kadulje (Salvia officinalis L.) - hirc.botanic.hr, Department of Botany

Znanstveni simpozij Wallace 101,
Zagreb 27. i 28. veljače 2014
Zlatko Liber, Botanički zavod, Biološki odsjek PMF-a,
Marulićev trg 9A
Genetička raznolikost i filogeografija ljekovite
kadulje (Salvia officinalis L.)
Genetic diversity and phylogeography of common sage
(Salvia officinalis L.)
Epigenetička vs. genetička raznolikost prirodnih biljnih populacija:
Studija slučaja hrvatskih endemičnih kadulja
Projekt Hrvatske zaklade
za znanost
Epigenetička vs. genetička raznolikost prirodnih
biljnih populacija: studija slučaja hrvatskih
Projekt Hrvatske
zaklade za znanost
endemičnih kadulja
Temeljna pitanja:
(1) Koja je razina genetičke, a koja epigenetičke raznolikosti u prirodnim
populacijama?
(2) Postoje li sustavni obrasci između genetičke raznolikosti, epigenetičke
raznolikosti i okolišnih čimbenike?
(3) Kakav je utjecaj evolucijskih događaja kao što je populacijski bottleneck na
epigenetičku raznolikost?
(4) Pokazuju li prirodni hibridi različit obrazac epigenetičke raznolikosti u odnosu
na roditeljske vrste?
(5)
...
http://hirc.botanic.hr/EpiSalvia/En/index.htm
Ljekovita kadulja (Salvia officinalis L.)
- rasprostranjena u Sredozemlju, ali
zbog visokovrijednih ljekovitih,
aromatičnih i ukrasnih osobina
kultivirana na svim kontinentima
- pretpostavke :
a) istočna obala Jadrana i južni dio
Apeninskog poluotoka područje
prirodnog rasprostranjenja
b) ostala nalazišta u Mediteranu
predstavljaju naturalizirane
populacije
- istraživanje genetičke i epigenetičke
raznolikosti u prirodnim populacijama
te njihovog odnosa prema okolišnim
čimbenicima
- širokorasprostranjena stranooplodna
vrsta velike genetičke raznolikosti
Kratkozupčasta kadulja (S. brachyodon Vandas)
- stenoendem
- tri poznata lokaliteta:
1. Sv. Ilija, Pelješac
2. Velji do, Konavli
3. Vrbanj, Orijen, BiH/
Crna Gora
- u HR gotovo ugrožena (NT), u a
a u CG ugrožena vrsta (EN)
- mala površina populacija i
mala brojnost jedinki
- velika vjerojatnost prolaska
populacije kroz genetičko
usko grlo (eng. genetic
bottleneck)
Hibridna kadulja (Salvia x auriculata Mill.)
S. officinalis
S. x auriculata
S. fruticosa Mill.
- hibrid poznat samo iz uzgoja
- u Hrvatskoj je grčka kadulja prisutna na Visu
- nakon morfološke analize utvrđena mogućnost postojanja hibridizacija ljekovite i
grčke kadulje na otoku Visu
Filipović M. 2012. Morfološke značajke hibrida ljekovite i grčke kadulje s otoka Visa.
Diplomski rad, PMF, Sveučilište u Zagrebu.
Metode
(1) Genetički biljezi
a) Mikrosateliti
- ponavljajuće jednostavne sekvence
- eng. Simple Sequence Repeats (SSR)
b) AFLP
- polimorfizam dužine PCR umnoženih fragmenata
- eng Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP)
(2) Epigenetički biljezi
a) MSAP
- polimorfizam dužine PCR umnoženih fragmenata osjetljivih na
metilaciju
- Methylation-Sensitive Amplified Polymorphism (MSAP)
(b) Epigenetičko sekvenciranje (pirosekvenciranje ...)
Dosadašnji rezultati:
Detekcija, izolacija i karakterizacija mikrosatelitnih biljega ljekovite kadulje
An i sur 2010. Molecular Ecology Resources 10 (2): 404-408.
Radosavljević i sur. 2011. American Journal of Botany 98 (11): 316-318.
Radosavljević i sur. 2012. International Journal of Molecular Sciences. 13(9): 12082-12093.
Radosavljević 2012. Izolacija i karakterizacija mikrosatelitnih biljega ljekovite kadulje
(Salvia officinalis L., Lamiaceae). Doktorska disertacija, PMF, Sveučilište u Zagrebu.
Primjena razvijenih biljega u različitim istraživanjima ljekovite kadulje
Greguraš D. 2013. Genetička raznolikost i struktura populacija ljekovite kadulje (Salvia
officinalis L.). Doktorska disertacija, PMF, Sveučilište u Zagrebu.
