Assessment of genetic variability of scots pine plus trees on forest-seed plantations in Bashkir Cis-Urals

The taxation indicators of clones, families of plus trees of Scots pine and artificial plantations of the species were studied according to the main morphometric features of the trunks. An advantage was revealed in the growth of clone offspring of plus trees, in comparison with family offspring and trees in culturcenoses. Studies assessing genetic variation in Scots pine using ISSR markers revealed different levels of polymorphic loci. In the offspring of plus trees on forest-seed plantations, this indicator ranged from 67,71 to 70,83 %, and it ranged from 60,42 to 63,54 % in the stands of artificial plantations. – The generalized indicators for all investigated forest-seed plantations, by the proportion of polymorphic loci were 82,29 %, artificial plantings – 61,98 %, genetic diversity and Shannon index 0,239 and 0,332, respectively, which indicates a fairly high level of plant variability.

As a result of genetic studies, a high polymorphism of ordinary pine clones was revealed on forest-seed plantations in the Bashkir Сis-Urals. The obtained information on the genetic and phenotypic heterogeneity of clones of plus trees of this species is an important basis for scientifically substantiated selection and selection of valuable genotypes for certification of existing and creation forest-seed plantations of a higher genetic level.

1. Belokon Yu. S., Gordeeva N. V., Gordon N. Yu., Belokon M. M., Politov D. V. Primenenie DNKmarkerov dlya pasportizacii LSP i sertifikacii semyan hvojnyh porod // Lesohozyajstvennaya informaciya. 2008. № 3-4. S. 35–38.

2. Bondarenko A. S., Zhigunov A. V. Statisticheskaya obrabotka materialov lesovodstvennyh issledovanij. SPb. : Politekhnicheskij universitet, 2016. 125 s.

3. Boronnikova S. V., Nechaeva Yu. S., Prishnivskaya Ya. V., Boboshina I. V. Geneticheskaya izmenchivost, struktura i differenciaciya populyacij sosny obyknovennoj (Rinus sylvestris l.) na Severo-Vostoke Russkoj ravniny po dannym molekulyarno-geneticheskogo analiza // Genetika. 2015. T. 51, № 12. S. 1401–1409.

4. Butorina A. K., Mashkina O. S., Kamalova I. I. Ispolzovanie molekulyarnyh markerov v genetike, selekcii i semenovodstve lesnyh drevesnyh rastenij // Lesnye kul’tury, selekciya drevesnyh porod na yuge Russkoj ravniny : materialy mezhregion. konf., posvyashchennaya 95-letiyu so dnya rozhd. doc. En’kovoj Elizavety Ivanovny. Voronezh : VGLTA. 2007. S. 10–35.

5. Efimov Yu. P. Sovremennye problemy i perspektivy uluchsheniya lesov selekcionno-geneticheskimi metodami // Lesohozyajstvennaya informaciya. 2008. № 3-4. S. 30–32.

6. Zacepina K. G., Ekart A. K., Tarakanov V. V. Genotipirovanie derevev na klonovyh plantaciyah hvojnyh lesoobrazuyushchih vidov v Zapadnoj Sibiri // Hvojnye boreal’noj zony. 2012. T. 30, № 1-2. S. 67–71.

7. Ivanovskaya S. I., Homchenko E. N., Novikova O. M. Molekulyarno-geneticheskij analiz Pinus sylvestris L. na lesosemennyh plantaciyah // Problemy lesovedeniya i lesovodstva: sbornik nauchnyh trudov ILNAN Belarusi. Vyp. 67. Gomel’ : ILNAN Belarusi, 2007. S. 155–162.

8. Ivanovskaya S. I. Geneticheskij potencial sosnovyh nasazhdenij Polesskogo lesosemennogo rajona na osnove molekulyarno-geneticheskogo analiza // Trudy BGTU. Ser. 1: Lesnoe hozyajstvo. 2012. № 1(148). S. 168–171.

