Γενετική ανάλυση σποροπαραγωγού κήπου χαλεπίου πεύκης (Pinus halepensis Mill.)

Abstract

Seed orchards represent the link between tree breeding and silvicultural activities. Genetic gain and genetic diversity delivered by seed orchards is calculated under the assumption of panmixia: the mating system is random, all individuals participate equally and there is no asynchrony in flowering. These ideal expectations are many times not fulfilled in practice and deviation of randomness, equality and synchrony makes genetic gain and diversity unpredictable. In a Greek Aleppo pine seed orchard constituted of 76 clones, represented by 35 ramets each, seven microsatellite genetic markers were used to genotype 41 orchard parents, of 33 clones (43,4% of total number of available genotypes) and 534 progeny individuals. Genotype data was analyzed using the multilocus mating system program (MLTR) to estimate genetic diversity and mating system parameters. Ramets of eight clones were DNA fingerprinted to assign proper clonal identity in the orchard. Additionally, 33 clones from the seed orchard and 48 trees from the aleppo pine natural population of N. Euboea (the population of origin of the orchard clones) were genotyped using isoenzyme markers to compare genetic diversity and genetic distribution between seed orchard and source population. In total, 648 individuals were used and more than 4,500 genetic loci were recorded. Cone morphometric characteristics of 220 cones, seed morphometric characteristics, the proportion of full seeds and the weight of 1,000 seeds were evaluated in 1,230 seeds, of 41ramets of 33 clones. The percentage of full seeds was high (~85%). From the analyses of mating system parameters, it was concluded that the mating system in the orchard is outcrossing. There is no considerable inbreeding in the orchard and the probability of selfing is negligible. The observed heterozygosity of orchard genotypes and of their progeny was high. The seed orchard exhibits, random gene flow and the produced genetic material (seeds) is representative of parents genetic diversity and distribution. From an analysis of paternity correlation, it was concluded that the plus-tree selection from the source population was performed in scientifically rigorous way and the number of selected clones is considered sufficient for genetic diversity conservation. From a comparison between seed orchards clones and their source natural population it was deduced that the selected plus trees are representative of the genetic diversity of the natural population. This genetic diversity is transferred it to the seed crop. Consequently, the seed orchard's crop retains a broad genetic base, represents its genetic diversity of the plus trees and its wide use in areas of suitable ecological conditions taking into account the results of provenance testing.

Οι σποροπαραγωγοί κήποι αποτελούν τη σύνδεση μεταξύ τη γενετικής βελτίωσης και της δασοπονίας. Το γενετικό κέρδος και η γενετική ποικιλότητα που παρέχουν υπολογίζονται με τη θεώρηση της πανμειξίας: οι διασταυρώσεις που λαμβάνουν χώρα είναι τυχαίες, όλα τα άτομα του κήπου συμμετέχουν εξίσου και υπάρχει συγχρονισμός άνθισης. Αυτές οι υψηλές προσδοκίες πολλές φορές δεν ικανοποιούνται στην πράξη και οι αποκλείσεις από το σύστημα των τυχαίων συζεύξεων καθιστούν εν πολλοίς απρόβλεπτο το γενετικό κέρδος και τη γενετική ποικιλότητα του παραγόμενου σπόρου. Στο σποροπαραγωγό κήπο χαλεπίου πεύκης της Αμφιλοχίας που περιλαμβάνει 76 κλώνους (άριστους φαινοτύπους) σε 35 αντίγραφα τον καθένα, γενοτυπήθηκαν 41 άτομα 33 κλώνων (43,4% του συνόλου των κλώνων) και 534 απόγονοι αυτών με τη χρήση επτά μικροδορυφορικών γενετικών δεικτών. Από τα δεδομένα που προέκυψαν, εκτιμήθηκαν οι παράμετροι του συστήματος συζεύξεων και οι παράμετροι γενετικής ποικιλότητας του κήπου. Για οκτώ κλώνους έγινε γενετική ανίχνευση της πιστότητας των αντιγράφων τους στον κήπο. Επιπλέον, με τη χρήση ισοενζυμικών δεικτών, γενοτυπήθηκαν 33 κλώνοι του κήπου και 48 άτομα από το φυσικό πληθυσμό χαλεπίου πεύκης της Β. Εύβοιας, από τον οποίο προέρχεται το γενετικό υλικό του κήπου. Συνολικά γενοτυπήθηκαν 648 γενότυποι και η βάση δεδομένων περιείχε περισσότερες από 4500 καταγραφές γονιδιακών θέσεων. Μετρήθηκαν επίσης τα μορφολογικά γνωρίσματα 220 κώνων και 1.230 σπερμάτων 41 ατόμων 33 κλώνων, καθώς και το ποσοστό πλήρων σπερμάτων και το βάρος χιλίων σπερμάτων. Το ποσοστό πλήρων σπερμάτων ήταν υψηλό (~85%). Από τα γενετικά δεδομένα που προέκυψαν, έγινε σύγκριση των γενετικών παραμέτρων του σποροπαραγωγού κήπου με αυτές του φυσικού πληθυσμού. Από τις εκτιμήσεις των παραμέτρων των συστημάτων συζεύξεων προέκυψε ότι το σύστημα συζεύξεων στο κήπο είναι κατά κύριο λόγο η ετερογαμία, δεν υφίσταται αξιόλογη ομομειξία και οι πιθανότητες αυτογονιμοποίησης είναι μηδαμινές. Το ποσοστό ετεροζυγωτίας των ατόμων του κήπου και του παραγόμενου σπόρου είναι υψηλό. Ο κήπος παρουσιάζει καλή αναπαραγωγική δομή, η ροή γονιδίων είναι τυχαία και το παραγόμενο γενετικό υλικό είναι αντιπροσωπευτικό του γενετικού υλικού του κήπου. Από τη συσχέτιση πατρότητας προέκυψε ότι η επιλογή αρίστων φαινοτύπων από το φυσικό πληθυσμό έγινε με τον ενδεδειγμένο τρόπο, ότι ο αριθμός των κλώνων που επιλέχθηκε για την εγκατάσταση του κήπου θεωρείται και από πλευράς ανάλυσης της γενετικής ποικιλότητας ως ικανοποιητικός για τη διατήρηση του συστήματος σύζευξης του είδους και για την αντιπροσώπευση της γενετικής ποικιλότητας των γονεϊκών ατόμων στον παραγόμενο σπόρο. Από τη σύγκριση των ατόμων του κήπου με το φυσικό πληθυσμό από τον οποίο προέρχεται το γενετικό υλικό, διαπιστώθηκε ότι τα επιλεγμένα άτομα που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία του κήπου, διατηρούν τη γενετική ποικιλότητα του μητρικού πληθυσμού και τη μεταφέρουν στον παραγόμενο σπόρο. Συνεπώς ο σπόρος του κήπου διατηρεί ευρεία γενετική βάση, αντιπροσωπεύει τη γενετική ποικιλότητα των επιλεγμένων αρίστων φαινοτύπων και συνιστάται η ευρεία χρήση του στις περιοχές που προσδιορίζονται από το οικολογικό εύρος του είδους και της προέλευσης.