Ugrás a tartalomhoz

Erdészeti - természetvédelmi genetika

Mátyás Csaba

Mezőgazda Kiadó

Fekete nyár (Bordács Sándor – Borovics Attila)

Fekete nyár (Bordács Sándor – Borovics Attila)

Európa nagy részén már eltűntek azok az erdőtársulások, amelyekben a fekete nyár (európai fekete nyár, Populus nigra) fennmaradása, természetes evolúciója biztosított volt. Ennek egyik oka a 19. század közepén elkezdődött folyószabályozások, árvízmentesítési munkák, lecsapolások által okozott drasztikus termőhelyi átalakulás. Ezek következményeként a puhafás ligeterdők termőhelyeinek jelentős része a hullámtereken kívül került, szárazzá vált, a helyüket pedig szántóföldi művelés foglalta el. A 20. században a megmaradt fekete nyár termőhelyeken további térvesztéséhez vezetett a nemesített nyár fajták elterjedése.

A másik ok egy észak-amerikai közelrokon faj, az amerikai fekete nyár (Populus deltoides) introgressziója. A P. deltoides a hibridnyárak előállításakor a legelterjedtebb keresztezési partnere az őshonos fekete nyárnak. A két faj és hibridjeik (azaz a köztermesztésben lévő nemesnyár fajták többsége) kölcsönösen megtermékenyíthetik egymást. Mindez komolyan fenyegeti az élőhelyének megfogyatkozása miatt amúgy is veszélyeztetett fekete nyár fajazonosságát. A szórványban megmaradt populációk felújulása is nehézségekbe ütközik, mert a környezetükben – általában nagy tömegben – lévő nemesnyár ültetvényekből idegen pollen érkezhet és így a fekete nyárak természetes újulatában spontán fajhibridek jelennek meg, amellyel tovább csökken a „tiszta” fekete nyár egyedek száma (Borovics et al., 1999). A fekete nyár genetikai vizsgálatai elsősorban az introgresszió problémájának feltárására irányultak, a továbbiakban elsősorban erre térünk ki.

A faj taxonómiai és genetikai elemzése markerek segítségével

Az európai fekete nyár taxonómiai státusza még ma sem teljesen tisztázott. Egyes bélyegek az amerikai fekete nyárra (Populus deltoides), mások a balzsamos nyárakra (Tacamahaca szekció) emlékeztetnek. A P. deltoides-el való kapcsolatának és attól történő elkülöníthetőségének elemzése azért fontos feladat, mivel a hibrid nyárfajták többsége a P. deltoides × Populus nigra keresztezési kombinációból kerül ki (P. × euramericana). A két fekete nyár faj évmilliókkal ezelőtt elvált egymástól. Ennek ellenére a kereszteződés a két faj között lehetséges. A P. deltoides csaknem 300 éve került Európába, és nem kizárt, hogy az introgresszió a feket nyár genomját az elterjedési terület egy részén már befolyásolta. Ezért a két faj elkülönítésére használható markereket akkor tekinthetjük fajspecifikusnak, ha mindkét faj reprezentatív mintáiban és az egész elterjedési területre vonatkozóan kimutathatók.

Biokémiai markerek

Számos szerző alkalmazott biokémiai markereket nyár hibridek elkülönítésére. Például Malvolti et al. (1991) a Populus deltoides × Populus nigra ellenőrzött keresztezésekben papírkromatográfiás elválasztással el tudta különíteni a hibrideket a szülőfajoktól, de klónazonosításra már nem volt alkalmas az eljárás.

Izoenzim-markerekre alapozott genetikai vizsgálatokkal egyértelműen el lehet különíteni az amerikai feketenyár (Populus deltoides) egyedeit az európai feketenyárakétól (Populus nigra) (Janssen, 1998). A módszer ebből következően alkalmas a hibridek kimutatására is. Mivel az izoenzimek esetében több egymástól függetlenül öröklődő lókusz is rendelkezésre áll a hibridizáció kimutatására (108. ábra), ezért ez esélyt adhat arra, hogy nem csupán a hibrideket azonosítsuk, hanem az introgreszsziós, visszakereszteződési folyamatokat is nyomon kövessük.

