Czynniki kształtujące zmienność genetyczną drzew leśnych

• Authors: Elżbieta Chomicz

Title variants

EN

Factors shaping genetic diversity of forest trees

• Languages of publication: PL EN

Abstracts

PL

Podstawowymi źródłami zmienności genetycznej organizmów są zjawiska mutacji i rekombinacji. Zmienność genetyczna populacji znajduje się z kolei pod wpływem naturalnych procesów ewolucyjnych, takich jak dobór naturalny, dryf genetyczny i przepływ genów. Drzewa leśne charakteryzują się generalnie wysokim poziomem zmienności genetycznej wewnątrz gatunku i wewnątrz populacji, a jednocześnie niewielkim zróżnicowaniem genetycznym pomiędzy populacjami. Na zmienność genetyczną drzew leśnych mają wpływ czynniki naturalne, związane z określoną historią życia, właściwościami ekologicznymi i przeszłością ewolucyjną gatunków oraz czynniki antropogeniczne, w tym prowadzona gospodarka leśna. W pracy omówiono wpływ czynników naturalnych i antropogenicznych na zmienność genetyczną drzew leśnych w świetle istniejącej wiedzy teoretycznej i najnowszych wyników badań. Dobre zrozumienie procesów kształtujących zmienność genetyczną drzew leśnych jest istotne z perspektywy ochrony i zrównoważonego zarzadzania leśnymi zasobami genowymi. Zachowanie jak najbardziej zróżnicowanych pul genetycznych drzew leśnych ma fundamentalne znaczenie dla stabilności drzewostanów i całych ekosystemów leśnych, stanowiąc jedno z najważniejszych zadań współczesnego leśnictwa.

EN

The primary sources of genetic variation of any organism are mutation and recombination. Genetic diversity in a population is influenced also by other evolutionary forces, including natural selection, genetic drift and gene flow. Forest trees maintain generally high level of genetic diversity within species and within population but little genetic divergence among populations. Genetic diversity of forest trees is influenced by natural factors related with specific life history, ecological characteristics and evolutionary past of the species as well as anthropogenic factors, including forest management practices. In this paper the influence of natural and anthropogenic factors on genetic diversity of forest trees is carefully considered in the light of existing theoretical knowledge and the most recent research results. A thorough understanding of processes shaping genetic diversity of forest trees is important in view of conservation and sustainable management of forest genetic resources. Maintenance of the most diverse genetic pools of forest trees is of fundamental significance for stands and whole forest ecosystems stability, being one of the most important tasks for modern forestry.

• Journal: Kosmos
• Year: 2013
• Volume: 62
• Issue: 4
• Pages: 597-605

Dates

published

2013

Contributors

author

Elżbieta Chomicz

• Instytut Badawczy Leśnictwa Zakład Gospodarki Leśnej Regionów Górskich Fredry 39, 30-605 Kraków, Polska

