Changes in the genetic parameters of the plus gene pool of Scots pine in Mari El Republic influenced by a single clone selection by phenotype
Authors: Шейкина О.В. , Романов Е.М. 
Published: February 2024

Настоящее исследование направлено на оценку риска трансформации генетической структуры и снижения генетического разнообразия при сокращении размера отселектированной популяции вследствие отбора клонов плюсовых деревьев по фенотипическим признакам. На основе анализа фенотипических признаков отобрано по разным направлениям селекции от 8 до 16 лучших клонов. Интенсивность отбора составила 16,3–29,9%, а селекционный дифференциал для разных признаков 108,1–256,6%. Анализ изменения генетических параметров отселектированной популяций выполнен с применением двух типов ДНК- маркеров – nSSR и ISSR. Выявлено существенное изменение частот встречаемости ISSR-маркеров в группах отобранных клонов по сравнению с исходной выборкой. Частоты встречаемости аллелей nSSR-маркеров в целом сохранялись. Показано, что основная угроза сокращения размера отселектированной популяции заключается в потере аллельного разнообразия в случае nSSR-маркеров (15,6– 31,3%) и числа ПЦР-фрагментов у ISSR-маркеров (11,8–19,9%). Другие показатели генетического разнообразия, такие как эффективное число аллелей, гетерозиготность и коэффициент инбридинга незначительно зависят от размера отселектированной популяции. Для nSSR-маркеров число эффективных аллелей варьировало в разных группах отселектированных клонов в пределах 2,97–3,77 при исходном значении 3,47, коэффициент инбридинга в пределах 0,460–0,480 при исходном значении 0,503, ожидаемая гетерозиготность в пределах 0,606–0,694 при исходном значении 0,685, а наблюдаемая гетерозиготность в пределах 0,325– 0,375 при исходном значении 0,355. Для ISSR-маркеров можно отметить некоторое снижение числа эффективных аллелей вследствие индивидуального отбора с 1,31 до 1,28–1,29, а ожидаемой гетерозиготности с 0,205 до 0,175–0,193. Для обеспечения возможности мониторинга генетической трансформации отселектированной популяций рекомендуется осуществлять генетическую паспортизацию всех отобранных плюсовых деревьев. Для обеспечения возможности отбора на следующем этапе селекции без существенной потери генетического разнообразия необходимо вовлекать в селекционный процесс как можно большее количество плюсовых деревьев.

The current study aims at assessing the risk of transforming the genetic structure and reducing the genetic diversity when the size of the selected population due to the selection of plus tree clones for phenotypic characteristics decrease. From 8 to 16 best clones were sorted out for different areas of selection having analyzed the phenotypic characteristics. The selection intensity was between 6.3–29.9%, while the selection differential was between 108.1–256.6%. Changes in the genetic parameters of selected populations were analyzed with the use of two types of DNA marker, namely nSSR and ISSR. We traced a substantive change in the frequency occurrence of ISSR markers in the groups of selected clones compared with the original sample. The allele frequencies of nSSR markers remained the same. The main threat of reducing the size of the selected population is the loss of allelic diversity in the case of nSSR markers (15.6–31.3%) and the number of PCR fragments in ISSR markers (11.8–19.9%). Other indicators of genetic diversity, such as effective allele number, heterozygosity, and inbreeding coefficient, have minor dependence on the size of the selected population. The number of effective alleles for nSSR markers varied in different groups of selected clones within 2.97–3.77 at an initial value of 3.47, the inbreeding coefficient was within 0.460–0.480 at an initial value of 0.503, and the expected heterozygosity was in the range of 0.325– 0.375 at an initial value of 0.355. We can observe a slight decrease in the number of effective alleles for ISSR markers, due to single selection from 1.31 to 1.28–1.29, and the expected heterozygosity from 0.205 to 0.175–0.193. To enable the monitoring of the genetic transformation of selected populations, we consider it feasible to carry out genetic certification of all selected plus trees. Furthermore, it is necessary to involve as many plus trees as possible in the breeding process while enabling the selection at the next stage of breeding without a crucial loss of genetic diversity.