Genetic Diversity and Differentiation of Siberian Stone Pine (Pinus sibirica Du Tour) Populations in the Cis-Urals and Urals

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Genetic diversity in populations from the western part of the Siberian stone pine, Pinus sibirica Du Tour, range was studied using the analysis of allozyme genotypes of adult trees. It was found that the Cis-Urals and Urals populations have similar patterns of genetic variability and are combined into two close groups that differ from the population from Western Siberia. The parameters of intrapopulation diversity of the studied samples in the western part of the range were lower than in the central part, according to previously obtained data. The clinal nature of variability at some allozyme loci, apparently, reflects both the dispersal of the species in a northwestern direction from the Ural refugium, and may be the result of adaptation of populations to the climatic conditions of the Cis-Urals and the Urals. The current dynamics of the range are due to climatic changes and anthropogenic influences, which cause fragmentation of the western border of the species' distribution and can lead to the extinction of individual island populations.

About the authors

E. A. Petrova

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems Siberian Branch Russian Academy of Sciences

Email: e_a_petrova@mail.ru
Russian Federation, Tomsk, 634055

M. M. Belokon

Vavilov Institute of General Genetics Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: belokon@vigg.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

Y. S. Belokon

Vavilov Institute of General Genetics Russian Academy of Sciences

Email: belokon@vigg.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

E. A. Mudrik

Vavilov Institute of General Genetics Russian Academy of Sciences

Email: belokon@vigg.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

O. E. Valuyskikh

Institute of Biology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: belokon@vigg.ru
Russian Federation, Syktyvkar, 167982

S. N. Goroshkevich

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems Siberian Branch Russian Academy of Sciences