References

• Adams W. T., 1992. Gene dispersal within forest tree populations. New Forests 6, 217-240.
• Adams W. T., Zuo J. H., Shimizu J., Tappeiner J. C., 1998. Impact of alternative regeneration methods on genetic diversity in coastal douglas-fir. Forest Sci. 44, 390-396.
• Bacles C. F. E., Jump A. S., 2011. Taking a tree's perspective on forest fragmentation genetics. Trends Plant Sci. 16, 13-18.
• Bergmann F., Ruetz W., 1991. Isozyme genetic variation and heterozygosity in random tree samples and selected orchard clones from the same Norway spruce populations. Forest Ecol. Manage.46, 39-47.
• Burczyk J., DiFazio S. P., Adams W. T., 2004. Gene flow in forest trees: how far do genes really travel? Forest Genet. 11, 179-192.
• Burczyk J., Adams W. T., Birkes D. S., Chybicki I. J., 2006. Using genetic markers to directly estimate gene flow and reproductive success parameters in plants based on naturally regenerated seedlings. Genetics 173, 363-372.
• Chałupka W., Matras J., Barzdajn W., Blonkowski S., Burczyk J., Fonder W., Grądzki T., Gryzło Z., Kacprzak P., Kowalczyk J., Kozioł C., Pytko T., Rzońca Z., Sabor J., Szeląg Z., Tarasiuk S., 2011. Program zachowania leśnych zasobów genowych i hodowli selekcyjnej drzew w Polsce na lata 2011-2035. Centrum Informacyjne Lasów Państwowych. Warszawa.
• Collignon A. M., Favre J. M., 2000. Contribution to the postglacial history at the western margin of Picea abies' natural area using RAPD markers. Ann. Bot. 85, 713-722.
• DiFazio S. P., Slavov G. T., Burczyk J., Leonardi S., Strauss S. H., 2004. Gene flow from tree plantations and implications for transgenic risk assessment. [W:] Forest Biotechnology for the 21st Century. Walter C., Carson M. (red.). Research Signpost, Kerala, India, 405-422.
• Giertych M., 2006. Pozytywne oddziaływanie człowieka na strukturę genetyczną populacji drzew leśnych. [W:] Elementy genetyki i hodowli selekcyjnej drzew leśnych. Sabor J. (red.). Centrum Informacyjne Lasów Państwowych, Warszawa, 429-437.
• Hamrick J., 2004. Response of forest trees to global environmental changes. Forest Ecol. Manage. 197, 323-335.
• Hamrick J. L., Godt M. J. W., 1996. Effects of life history traits on genetic diversity in plant species. Philosoph. Transact. Royal Soc. B, Biol. Sci. 351, 1291-1298.
• Hamrick J. L., Godt M. J. W., Sherman-Broyles S. L., 1992. Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species. New Forests 6, 95-124.
• Hjelmroos M., 1991. Evidence of long-distance transport of Betula pollen. Grana 30, 215-228.
• Hosius B., Leinemann L., Konnert M., Bergmann F., 2006. Genetic aspects of forestry in the central Europe. Eur. J. Forest Res. 125, 407-417.
• Humble L. M., Allen E. A., 2006. Forest biosecurity: alien invasive species and vectored organisms. Canad. J. Plant Pathol. 28, S256-S269.
• Konnert M., 2010. Contribution of forest genetics for a sustainable forest management. [W:] Postęp badań w zakresie genetyki populacyjnej i biochemicznej drzew leśnych. Sabor J. (red.). Prace Komisji Nauk Rolniczych, Leśnych i Weterynaryjnych PAU 13, 67-78.
• Kosinska J., Lewandowski A., Chalupka W., 2007. Genetic variability of Scots pine maternal populations and their progenies. Silva Fennica 41, 5-12.
• Krakowski J., El-Kassaby Y.A., 2004. Impacts of alternative silviculture systems on mating systems and genetic diversity of forest tree species. [W:] Silviculture and the conservation of genetic resources for sustainable forest management. Beaulieu J. (red.). Proc. Symp. North Am. Forest Commission, Forest Genetic Resources and Silviculture Working Groups and IUFRO, 2003 September 21, Quebec City, Canada, Natural Resources Canada, Canadian Forest Service, 75-87.
• Kramer A. T., Ison J. L., Ashley M. V., Howe H. F., 2008. The paradox of forest fragmentation genetics. Conserv. Biol. 22, 878-885.
• Ledig F. T., 1992. Human impacts on genetic diversity in forest ecosystems. Oikos 63, 87-108.
• Lefèvre F., 2004. Human impacts on forest genetic resources in the temperate zone: an updated review. Forest Ecol. Manag. 197, 257-271.
• Levin D. A., Wilson A. C., 1976. Rates of evolution in seed plants: net increase in diversity of chromosome numbers and species numbers through time. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 73, 2086-2090.
• Li Y. Y., Chen X. Y., Zhang X., Wu T. Y., Lu H. P., Cai Y. W., 2005. Genetic differences between wild and artificial populations of Metasequoia glyptostroboides: implications for species recovery. Conserv. Biol. 19, 224-231.
• Lindgren D., Paule L., Shen X. H., Yazdani R., Segerstrom U., Wallin J. E., Lejdebro M. L., 1995: Can viable pollen carry Scots pine genes over long distances? Grana 34, 64-69.