108. ábra - Izoenzimek segítségével történő fajmeghatározás (Janssen, 1998). Az ábrán az allélok okozta sávok intenzitását is jelöltük. Az enzimrendszerek rövidítései: LAP – leucin aminopeptidáz, AAT – aszpartát aminotranszferáz, PGM – foszfoglükomutáz, PGI – foszfoglükóz izomeráz. A sematizált zimogrammok alatt a fajok és hibridjük rövidítése: N – Populus nigra, E – P. × euramericana, D – P. deltoides. A következő sorban az adott genotípus gyakorisága (százalékban), illeteve alatta a genotípus egyszerűsített jele szerepel, pl. n1n1 – nigra homozigóta, d1d2 – deltoides heterozigóta, d1n1 – euramericana hibrid

Izoenzimek segítségével történő fajmeghatározás (Janssen, 1998). Az ábrán az allélok okozta sávok intenzitását is jelöltük. Az enzimrendszerek rövidítései: LAP – leucin aminopeptidáz, AAT – aszpartát aminotranszferáz, PGM – foszfoglükomutáz, PGI – foszfoglükóz izomeráz. A sematizált zimogrammok alatt a fajok és hibridjük rövidítése: N – Populus nigra, E – P. × euramericana, D – P. deltoides. A következő sorban az adott genotípus gyakorisága (százalékban), illeteve alatta a genotípus egyszerűsített jele szerepel, pl. n1n1 – nigra homozigóta, d1d2 – deltoides heterozigóta, d1n1 – euramericana hibrid


DNS változatosság

Ahogy erre már a 2. fejezetben is utaltunk, a faji hovatartozás azonosításában a DNS markerek is jól használhatónak mutatkoztak. Rajora és Dancik (1995) már intraspecifikus variációt is ki tudott mutatni a P. nigra, P. deltoides és P. maximowiczii esetében. Például a feltehetően belső-ázsiai eredetű P. nigra ’Italica’ egyértelműen elkülöníthető volt más fekete nyár klónoktól. Hazánkban Törjék és mtsai (2001) mutatták ki a RAPD markerek alkalmasságát klónok azonosítására (l. 2. fejezetben).

Heinze (1997, 1998) ismertetett olyan PCR-markeren alapuló eljárást, amely specifikus a P. deltoides-re és a P. nigra-ra. Ezek a markerek lehetőséget biztosítanak a P. nigra fajtisztaságának genetikai ellenőrzésére, illetve a P. deltoides hibridek (P. × euramericana klónok) elkülönítésére. A módszer egyszerűsége révén alkalmas rutin jellegű, nagysorozatú tesztelésekre is.

A fekete nyár európai genetikai leltározásának eredményei

A fekete nyár természetes hibridizációjának ill. introgressziós fenyegetettségének mértéke molekuláris markerek segítségével, azok kombinált elemzésével jól becsülhető. Ezt felismerve végezte el egy európai kutatócsoport (EUROPOP) 9 ország 6 folyórendszere mentén az európai fekete nyár populációk genetikai állapotleltározását (van Dam, 2002). A projekt keretében specifikus izoenzim, cpDNS, mikroszatellit és AFLP markerek fejlesztésére és nagy mintaszámon elvégzett tesztelésére került sor. A vizsgálatba a résztvevő országok génbankjaiban elhelyezett közel 1000 fekete nyár klónt és 23 természetközeli populációt vontak be. A legfontosabb eredményeket a 72. táblázat összegzi.

72. táblázat - A természetes és a génbankban tárolt génkészlet egybevetése az EUROPOP program keretében vizsgált fekete nyár populációk és klónok adatai alapján. Az eredmények arra utalnak,hogy a klónok kiválasztásakor érvényesülő szelekció során a klónok heterozigózisa csökkent, a differenciáltság elfogadható (van Dam – Bordács, 2002)