Email: belokon@vigg.ru
Russian Federation, Tomsk, 634055

D. V. Politov

Vavilov Institute of General Genetics Russian Academy of Sciences

Email: belokon@vigg.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  1. Hamrick J.L., Godt M.J., Sherman-Broyles S.L. Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species // New Forests. 1992. V. 6. P. 95–124. https://doi.org/10.1007/BF00120641
  2. Hamrick J.L., Godt M.J.W. Conservation genetics of endemic plant species // Conservation Genetics: Case Histories from Nature / Eds. Avise J., Hamrick J. N. Y.: Chapman & Hall, 1996. P. 281–304. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-2504-9_9
  3. Aitken S.N., Libby W.J. Evolution of the pygmy-forest edaphic subspecies of Pinus contorta across an ecological staircase // Evolution. 1994. V. 48. № 4. P. 1009–1019. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1994.tb05289.x
  4. Ledig F.T. Founder effects and the genetic structure of Coulter pine // J. Heredity. 2000. V. 91. № 4. P. 307–315. https://doi.org/10.1093/jhered/91.4.307
  5. Guries R.P., Ledig F.T. Genetic diversity and population structure in pitch pine (Pinus rigida Mill.) // Evolution. 1982. V. 36. № 2. P. 387–402. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1982.tb05055.x
  6. Li P., Adams W.T. Range-wide patterns of allozyme variation in Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) // Can. J. Forest Research. 1989. V. 19. № 2. P. 149–161. https://doi.org/10.1139/x89-022
  7. Muona O., Paule L., Szmidt A.E., Karkkainen K. Mating system analysis in a Central and Northern European population of Picea abies // Scandinavian J. Forest Research. 1990. V. 5. P. 97–102. https://doi.org/10.1080/02827589009382596
  8. Hamann A., El-Kassaby Y.A., Koshy M.P., Namkoong G. Multivariate analysis of allozymic and quantitative trait variation in Alnus rubra: geographic patterns and evolutionary implications // Can. J. Forest Research. 1998. V. 28. № 10. P. 1557–1565. https://doi.org/10.1139/x98-135
  9. Beaulieu J., Simon J.P. Genetic structure and variability in Pinus strobus in Quebec // Can. J. Forest Research. 1994. V. 24. № 8. P. 1726–1733.
  10. Gamache I., Jaramillo-Correa J.P., Payette S., Bousqu-et J. Diverging patterns of mitochondrial and nuclear DNA diversity in subarctic black spruce: imprint of a founder effect associated with postglacial colonization // Mol. Ecology. 2003. V. 12. № 4. P. 891–901. https://doi.org/10.1046/j.1365-294x.2003.01800.x
  11. Kramer A.T., Ison J.L., Ashley M.V., Howe H.F. The paradox of forest fragmentation genetics // Conservation Biology. 2008. V. 22. № 4. P. 878–885. https://doi.org/10.1111/j.1523-1739.2008.00944.x
  12. Семечкин И.В., Поликарпов Н.П., Ирошников А.И. Кедровые леса Сибири. Новосибирск, 1985. 257 с.
  13. Дроздов И.И., Янгутов А.И. Кедр сибирский в Нечерноземье // Лесное хозяйство. 1988. № 1. С. 45–46.
  14. Игнатенко М.М. Сибирский кедр (биология, интродукция, культура). М.: Наука, 1988. 160 с.
  15. Бродников С.Н., Лазарева С.М. Культуры сосны кедровой сибирской в лесах Среднего Поволжья // Вестник Поволжского гос. технологического ун-та. Серия Лес. Экология. Природопользование. 2016. № 3 (31). С. 19–29. https://doi.org/10.15350/2306-2827.2016.3.19
  16. Бобров Е.Г. Лесообразующие хвойные СССР. Л.: Наука, 1978. 189 с.
  17. Ирошников А.И. Биоэкологические свойства и изменчивость кедра сибирского / Кедровые леса Сибири. Новосибирск: Наука, 1985. С. 8–40.
  18. Мамаев С. А. Виды хвойных на Урале и их использование в озеленении. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. 111 с.
  19. Усольцев В.А., Курдышев В.В. Об экологии и географии кедра сибирского. Екатеринбург: УГЛТУ, 2011. С. 53–55.
  20. Красная книга Республики Коми / Под ред. Дёгтевой С.В. Сыктывкар: ООО «Коми республиканская типография», 2019. 768 с.
  21. Горчаковский П.Л. Флора и растительность высокогорий Урала / Труды Института биологии АН СССР, Уральский филиал. Свердловск, 1966. 270 с.
  22. Крутовский К.В., Политов Д.В., Алтухов Ю.П. и др. Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. Сообщение IV. Генетическое разнообразие и степень генетической дифференциации между популяциями // Генетика. 1989. Т. 25. № 11. С. 2009–2032.
