Historia populacji i procesy selekcyjne blisko spokrewnionych gatunków sosen górskich (rodzaj Pinus) w Europie
Loading...
Date
2022
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Population history and selection in closely related mountain pine species (genus Pinus) in Europe
Abstract
Sosna górska (Pinus mugo Turra) i sosna hakowata (P. uncinata Ramond ex DC.) stanowią parę taksonów siostrzanych o słabo rozpoznanej historii ewolucyjnej i relacjach pokrewieństwa. Oba gatunki zasiedlają stanowiska rozrzucone w subalpejskim paśmie europejskich masywów górskich, niemniej różnią się pod względem pewnych cech fenotypowych i ekologicznych. Razem z blisko spokrewnionym taksonem referencyjnym – sosną zwyczajną (Pinus sylvestris L.), stanowiły układ porównawczy w badaniach genetycznych podstaw przystosowań drzew leśnych do warunków wysokogórskich. Pierwszym etapem badań były analizy filogeograficzne dotyczące relacji istniejących pomiędzy i w obrębie naturalnych populacji tych taksonów. Rekonstrukcje oparte na polimorfizmie nowo opracowanych markerów mtDNA rzuciły światło na obecną strukturę genetyczną populacji oraz możliwe historyczne drogi ich migracji. Pozwoliły także, po raz pierwszy, na rozróżnienie P. mugo i P. uncinata za pomocą markerów olekularnych. Zmienność genomu jądrowego, eksplorowana w kolejnych etapach badań, polegała na analizie danych genotypowych otrzymanych dzięki zastosowaniu macierzy SNP oraz informacji uzyskanych z sekwencjonowania transkryptomów reprezentatywnej grupy osobników tych trzech taksonów. Badania te wyłoniły szereg genów odbiegających wzorcem zróżnicowania pomiędzy taksonami od zmienności ich neutralnego tła genetycznego. Funkcje wielu z tych genów kandydackich można wiązać z przystosowaniami do wymagań środowisk wysokogórskich, co czyni je wartościowym punkt odniesienia dla dalszych analiz w tym zakresie.
Dwarf mountain pine (Pinus mugo Turra) and Pyrenean pine (P. uncinata Ramond ex DC.) constitute a pair of sister taxa with poorly understood evolutionary history and relationships. Both species inhabit sites scattered in the subalpine belt of European mountain ranges, but they differ in phenotypically and ecologically. Together with a closely related reference taxon - Scots pine (Pinus sylvestris L.), they formed comparative system for study of the genetic basis of the adaptation of forest trees to high mountain conditions. The phylogeographic analysis of the relationships between and within natural populations of these taxa was first stage of the research. Reconstructions based on the polymorphism of a set of newly developed mtDNA markers shed light on the current genetic structure of their populations and possible historical routes of their migration. They also allowed, for the first time, to distinguish P. mugo and P. uncinata using molecular markers. The nuclear genome variation was explored in subsequent stages of the research. It involved the analysis of data obtained through sequence genotyping with the use of the SNP matrix and of information gained from transcriptome sequencing in a representative group of individuals from the three taxa. These studies revealed a number of genes that departed in pattern of differentiation between taxa from the variation observed in neutral genetic background. Functions of many of these candidate genes can be associated with adaptations to the requirements of high mountain environments, which makes them a valuable reference point for further analyzes in this area.
Dwarf mountain pine (Pinus mugo Turra) and Pyrenean pine (P. uncinata Ramond ex DC.) constitute a pair of sister taxa with poorly understood evolutionary history and relationships. Both species inhabit sites scattered in the subalpine belt of European mountain ranges, but they differ in phenotypically and ecologically. Together with a closely related reference taxon - Scots pine (Pinus sylvestris L.), they formed comparative system for study of the genetic basis of the adaptation of forest trees to high mountain conditions. The phylogeographic analysis of the relationships between and within natural populations of these taxa was first stage of the research. Reconstructions based on the polymorphism of a set of newly developed mtDNA markers shed light on the current genetic structure of their populations and possible historical routes of their migration. They also allowed, for the first time, to distinguish P. mugo and P. uncinata using molecular markers. The nuclear genome variation was explored in subsequent stages of the research. It involved the analysis of data obtained through sequence genotyping with the use of the SNP matrix and of information gained from transcriptome sequencing in a representative group of individuals from the three taxa. These studies revealed a number of genes that departed in pattern of differentiation between taxa from the variation observed in neutral genetic background. Functions of many of these candidate genes can be associated with adaptations to the requirements of high mountain environments, which makes them a valuable reference point for further analyzes in this area.
Description
Wydział Biologii
Sponsor
Wykonanie niniejszej pracy odbyło się w ramach realizacji projektu badawczego nr 2015/19/B/NZ9/00024, pt. „Genomika środowiskowa wybranych gatunków sosen (rodzaj Pinus) w Europie”, przyznanego prof. dr. hab. Witoldowi Wachowiakowi w ramach konkursu OPUS 10, finansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki, w którym autorka była zatrudniona w roli wykonawcy na stanowisku doktoranta-stypendysty.
Autorka uzyskała również środki finansowe na ukończenie rozprawy doktorskiej w ramach projektu „Paszport do przyszłości – Interdyscyplinarne studia doktoranckie na Wydziale Biologii UAM” (POWR.03.02.00-00-I006/17); stypendium to było współfinansowane ze środków Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu oraz Europejskiego Funduszu Społecznego.
W badaniach przedstawionych w niniejszej pracy wykorzystano również materiał badawczy i/ lub dane uzyskane przy wsparciu następujących projektów:
- 2017/27/B/NZ9/00159 pt. Rewizja wzorów migracji-selekcji sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) z wykorzystaniem nowatorskich podejść genomicznych; projekt finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki,
- NE/K012177/1 pt. Population genomics and evolution of adaptive traits in Pines; projekt finansowany ze środków Natural Environment Research Council, UK,
- BB/L012243/1 pt. Promoting resilience of UK tree species to novel pests and pathogens: ecological and evolutionary solutions; projekt finansowany ze środków Biotechnology and Biological Sciences Research Council, UK.
Keywords
adaptacje wysokogórskie, filogeografia, geny kandydackie, Pinus mugo, Pinus uncinata, candidate genes, high-altitude adaptations, phylogeography, Pinus mugo, Pinus uncinata