INSTYTUT DENDROLOGII

Procesy kształtujące zmienność genetyczną europejskich populacji kosodrzewiny (Pinus mugo Turra)

Złożone procesy demograficzne (tj. związane z historią populacji) i ewolucyjne mają wpływ na strukturę genetyczną populacji. Mutacje, rekombinacja, dryf genetyczny, proces hybrydyzacji i naturalna selekcja pozostawiają wzorce, które mogą zostać wykryte na poziomie genomu. Poziom zmienności genetycznej gatunków drzewiastych, jako długożyjących i charakteryzujących się wysoką częstością zapłodnień krzyżowych, jest bardzo wysoki, jednak ich zróżnicowanie międzypopulacyjne jest niewielkie z powodu intensywnego przepływu genów. Geograficzne rozmieszczenie zmienności genetycznej drzew leśnych zostało w głównej mierze ukształtowane w okresie polodowcowej rekolonizacji Europy, jednak trudno jest ocenić jak różne procesy wpłynęły na ten wzór.

Głównym celem mojej rozprawy doktorskiej była ocena jak różne procesy demograficzne i ewolucyjne przyczyniają się do obecnej zmienności genetycznej Pinus mugo Turra (kosodrzewiny) w Europie. Analizy obejmowały 21 populacji P. mugo (555 osobników) z terenów Alp, Sudetów, Karpat, Apeninów i Bałkanów, a także dwie strefy hybrydyzacyjne zajmowane przez P. mugo i taksony spokrewnione z tym gatunkiem. Zmienność genetyczna została przeanalizowana przy pomocy 13 jądrowych i 11 chloroplastowych markerów mikrosatelitarnych. Dodatkowa analiza porównawcza została przeprowadzona przy wykorzystaniu dostępnych danych dotyczących zmienności morfologicznej P. mugo (cechy igieł) oraz danych genetycznych.

Wyniki pokazały, że poziom zmienności genetycznej populacji P. mugo jest wysoki, jednak zróżnicowanie międzypopulacyjne jest niskie. Poziom i rozmieszczenie zmienności genetycznej wskazują, że zasięg P. mugo w okresie glacjałów w czasie plejstocenu był znacznie większy. Obecne populacje gatunku prawdopodobnie uległy niedawnemu zróżnicowaniu głównie w wyniku działania dryfu genetycznego. Izolacja na dystans oraz istnienie pewnych barier dla przepływu genów tłumaczą wzorzec zróżnicowania mikrosatelit chloroplastowych. Zgodnie z analizą mikrosatelit jądrowych populacje sudeckie zostały najprawdopodobniej zapoczątkowane przez migrantów alpejskich w wyniku tzw. efektu założyciela. Brak barier dla przepływu genów między Sudetami i Alpami popiera tę hipotezę. Porównanie danych genetycznych i morfologicznych wykazało, że wschodnie populacje P. mugo różnią się pod względem morfologicznym od innych populacji, jednak nie posiadają odmiennej puli genowej. Zatem zmienność morfologiczna P. mugo może (do pewnego stopnia) być kształtowana przez działanie selekcji naturalnej. W sympatrycznych populacjach P. mugo i taksonów spokrewnionych z tym gatunkiem można zaobserwować trwający proces hybrydyzacji, jednak możliwe historyczne procesy hybrydyzacji nie miały wpływu na obecną pulę genową allopatrycznych populacji tego gatunku.

Rezultaty moich badań dostarczają cennej wiedzy na temat współdziałania różnych procesów demograficznych i ewolucyjnych w kształtowaniu zmienności genetycznej P. mugo. Badania nad neutralną zmiennością genetyczną są niezbędne dla dalszych dociekań koncentrujących się wokół zagadnień genetycznych podstaw zmienności cech adaptacyjnych. Wiedza na temat potencjału adaptacyjnego i odpowiedzi gatunków drzewiastych na zmiany środowiska będzie także użyteczna dla rozwoju zrównoważonych programów hodowli i strategii zarządzania w celu zachowania zasobów genowych gatunków drzew leśnych.

Wyniki mojej rozprawy doktorskiej stanowią samodzielną i wyodrębnioną część pracy zbiorowej (6 publikacji), wykazującej mój indywidualny wkład przy opracowywaniu koncepcji, wykonywaniu części eksperymentalnej oraz opracowaniu i interpretacji wyników.