  23. Политов Д.В., Крутовский К.В., Алтухов Ю.П. Характеристика генофондов популяций кедровых сосен по совокупности изоферментных локусов // Генетика. 1992. Т. 28. № 1. С. 93–114.
  24. Подогас А.В. Генетическая дифференциация рода Pinus по аллозимным локусам: Дис. … канд. биол. наук. М.: ИОГен, 1993. 154 с.
  25. Гончаренко Г.Г., Силин А.Е. Популяционная и эволюционная генетика сосен Восточной Европы и Сибири. Минск: Тэхналогiя, 1997. 191 с.
  26. Политов Д.В. Генетика популяций и эволюционные взаимоотношения видов сосновых (сем. Pinaceae) Северной Евразии: Дис. … докт. биол. наук. М.: ИОГен, 2007. 432 с.
  27. Петрова Е.А., Горошкевич С.Н., Белоконь М.М. и др. Генетическое разнообразие кедра сибирского Pinus sibirica Du Tour: распределение вдоль широтного и долготного профилей // Генетика. 2014. Т. 50. № 5. С. 538–553. https://doi.org/10.7868/S0016675814050105
  28. Петрова Е.А., Велисевич С.Н., Белоконь М.М. и др. Генетическое разнообразие и дифференциация популяций кедра сибирского на южной границе ареала в равнинной части Западной Сибири // Экол. генетика. 2014. Т. 12. № 1. C. 48–61.
  29. Shuvaev D.N., Ibe A.A. Genetic structure and postglacial recolonization of Pinus sibirica Du Tour in the West Siberian Plain, inferred from nuclear microsatellite markers // Silvae Genetica. 2021. V. 70. P. 99–107. https://doi.org/10.2478/sg-2021-0008
  30. Shuvaev D.N., Semerikov V.L., Kuznetsova G.V. et al. Late Quaternary history of Siberian stone pine as revealed by genetic and paleoecological data // Tree Genetics & Genomes. 2023. V. 19, 16. https://doi.org/10.1007/s11295-023-01592-z
  31. Clayton J.W., Tretiak D.N. Amino-citrate buffers for pH control in starch gel electrophoresis // J. Fisheries Res. Board Canada. 1972. V. 29. P. 1169–1172. https://doi.org/10.1139/f72-172
  32. Markert C.L., Faulhaber I. Lactate dehydrogenase isozyme patterns in fish // J. Exp. Zool. 1965. V. 159. № 2. P. 319–332. https://doi.org/10.1002/jez.1401590304
  33. Manchenko G.P. Handbook of Detection of Enzymes on Electrophoretic Gels. CRC Press, 1994. 574 p.
  34. Крутовский К.В., Политов Д.В., Алтухов Ю.П. Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. Сообщение I. Механизмы генного контроля изоферментных систем // Генетика. 1987. Т. 23. № 12. С. 2216–2228.
  35. Politov D.V., Belokon M.M., Maluchenko O.P. et al. Genetic evidence of natural hybridization between Siberian stone pine, Pinus sibirica Du Tour, and dwarf Siberian pine, P. pumila (Pall.) Regel // Forest Genetics. 1999. V. 6. № 1. P. 41–48.
  36. Белоконь М.М., Белоконь Ю.С., Политов Д.В., Алтухов Ю.П. Аллозимный полиморфизм европейской кедровой сосны (Pinus cembra L.) в горных популяциях Альп и Восточных Карпат // Генетика. 2005. Т. 41. № 11. С. 1538–1551.
  37. Белоконь М.М. Генетическая структура популяций сосны корейской и сосны кедровой европейской и родственные связи видов секции Strobus рода Pinus: Дис. … канд. биол. наук. М.: ИОГен, 2007. 154 с.
  38. Peakall R., Smouse P.E. GenAIEx V6: Genetic analysis in excel. Population genetic software for teaching and research // Mol. Ecology Notes. 2006. V. 6. P. 288–295. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2005.01155.x
  39. Peakall R., Smouse P.E. GenAIEx V6.5: Genetic analysis in excel. Population genetic software for teaching and research-an update // Bioinformatics. 2012. V. 28. № 19. P. 2537–2539. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts460
  40. Yeh F.C., Yang R., Boyle T. POPGENE (version 1.32): Microsoft Windows-based freeware for population genetic analysis. Univ. Alberta, Center Int. Forest. Res.: Edmonton, 1999.
  41. Wright S. Evolution and the genetics of population. Variability within and among natural populations. V. 4. Chicago, Illinois: Univ. Chicago Press, 1978. 580 p.
  42. Nei M. Genetic distance between populations // The Am. Naturalist. 1972. V. 106. P. 283–292.
  43. Mantel N. The detection of disease clustering and a generalized regression approach // Cancer Res. 1967. № 27. P. 209–220.
  44. StatSoft I. STATISTICA for Windows [Computer program manual]. Tulsa, OK: StatSoft, Inc., 1998.