Genetička raznolikost ljekovite kadulje
30 populacija ljekovite kadulje sakupljenih uzduž zapadne obale Jadrana i Balkanskog
poluotoka (svaka populacija je predstavljena s 25 jedinki ~750 jedinki)
Genetička raznolikost ljekovite kadulje
Alelno bogatstvo 30 populacija ljekovite kadulje utvrđeno analizom osam mikrosatelitnih
lokusa (> 9 ; 7 – 9
;5–7 ;<5
)
RUM 2
SRB 1
MOL 2
RUM 1
MOL 1
Kultivirane
Naturalizirane
KOS 1
KOS 2
GRČ 1
GRČ 2
99
SLO 1
SLO 2
HRV 1
99
99
ALB 2
CG 2
100
HRV 2
HRV 4
MK 1
72
81
HRV 6
MK 2
HRV 3
HRV 5
HRV 7
HRV 8
BIH 3
BIH 2
CG 1
SRB 2
BIH 4
BIH 1
0.01
ALB 1
Neighbour-Joining srodstveno stablo temeljeno na Cavalli-Sforza and Edwards' chord
genetskoj udaljenosti dobivenoj analizom alela osam mikrosatelitnih lokusa unutar
30 populacija (pouzdanast grana predstavljena je bootstrap vrijednostima iznad 50)
Sjeverni Jadran
MKD/GRČ
kultivirane
MDA-2
MDA-1
ROU-2
ROU-1
SRB-2
SRB-1
KOS-2
KOS-1
GRC-2
GRC-1
MKD-2
MKD-1
ALB-2
ALB-1
MNE-2
MNE-1
BIH-4
BIH-3
BIH-2
BIH-1
HRV-8
HRV-7
HRV-6
HRV-5
HRV-4
HRV-3
HRV-2
HRV-1
SVN-2
SVN-1
1.0
Južni Jadran
prirodne populacije
0.5
K=2
0.0
1.0
K=3
0.5
0.0
1.0
K=4
0.5
0.0
Bayesovska analiza populacijske strukture 30 populacija ljekovite kadulje temeljena
na utvrđenim alelima 8 mikrosatelitnih lokusa (računalni program Structure)
Geografski prikaz Bayesovske analize populacijske strukture
Genetička raznolikost i filogeografija prirodnih
populacija ljekovite kadulje (SSR i cpDNA)
47 prirodnih populacija ljekovite kadulje skupljenih uzduž zapadne obale Jadrana i Balkanskog
poluotoka (svaka populacija je predstavljena s 25 jedinki ~1100 jedinki)
SSR (K = 2)
Geografski prikaz Bayesovske analize populacijske strukture na temelju
mikrosatelitnih podataka pri K=2, 3, 4
SSR (K = 3)
Geografski prikaz Bayesovske analize populacijske strukture na temelju
mikrosatelitnih podataka pri K=2, 3, 4
SSR K = 4
Geografski prikaz Bayesovske analize populacijske strukture na temelju
mikrosatelitnih podataka pri K=2, 3, 4
cpDNA
Rasprostranjenost i haplotipska mreža 11 kloroplastnih haplotipova utvrđenih sekvenciranjem dvije
kloroplasne intergenske regije (rpL32-trnL, rps16-trnK) unutar 36 prirodnih populacija (~180 jedinki)
ljekovite kadulje. Napomena! Veličina kruga proporcionalna je broju jedinki s takvim haplotipom)
Dosadašnji rezultati
Detekcija, izolacija i karakterizacija mikrosatelitnih biljega ljekovite
kadulje
↓
↓
Primjena razvijenih biljega u
različitim istraživanjima ljekovite
kadulje
↓
Populacijsko-genetička
istraživanja kratkozubčaste
kadulje(S. brachyodon)
Testovi unakrsnog PCR
umnožavanja na srodnim vrstama
↓
Populacijsko-genetička istraživanja vrsta
S. officinalis, S. fruticosa Mill. i S. x
auriculata na otoku Visu
Testovi unakrsnog PCR umnožavanja na srodnim vrstama
Microsatellite
loci
S.brachyod
on Vandas
S.
fruticosa
S. pratensis
S. sclarea
L.
L.
Mill.
S.
verticilata
R.
officinalis
L.
L.