Megfigyelt heterozigózis

Számított (egyensúlyi) heterozigózis

7 mikroszatellit lokusz alapján

Populációk átlaga

0,7670

0,7932

Génbankok átlaga

0,7398

0,7799

8 izoenzim lokusz alapján

Populációk átlaga

0,1091

0,1260

Génbankok átlaga

0,0682

0,0799

Genetikai differenciáltság*

F,s

fit

pst

8 izoenzim lokusz alapján

Populációk átlaga

-0,0481

0,2372

0,2722

Génbankok átlaga

0,0120

0,2151

0,2056

7 mikroszatellit lokusz alapján

Populációk átlaga

-0,0910

0,2511

0,3136

Génbankok átlaga

-0,0862

0,2975

0,4578


* A differenciáltságotjellemző F értékek magyarázatát 1. 2. fejezetben

Az EUROPOP program keretében magyar populációkban is folytak vizsgálatok. A Duna mentén két természetes idős állomány maradványa és azok újulatának, valamint az Erdészeti Tudományos Intézet által az ötvenes években létesített sárvári ex situ klóngyűjtemény vizsgálatáról számoltak be Bordács és mtsai (2002). A minták taxonómiai besorolását Heinze-féle PCR marker, hibridspecifikus izoenzim (a 108. ábrán látható LAP, PGI, AAT, PGM) és cpDNS markerek alapján végezték.

A Magyarországon talált 8 cpDNS haplotípusból 6 újnak bizonyult (az eddigi nyugat-európai vizsgálatokból hiányoznak). Ez a hazai populációk génmegőrzésének fontosságát hangsúlyozza. A kétlakiság érdekes következménye, hogy amennyiben egy-egy ritka cpDNS haplotípust csak hímivarú szülők hordoznak, a generatív utódok nem képesek megőrizni azokat a maternális öröklésmenet miatt. A cpDNS és izoenzim markerek együttes elemzésével mind az apai, mind az anyai introgresszió mértéke megállapítható.

A vizsgálatok szerint a természetes újulatban kimutathatók a nemesnyár szülők és a fekete nyár hibridjei. Például az Alsó-Duna ártéren (Kölked) 26%-os részarányt tettek ki a hibridek. Az izoenzim vizsgálatok kimutatták azt is, hogy az utódpopulációban megjelenhetnek, de el is veszhetnek allélok. Ugyancsak figyelemre méltó adalék, hogy az 1950-es években szelektált fekete nyár klónok között is kimutatható már a P. deltoides introgressziója.

Ha az európai országok hasonló vizsgálatait összegezzük (Lefévre et al., 2002), azt találjuk, hogy lényeges különbség mutatkozik az egyes országokban és folyórendszerek mentén található fekete nyár populációk genetikai szerkezetében. Sőt egy folyórendszer mentén is eltérések találhatók a faj populációinak genetikai szerkezetében. A genetikai változatosság a folyók folyásirányában haladva nem növekszik, mivel folyásiránnyal ellentétesen is érvényesül a génáramlás.

A populációkban gyakoriak a genetikailag azonos sarjcsoportok, ezek száma populációról populációra változhat. Bár a vegetatív szaporodás (gyökérsarjadás) fontos szerepet tölt be a fekete nyár populációk fenmaradásában és terjedésében, az ivaros utón létrejött utódok a biztosítékai a genetikai diverzitás fenntartásának. A nyár fajok közötti introgresszió lehetősége bizonyítottan fennáll, de jelentősége szerencsére kisebb a korábban feltételezettnél, az összefüggő, nagyobb állományokban nem jelentős. A P. deltoides és P. trichocarpa keresztezési partnerekkel előállított nemesnyár klónok egyaránt introgressziós veszélyforrást jelentenek a P. nigra populációkra. Természetes újulatokban a legmagasabb az introgresszált egyedek száma (környezettől függően általában 5–10% lehet), a középkorú állományokban mérsékelt, az idősebb korú természetes hibrid egyedek ritkák.

Mindez a hibridek versenyképességének korlátozottságára utal. Az introgresszió helyi mértékét a virágzó kort elért hímivarú fekete nyárak egyedszáma kimutathatóan befolyásolja. A legmagasabb introgressziós szint magányosan álló, nőivarú fekete nyárak újulatában tapasztalható.

A reproduktív hozzájárulás egyenlőtlenségét ezek a vizsgálatok is igazolták. Az egyes hímivarú egyedek eltérő eséllyel vesznek részt a termékenyítésben, közülük csak néhány génkészlete öröklődik egy-egy évjárat utódnemzedékében. A változó irányú szél által meghatározott pollen- és magterjedés miatt a génáramlás iránya is véletlenszerű.