  45. Pritchard J.K., Stephens M., Donnelly P. Inference of Population Structure Using Multilocus Genotype Data // Genetics. 2000. V. 155. P. 945–959.
  46. Falush D., Stephens M., Pritchard J.K. Inference of population structure using multilocus genotype data: linked loci and correlated allele frequencies // Genetics. 2003. V. 164. № 4. P. 1567–1587.
  47. Evanno G., Regnaut S., Goudet J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: A simulation study // Mol. Ecology. 2005. V. 14. P. 2611–2620. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x
  48. Kopelman N.M., Mayzel J., Jakobsson M. et al. Clumpak: A program for identifying clustering modes and packaging population structure inferences across K // Mol. Ecol. Resources. 2015. V. 15. № 5. P. 1179–1191. https://doi.org/10.1111/1755-0998.12387
  49. Рысин Л.П. Кедровые леса России. М.: Тов-во науч. изданий КМК, 2011. 240 с.
  50. Шиятов С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале. М.: Наука, 1986. 136 с.
  51. Непомилуева Н.И. Кедр сибирский Pinus sibirica Du Tour на северо-востоке европейской части СССР. Л.: Наука, 1974. 184 с.
  52. Политов Д.В., Крутовский К.В. Генетическая изменчивость сибирской кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour. Сообщение V. Анализ системы скрещивания // Генетика. 1990. Т. 26. № 11. С. 2002–2011.
  53. Политов Д.В., Пирко Н.Н., Пирко Я.В. и др. Система скрещивания и возрастная динамика уровней инбридинга в популяциях Pinus cembra L. Украинских Карпат // Наук. зап. Тернопiльського нац. пед. ун-ту iм. Володимира Гнатюка. Серiя: бiологiя. 2007. № 3 (33). С. 80–85.
  54. Davis M.B., Shaw R.G. Range shifts and adaptive responses to Quaternary climate change // Science. 2001. V. 292. P. 673–679. https://doi.org/10.1126/science.292.5517.673
  55. Латкин В.Н. Дневник Василия Николаевича Латкина, во время путешествия на Печору, в 1840 и 1843 годах. Импер. Академия наук, 1853. 305 с.
  56. Шиятов С.Г. Динамика древесной и кустарниковой растительности в горах Полярного Урала под влиянием современных изменений климата. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 215 с.
  57. Дубровский Ю.А., Жангуров Е.В., Старцев В.В. и др. Хвойные леса южной части национального парка "Югыд ва" (Республика Коми, бассейны рек Щугор и Подчерем) // Тр. Карельского науч. центра РАН. 2019. № 1. С. 22–43. https://doi.org/10.17076/bg883
  58. Мамаев С.А., Попов П.П. Ель сибирская на Урале: внутривидовая изменчивость и структура популяций. М.: Наука, 1989. 104 с.
  59. Ларин В.Б. Кедр сибирский. Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1980. 96 с.
  60. Секерин Е.М., Залесов С.В., Юровских Е.В., Магасумова А.Г. Создание лесных культур кедра сибирского на заброшенных сельскохозяйственных угодьях // Лесотехнические университеты в реализации концепции возрождения инженерного образования: социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Материалы X межд. научно-техн. конф. Екатеринбург, 2015. С. 255–257.
  61. Коновалова М.Е., Данилина Д.М., Назимова Д.И. Формирование кедровников рубками ухода в черневом поясе Западного Саяна // Лесоведение. 2017. № 5. C. 16–27. https://doi. org/10.7868/S0024114817050023
  62. Терехов Г.Г., Усольцев В.А., Луганский Н.А., Колтунова А.И. Состояние и рост культур кедра сибирского в подзоне южной тайги среднего Урала // Изв. ОГАУ. 2015. № 2 (52). С. 13–16.
  63. Tarasov P.E., Volkova V.S., Webb T. et al. Last glacial maximum biomes reconstructed from pollen and plant macrofossil data from Northern Eurasia // J. Biogeogr. 2000. V. 27 (3). P. 609–620. https://doi. org/ 10. 1046/j. 1365- 2699. 2000. 00429.x).
  64. Kremenetski C.V., Sulerzhitsky L.D., Hantemirov R. Holocene history of the northern range limits of some trees and shrubs in Russia // Arctic and Alpine Research. 1998. V. 30. № 4. P. 317–333.
  65. Бляхарчук Т.А. Послеледниковая динамика растительного покрова Западно-Сибирской равнины и Алтае-Саянской горной области: Дис. … докт. биол. наук. 2010. Томск: ТГУ, 519 с.
  66. Поликарпов Н.П., Назимова Д.И. Темнохвойные леса северной части Западного Саяна // Науч. тр. Ин-та леса и древесины СО АН СССР. Т. 7. Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1963. С. 103–147.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».