SoUZ001
+
-
-
-
-
-
SoUZ002
+
-
-
-
-
+
SoUZ003
-
+
-
+
-
-
SoUZ004
+
-
-
-
-
-
SoUZ005
+
+
+
-
-
-
SoUZ006
+
+
+
+
-
-
SoUZ007
+
+
-
-
-
+
SoUZ008
+
-
+
-
+
+
SoUZ009
+
+
+
+
+
+
SoUZ010
-
-
-
-
-
-
SoUZ011
+
-
-
-
-
-
SoUZ012
-
-
-
-
-
-
SoUZ013
+
+
-
-
-
-
SoUZ014
+
+
+
+
+
-
SoUZ015
-
-
-
-
-
-
SoUZ016
-
+
-
-
-
-
SoUZ017
-
-
-
-
-
-
SoUZ018
-
-
-
-
-
-
SoUZ019
-
-
-
-
-
-
SoUZ020
+
+
-
-
+
-
Populacijsko-genetička istraživanja kratkozubčaste
kadulje(S. brachyodon)
Pelješac
Orjen
73
92
55
63
90
61
60
97
0.1
Neighbour-Joining srodstveno stablo temeljeno na DPSAM genetskoj udaljenosti i mikrosatelitnim
alelima osam lokusa 180 jedinki kratkozupčaste kadulje (pouzdanast grana predstavljena je bootstrap
vrijednostima iznad 50;
= genetički iste jedinke, veličina kruga proporcionalna je broju jedinki)
G
R
V
max
ng
Population
N
Pelješac
90 73 0.809 0.800
7
Orjen
90 25 0.270 0.914
18
N - NSU – broj uzorkovanih jedinki
G – broj genotipova
R – genotipsko bogatstvo
V - Simpson‘s evenness indeks (indeks ravnomjernosti)
max ng - maksimalan broj jedinki u pojedinom genotipu
Bottleneck – populacijsko usko grlo
HE > HEQ
bottleneck
HE < HEQ
ekspanziju
- jako smanjenje veličine populacije dovodi
do gubitak rijetkih alela (bitno ne utječu na
očekivanu heterozigotnost (HE)
- povećanje očekivane heterozigotnosti (HE) tj.
genske raznolikosti u slučaju HWE naspram
genske raznolikosti u slučaju ravnoteže
mutacija i genetičkog drifta (HEQ) = signal da
je populacija prošla kroz bottleneck
Vjerojatnost Wilcoxonovog testa u svrhu utvrđivanja genetičkog uskog grla
u populacijama S. brachyodon i S. officinalis na poluotoku Pelješcu na
temelju četiri mutacijska modela.
No
Vrsta
IAM
TPM
SMM
1
S. brachyodon
0.016
0.016
0.031
2
S. officinalis
0.109
0.313
0.594
IAM - model beskonačnog broja alelea, TPM - dvofazni model s 30% mutacija po modelu IAM,
SMM - model postupnih mutacija. Kurzivom i bold su označene signifikantne (P < 0.05)
vrijednosti Wilcoxonovog testa (HE > HEQ)
- Pruša M. 2011. Genetička raznolikost i rasprostranjenost vrsta: Salvia brachyodon Vandas vs. Salvia
officinalis L. Studentski rad nagrađen Rektorovom nagradom PMF, Sveučilište u Zagrebu.
- Pruša M. 2012. Morfološka analiza populacija kratkozubčaste kadulje. Diplomski rad, PMF,
Sveučilište u Zagrebu.
0.6
0.7
SoUZ002
0.6
0.5
0.5
0.4
0.6
SoUZ001
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
142 143 145 147 153 157 158 159 163 164 165 167 169 170 171 172 173 175 189
0.7
0.4
190
192
0.6
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
194
0.1
198
200
202
204
206
213
217
219
221
0
SoUZ007
0
142
143
145
147
153
157
158
159
163
164
165
0.7
SoUZ011
167
169
170
171
172
173
175
189
0.4
19
SoUZ007
0.3
0.5
0.4
0.2
0.3
0.2
0.1
Učestalost alelea (%)
0.6
0.6
0.3
0.5
0.4
0.2
0.3
0.2
0.1
0.1
0
0
0.1
194
196
198
200
202
210
212
214
216
219
221
223
229
240
156 1
0.3
0
0
194
196
198
200
202
210
212
214
216
219
221
223
229
240
156 162 168 170 172 174 176 178 182 184 186 190 192 194 200 202 206 230 234 238 240 246 250
0.3
Duljina alela (pb)
Legenda:
Salvia brachyodon
Salvia officinalis
Legenda:
SoUZ014
Salvia brachyodon
Salvia officinalis
0.2
Učestalost alelea (%)
Duljina alela (pb)
Učestalost alelea (%)
Učestalost alelea (%)
0.7
0.4
Učestalost alelea (%)
Učestalost alelea (%)
SoUZ001
0.2
0.1
0
177
Histogrami alelnih učestalosti četiri mikrosatelitna biljega u populacijama kratkozupčaste
(S. brachyodon) i ljekovite kadulje (S. oficinalis) s poluotoka Pelješca
0.1
0
177 186 189 192 193 195 197 198 199 200 203 212 213 215 216 218 224 227 238
Duljina alela (pb)
Populacijsko-genetička istraživanja vrsta S. officinalis,
S. fruticosa i S. x auriculata na otoku Visu
S. officinalis
S. auriculata ???
S. fruticosa
S x auriculata
S. officinalis
S. fruticosa
Neighbour Net diagram i Bayesovska analiza populacijske strukture 79 istraživanih jedinki
S.officinalis, S. fruticosa i njihovog potencijalnog križanca na otoku Visu dobiveni analizom
osam mikrosatelitnih lokusa

Download Report