bora odlikuje serija nalkana od C16 do C33, osim u populacijama opisanim kao ssp. nigra u kojima je detektovana serija od C18 do C33. Najzastupljeniji su n-alkani sa neparnim brojem C atoma: C23, C25, C27 i C29 (proseţni sadrţaj 10.3, 16.5, 15.1 i 10.7%, respektivno). U etarskim uljima ţetina utvrŤeno je ukupno 75 komponenti, od koji je 58 identifikovano. Dominantne komponente su α-pinen (43.6%) i germakren D (29.8%), koje zajedno ţine 73.4% mase ulja. Multivariacione statistiţke analize (PCA, CDA i HCA) koriššenih fitohemijskih markera su, generalno, pokazale tendenciju formiranja tri grupe populacija (nigra, pallasiana i banatica). Na osnovu varijabilnosti terpena, populacije Priboj i Goţ (determinisane kao var. gocensis) pokazale su umerenu tendenciju odvajanja od prve grupe (ssp. nigra), dok je prema sastavu n-alkana populacija Priboj pokazala još vešu tendenciju odvajanja. Pretpostavljeno je da takson gocensis predstavlja tranzicionu formu izmeŤu taksona nigra na zapadu i pallasiana na jugoistoku Srbije. U cilju odreŤivanja genetiţkog diverziteta i diferencijacije sedam istraţivanih populacija P. nigra iz Srbije, testirano je 114 jedinki pomošu jedarnih (nuDNK), hloroplastnih (cpDNK) i mitohondrijalnih (mtDNK) markera koji imaju bi-parentalno, paternalno i maternalno nasleŤivanje, respektivno, kao i razliţitu brzinu evolucije. Zbog nedostatka jedarnih mikrosatelita (nuSSRs) specijalno razvijenih za P. nigra, uraŤena je inter-specijska PCR amplifikacija tri EST-SSRs razvijenih za P. taeda. Iako su dva ESTSSR lokusa uspešno PCR-amplifikovana u našim uzorcima, utvrŤeno je odsustvo varijabilnosti zbog ţega su iskljuţeni iz dalje analize. Od pet testiranih cpDNK SSRs, tri su uspešno PCR-amplifikovana u našim uzorcima, sa 22 detektovana alela koji formiraju 38 haplotipova. Kao što je i oţekivano, s obzirom na intenzivan protok gena posredstvom polena kod ţetinara, utvrŤen je veoma visok nivo cpDNK diverziteta (HT = 0.949) i mali stepen diferencijacije (Fst = 0.017, p = 0.108, Gst = 0.024, Rst = 0.066)...

In this work phytochemical and genetic variability and differentiation of seven native populations belonging to different infraspecific taxa of Pinus nigra (ssp. nigra, var. gocensis, ssp. pallasiana i var. banatica) in Serbia were analyzed. In the needles of 195 trees from seven populations, composition and variability of n-alkanes and terpenes were determined. The size of the n-alkanes found in the needle cuticular waxes of the black pine populations investigated ranged from C16 to C33, with the exception of that of the subspecies nigra, which ranged from C18 to C33. The most abundant n-alkanes were the four odd-numbered n-alkanes C23, C25, C27, and C29 (mean contents of 10.3, 16.5, 15.1, and 10.7%, respectively). In the needle essential oils a total of 58 individual components out of the 75 compounds detected could be identified. The major components of the oils were α-pinene (43.6%) i germakrene D (29.8%), comprising together in average 73.4% of the essential oil composition. Multivariate statistical analysis (PCA, CDA, and HCA) of used phytochemical markers showed, in general, a tendency to the formation of three populations groups (nigra, pallasiana, and banatica). Based on the terpene variability, populations Priboj and Goţ, determined as var. gocensis, showed a moderate tendency of separation from the first group (ssp. nigra), while based on n-alkane composition, population Priboj showed even a greater tendency of separation. It was assumed that taxon gocensis might be a transitional form between taxa nigra occurring in the west and pallasiana growing in the southeast of Serbia. We screened 114 trees from seven studied P. nigra populations from Serbia with nuclear (nrDNA), chloroplast (cpDNA) and mitochondrial (mtDNA) markers which have bi-parental, paternal and maternal inheritance, respectively, and different evolutionary rates to infer levels of genetic diversity and structuring within studied area. Due to the lack of nuclear microsatellites (nuSSRs) specifically developed for P. nigra, we employed three EST-SSRs developed for P. taeda for cross-species amplification in P. nigra. Although two EST-SSR loci were successfuly PCR-amplified in our samples, they were invariable and discarded from further analyses...