• Matras J., 2006. Ochrona leśnych zasobów genowych. [W:] Elementy genetyki i hodowli selekcyjnej drzew leśnych. Sabor J. (red.). Centrum Informacyjne Lasów Państwowych, Warszawa, 573-577.
• Mitton J. B., 1992. The dynamic mating systems of conifers. New Forests 6, 197-216.
• Müller-Starck G., Baradat P., Bergmann F., 1992. Genetic variation within European tree species. New Forests 6, 23-47.
• Nathan R., Katul G. G., Horn H. S., Tomas S. M., Oren R., Avissar R., Pascala S. W., Levin S. A., 2002. Mechanisms of long-distance dispersal of seed by wind. Nature 418, 409-413.
• Nyári L., 2010. Genetic diversity, differentiation and spatial genetic structures in differently managed adult European beech (Fagus sylvatica L.) stands and their regeneration. Forstarchiv 81, 156-164.
• Okubo A., Levin S. A., 1989. A theoretical framework for data analysis of wind dispersal of seeds and pollen. Ecology 70, 329-338.
• Oleksyn J., Prus-Głowacki W., Giertych M., Reich P. B., 1994. Relation between genetic diversity and pollution impact in a 1912 experiment with East European Pinus sylvestris provenances. Canad. J. Forest Res. 24, 2390-2394.
• Petit R. J., Hampe A., 2006. Some evolutionary consequences of being a tree. Ann. Rev. Ecol. Evol. Systemat. 37, 187-214.
• Petit R. J., Aguinagalde I., De Beaulieu J. L., Bittkau C., Brewer S., Cheddadi R., Ennos R., Fineschi S., Grivet D., Lascoux M., Mohanty A., Müller-Starck G., Demesure-Musch B., Palmé A., Pedro Marti J., Rendell S., Vendramin G. G., 2003. Glacial refugia: hotspots but not melting pots of genetic diversity. Science 300, 1563-1565.
• Petit R. J., Bialozyt R., Garnier-Géré P., Hampe A., 2004. Ecology and genetics of tree invasions: from recent introductions to Quaternary migrations. Forest Ecol. Manage. 197, 117-137.
• Posada D., Crandall K. A., Holmes E. C., 2002. Recombination in evolutionary genomics. Ann. Rev. Genet. 36, 75-97.
• Prus-Głowacki W., Godzik S., 1995. Genetic structure of Picea abies trees tolerant and sensitive to industrial pollution. Silvae Genetica 44, 62-65.
• Raja R. G., Tauer C. G., Wittwer R. F., Huang Y., 1998. Regeneration methods affect genetic variation and structure in shortleaf pine (Pinus echinata Mill.). Forest Genet. 5, 171-178.
• Rajora O. P., 1999. Genetic biodiversity impacts of silvicultural practices and phenotypic selection in white spruce. Theor. Appl. Genet. 99, 954-961.
• Savolainen O., Pyhäjärvi T., Knürr T., 2007. Gene flow and local adaptation in trees. Ann. Rev. Ecol. Evol. Systemat. 38, 595-619.
• Schaberg P. G., Hawley G. J., DeHayes D. H., Nijensohn S. E., 2004. Silvicultural management and the manipulation of rare alleles. [W:] Silviculture and the conservation of genetic resources for sustainable forest management. Beaulieu J. (red.). Proc. Symp. North Am. Forest Commission, Forest Genetic Resources and Silviculture Working Groups and IUFRO, 2003 September 21, Quebec City, Canada, Natural Resources Canada, Canadian Forest Service, 67-74.
• Schaberg P. G., DeHayes D. H., Hawley G. J., Nijensohn S. E., 2008. Anthropogenic alterations of genetic diversity within tree populations: Implications for forest ecosystem resilience. Forest Ecol. Manage. 256, 855-862.
• Skroppa T., 1994. Impacts of tree improvement on genetic structure and diversity of planted forests. Silva Fennica 28, 265-274.
• Thuiller W., Lavorel S., Sykes M. T., Araujo M. B., 2006. Using niche-based modelling to assess the impact of climate change on tree functional diversity in Europe. Divers. Distribut. 12, 49-60.
• Tollefsrud M. M., Kissling R., Gugerli F., Johnsen Ø., Skrøppa T., Cheddadi R., Van Der Knaap W. O., Latałowa M., Terhürne-Berson R., Litt T., Geburek T., Brochmann C., Sperisen C., 2008. Genetic consequences of glacial survival and postglacial colonization in Norway spruce: combined analysis of mitochondrial DNA and fossil pollen. Mol. Ecol. 17, 4134-4150.
• Wang Z.-S., Liu H., Xu W.-X., Wei N., An S. Q., 2010. Genetic diversity in young and mature cohorts of cultivated and wild populations of Picea asperata Mast (Pinaceae), a spruce endemic in western China. Eur. J. Forest Res. 129, 719-728.
• White G. M., Boshier D. H., Powell W., 2002. Increased pollen flow counteracts fragmentation in a tropical dry forest: an example from Swietenia humilis Zuccarini. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 2038-2042.
• Zhang X., Chen X. Y., Zhang D., 2006. Effect of Regeneration Method on RAPD-Based Genetic Variation of Cyclobalanopsis glauca (Fagaceae). New Forests 32, 347-356.