Population Structure of Pedunculate Oak (Quercus robur L.) in Lithuania Based on Analysis of Chloroplast DNA Haplotypes and Adaptive Traits

Abstract

Dabartinė klimato kaita ir jo permainingumas, ąžuolynų ir ąžuolo želdinių pažeidimų didėjimas dėl šalnų pakenkimo ir ligų bei vabzdžių masinių antplūdžių kelia grėsmę populiacijų išlikimui, genetinių išteklių išsaugojimui ir selekcijos plėtros galimybėms. Tyrimų tikslas buvo įvertinti poledynmečio migracijos ir populiacijų kilmės įtaką populiacinei struktūrai ir genetinei įvairovei sąryšyje su genetinės adaptacijos ateities klimatui galimybėmis, genetinių išteklių išsaugojimu ir selekcija. Paprastojo ąžuolo 29-ių Lietuvos populiacijų, kiekvienoje - 7-ių genotipų pavyzdžių chloroplastų DNR (cpDNR) tyrimai atlikti PGR-RFLP metodu atskleidė tris skirtingas populiacijų grupes. Rytų Lietuvos Semeliškių (Trakų), Dūkštų ir Paežerių (Vilniaus) bei Ignalinos ąžuolo populiacijos priklauso C linijos 2-jam haplotipui, migravusiam į Lietuvą iš pietų Italijos ledynmečio prieglobsčio zonos. Centrinėje - pietų Lietuvoje dominuoja 7-tasis haplotipas iš A linijos, kilęs iš šiaurės-vakarų Balkanų. Šiaurės vakarų Lietuvoje būdingi 5 ir 6-asis haplotipai iš A linijos, atkeliavę iš pietryčių Balkanų. Šis haplotipų pasiskirstymas gerai sutampa su ąžuolo kilmės rajonais, nustatytais pagal ąžuolynų našumo ir morfologinius požymius bei geografinių regionų ekoklimatinius parametrus. Tai rodo, kad poledynmečio migracijos srautai iš skirtingų ledynmečio prieglobsčio zonų populiacijų suformavo stambaus mastelio dėmių geografinę struktūrą - savitus kilmės rajonus, kuriuose, matyt, atsispindi ledynmečio laikotarpio populiacijų, išlikusių prieglobsčio zonose pietų Europoje, savybės. Tuo tarpu nerasta panašumų su populiacine struktūra, nustatyta pagal palikuonių svarbiausio adaptacinio požymio - fenologijos analizę

Present climate change and increased amplitude of its variation, increasing damages of pedunculate oak stands and plantations caused by spring frosts, fungi and insect outbreaks, threatens the survival of populations and rises the concern for gene conservation and tree breeding. This study aimed at defining the role of postglaciai migration routes and origin of populations on population structure and genetic variation in relation to possibilities for genetic adaptation for uncertain future climate, gene conservation and tree breeding. The PCR-RFLP analysis of chloroplast DNA of samples from 7 trees from each of 29 Lithuanian pedunculate oak populations revealed three distinct groups of populations. East Lithuanian populations Semeliskes (Trakai), Dukstos and Paezeriai (Vilnius) and Ignalina belong to the cpDNA haplotype 2 from C lineage that migrated to Lithuania from South Italian glacial refuge zone. Haplotype 7 from A lineage of the northern Balkans origin dominates in Central-South Lithuania, while haplotypes 5 and 6 from A lineage originating from the South-East Balkans are typical for West-North Lithuanian populations. This haplotype distribution in Lithuania well corresponds to the oak provenance regions that have been defined based on oak stands productivity and morphologic traits and on eco-climatic parameters of geographic regions. It indicates that separate migration routes of pedunculate oak from different ice age refuge populations across Lithuania contributed to formation of large scale patchy geographical structure, provenance regions in Lithuania and probably reflect features of the former ice age populations that survived in refuge zones in southern Europe. However, no similarities were found with population structure that was defined by analysis of phenology, most important adaptive trait