Понять генетику популяции

Лауреат премии имени Н.В. Тимофеева-Ресовского 2010 года кандидат биологических наук Мария Полежаева (Институт экологии растений и животных УрО РАН) выполнила актуальное научное исследование – с помощью современного подхода молекулярно- генетических маркеров изучила дальневосточные виды лиственницы практически на всем их ареале от Восточной Сибири до Дальнего Востока.
 

    Мария приехала поступать на биологический факультет Уральского госуниверситета из Магадана. Правда, сомнения в выборе специальности были: она увлекалась рисованием, и с биофаком соперничала Архитектурная академия. Но все-таки интерес к естественным наукам перевесил, наверное, благодаря профессии родителей: оба они биологи, и Мария с детства привыкла к экспедициям. Настоящий интерес к науке появился, когда на третьем курсе Мария попала в Институт экологии растений и животных УрО РАН, чтобы писать курсовую работу под руководством Владимира Леонидовича Семерикова. Именно в его группе использовались современные подходы к изучению популяционного разнообразия растений с помощью молекулярно-генетических маркеров: изоферментов и маркеров ДНК. После окончания университета она продолжила свои исследования лиственниц в аспирантуре ИЭРиЖ и защитила кандидатскую диссертацию. Сегодня Мария Полежаева — сотрудник лаборатории молекулярной экологии растений, которую возглавляет доктор биологических наук В.Л. Семериков. Вот что она рассказала о своих исследованиях.

    — В генетике популяций до недавнего времени кроме традиционного морфометрического метода в основном использовался анализ полиморфизма белков, но с момента открытия полимеразной цепной реакции появились новые возможности для исследования генетической структуры и истории популяций и видов на уровне ДНК.
 

Мы исследуем изменчивость в популяции на основе нейтральных цитоплазматических молекулярных маркеров — это участки ДНК, некодирующие гены. Они не подвергаются естественному отбору напрямую, но, тем не менее, позволяют судить о запасе генетической изменчивости популяции.
 

Я изучаю генетическую изменчивость лиственницы — основной лесообразующей породы на территории Дальнего Востока. На Дальнем Востоке и в Сибири произрастают несколько основных видов лиственницы и множество гибридов, появившихся в результате скрещивания. Во время последнего максимума оледенения (20 тыс. лет назад) Дальний Восток был практически свободен ото льда, но, тем не менее, условия были достаточно суровыми и неблагоприятными для произрастания древесной растительности. Ранее считалось, что на крайнем северо-востоке Азии полностью отсутствовал лес, но с появлением палеоботанических данных, опровергающих это мнение, было предположено существование рефугиумов — участков территории, где растительность сохранилась — вдоль осушенного шельфа Охотского моря, и в дальнейшем ее распространение происходило из этих мест. Результаты исследований на генетическом уровне подтвердили это предположение. Были выявлены зоны наибольшего и наименьшего генетического разнообразия, что соответственно указывает на сохранение крупных или, наоборот, резко сокративших свою численность популяций и возможные пути миграции из них.
 

В моих исследованиях было выявлено отличие камчатской лиственницы от континентальных дальневосточных видов. Камчатская лиственница имеет генетическое сходство как с представителями популяций юга Дальнего Востока, так и с лиственницей из Магаданской области. Это позволяет предположить, что популяции, произрастающие на Камчатке, — исторический продукт гибридного взаимодействия древних популяций и вновь пришедшей сюда даурской лиственницы с северо-востока. Также были установлены генетическая обособленность лиственницы к востоку от р. Лена, что подтверждает видовой статус лиственницы Каяндера, которую некоторые авторы считают подвидом даурской, и родство между сахалинской и японской лиственницами, что можно объяснить обменом генами между ними в прошлом.
 

Наши исследования важны для селекции и рационального природопользования, поскольку способность видов адаптироваться напрямую зависит от запаса изменчивости популяции. Мы непосредственно селекцией не занимаемся, но результаты нашей лаборатории востребованы лесоводами. Так, я почувствовала интерес к своей работе на съезде по лесным генетическим ресурсам Сибири в Новосибирске.
 

Знание генетической структуры популяций позволяет делать выводы об истории вида в целом. Как уже говорилось, можно выявить такие события, как длительная изоляция в рефугиумах и последующее расселение из них вследствие глобальных изменений климата, процессы смешения дифференцировавшихся популяций и гибридизацию между близкородственными видами. Такие исследования уже относятся к области биогеографии и демографии, чем мы собственно и занимаемся в лаборатории молекулярной экологии растений. Полученные генетические данные интерпретируются с учетом эволюционных факторов, для объяснения привлекаются смежные дисциплины, такие как систематика, палеогеография и палеоботаника. Все это помогает воссоздать естественный ход формирования биоты на той или иной территории.
 

* * *
 

Увлечение рисованием растений и любовь к путешествиям Мария удачно совмещает с работой. В поездках она собирает новый материал для исследований и выступает на конференциях в разных городах. А умение делать ботанические рисунки пригодилось в подготовке иллюстраций для Красной книги Ямало-Ненецкого автономного округа.
 

Мария БЫЧКОВА
Фото автора