9. Ivanovskaya S. I. Ocenka genofonda sosny obyknovennoj (Pinus sylvestris l.) v plyusovyh nasazhdeniyah Belarusi po dannym izofermentnogo analiza. [Elektronnyj resurs] / Elektron. dan. // Trudy BGTU. № 1. Lesnoe hozyajstvo. 2014. № 1(165). S. 130–134.

10. Kalchenko L. I., Tarakanov V. V. Poetapnaya pasportizaciya derevev na klonovyh plantaciyah sosny obyknovennoj: ispol’zovanie metoda fenetiki // Hvojnye boreal’noj zony. 2010. T. XXVII, № 1-2. S. 87–90.

11. Kamalov R. M., Petyurenko M. Yu., Degtyareva A. P. Izmenchivost pokazatelej molekulyarnyh markerov u klonov plyusovyh derevev sosny obyknovennoj Pinus sylvestris L. // Trudy Sankt-Peterburgskogo NII lesnogo hozyajstva. 2022. № 3. S. 4–13.

12. Krivorotova T. N., Shejkina O. V. Geneticheskaya struktura lesosemennyh plantacij i nasazhdenij sosny obyknovennoj v Srednem Povolzhe // Vestnik Povolzh-skogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie. 2014. № 1(21). S. 77–86.

13. Larionova A. Ya. Geneticheskaya izmenchivost sosny obyknovennoj v yugo-vostochnoj chasti areala // Genetika. 2002. T. 38, № 12. S. 1641–1647.

14. Lakin G. F. Biometriya. 3-e izd., pererabotannoe i dop. M. : Vysshaya shkola, 1980. 293 s.

15. Mamaev S. A. Formy vnutrividovoj izmenchivosti drevesnyh rastenij na Urale (na primere sem. Pinaceae). M. : Nauka, 1972. 284 s.

16. Milyutina T. N., Shejkina O. V., Novikov P. S. Molekulyarno-geneticheskie issledovaniya izmenchivosti klonov plyusovyh derevev Pinus sylvestris po ISSRmarkeram // Hvojnye borealnoj zony. 2013. № 1-2. T. XXXI. S. 102–105.

17. Novikov P. S., Shejkina O. V. ISSR-analiz derevev sosny obyknovennoj (Pinus sylvestris) razlichnyh selekcionnyh kategorij // Nauchnyj zhurnal KubGAU. 2012. № 82 (08). S. 100–112.

18. Novikov P. S., Shejkina O. V., Milyutina T. N. Izmenchivost plyusovyh derevev sosny obyknovennoj na arhive klonov po ISSR-markeram // Vestnik Marijskogo gos. tekhnich. un-ta. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopolzovanie. 2011. № 3. S. 82–87.

19. Politov D. V. Primenenie molekulyarnyh markerov v lesnom hozyajstve dlya identifikacii, inventarizacii i ocenki geneticheskogo raznoobraziya lesnyh resursov // Lesohozyajstvennaya informaciya. 2008. № 3-4. S. 24–27.

20. Fedorkov A. L. Genomnyj otbor v lesnoj selekcii // Sibirskij lesnoj zhurnal. 2020. № 6. S. 86–90.

21. Carev A. P., Laur N. V. Genotipicheskaya ocenka plyusovyh derevev sosny obyknovennoj po rostu ih vegetativnogo potomstva // Nauka o lese: istoriya, sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya (posvyashchena 75-letiyu instituta lesa HAH Belarusi), 2005. Gomel’: Belarus’. S. 252254.

22. Cibulskij V. R., Arefev S. P., Novikov V. P., Solovev I. G., Govorkov D. A. Opredelenie indeksa bioraznoobraziya Shennona rastitelnyh soobshchestv, obrazovannyh derevyami-edifikatorami na primere lesov severa Zapadnoj Sibiri // Vestnik NVGU. 2021. № 24(54). S. 32–38.

23. Shejkina O. V., Gladkov Yu. F. Obosnovanie pokazatelej geneticheskogo raznoobraziya dlya lesosemennyh plantacij sosny obyknovennoj v Respublike Marij El // Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016. № 4(60). S. 73–76.

24. Shejkina O. V., Romanov E. M. SSR-analiz plyusovyh derevev sosny obyknovennoj iz Respubliki Marij El // Lesohozyajstvennaya informaciya 2023. № 2. S. 91–101.

25. Shigapov Z. H., Bahtiyarova R. M., Yanbaev Yu. A. Geneticheskaya izmenchivost i differenciaciya prirodnyh populyacij sosny obyknovennoj (Pinus sylvestris L.) // Genetika. 1995. T. 31, № 10. S. 1386–1393.

26. Shigapov Z. H. Sravnitelnyj geneticheskij analiz lesosemennyh plantacij i prirodnyh populyacij sosny obyknovennoj // Lesovedenie. 1995. № 3. S. 19–24.

27. Shigapov Z. H., Timeryanov A. Sh., Yanbaev Yu. A., Shigapova A. I. Dinamika geneticheskoj struktury potomstva po godam na lesosemennoj plantacii i v prirodnoj populyacii sosny obyknovennoj Pinus sylvestris L. // Genetika. 1996. T. 32, № 10. S. 1363–1 370.

28. Shigapova A. I., Shigapov Z. H. Geneticheskoe raznoobrazie populyacij sosny obyknovennoj Pinus sylvestris L. // Vestnik OGU. 2009. № 6. S. 445–447.

29. Shishkina O.K., Zavisteva M.A., Rabcun A.S. Nekotorye rezultaty prakticheskogo primeneniya analiza DNK dlya geneticheskoj identifikacii klonov na LSP sosny obyknovennoj // Lesnoj vestnik.2012. №7. S. 92–94.

30. Shcherba Yu. A., Ibe A. A., Suhih T. V., Sheller M. A., Kopchenko D. E. Rezultaty analiza DNK dlya geneticheskoj identifikacii ramet na gibridno-semennoj plantacii sosny kedrovoj sibirskoj // Hvojnye boreal'noj zony. 2022. T. Xl, № 5. S. 424–429.

31. Androsiuk P., Zielinski R., Polok K. B-SAP markers derived from the bacterial KatG gene differentiate populations of Pinus sylvestris and provide new insights into their postglacial history. SilvaFennica, 2011, vol. 45, no. 1, pp. 3–18. DOI: 10.14214/sf.29.

32. Doyle, J. J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue // Phytochem. Bull. 1987. 19. pp. 11–15.

33. Gömöry D., Bruchánik R., Longauer R. Fertility variation and flowering asynchrony in Pinus sylvestris: consequences for the genetic structure in seed orchards. Forest Ecology and Management, 2003, 174, pp. 117–126. DOI: 10.1016/S0378-1127(02)00031-2.

34. Kimura M. The number of alleles that can be maintained in a finite population // Genetics (US). 1964. Vol. 49. Р. 725–738. DOI: 10.1093/genetics/49.4.725.

35. Li Bin., Gu Wanchun. Review on genetic diversity in Pinus (J) // Hereditas. 2003. Vol. 25(6). P. 740–748.

36. Li Hui-yu, Jing, Liu Gui-frng end et al Genetic variation and division of Pinus sylvestris provenances by ISSR markers. // Journal of Forest Research. 2005. Vol. 16(3). P. 216–218. DOI: 10.1007/BF02856818.

37. Nei M. Genetic distance between populations // The American Naturalist. 1972. Vоl. 106. P. 283–292. DOI: 10.1086/282771.

38. Nei M. Molecular population genetics and evolution / North Holland Publishing Company, Amsterdam Oxford; American Elsevier Publishing Company, Inc, New York, 1975. 234 р. DOI: 10.1016/0014-5793(77)80772-2.

39. Schannon C. E., Weaver W. The mathematical theory of communication Urbana // Univ. of Illinois Press. 1949. 284 p.

40. Huili W., Shuxue Y., Li G., Hailong L., Wei L. Genetic diversity assessment and fingerprint construction of superior tree populations of Pinus sylvestris var. mongolica. J. OF GANSU Agric. Univ., 2022, 57(3), 057. DOI: 10.13432/j.cnki.jgsau.2022.03.013.