Institute of Institute of ForestGenetics and Forest Tree Genetics and Forest Tree

BreedingBreeding

Αποτύπωση της γενετικής ποικιλότητας τουκυπριακού κέδρου (Cedrus brevifolia): Σηµαντικός παράγοντας για την αειφόροδιαχείριση του.

Ηλιάδης Ν.¹, Gailing O. ¹, Παπαγεωργίου Α.Χ.², Finkeldey R. ¹

Τµήµα ∆ασολογίας και ∆ιαχείρισηςΠεριβάλλοντος και Φυσικών Πόρων.

Εργαστήριο ∆ασικής Γενετικής

2

Cedrus brevifolia

Οικογένεια: PinaceaeΥπο-οικογένεια: AbieteaeΓένος: Cedrus

– 30-35 m ύψος– ∆ίοικο– Βελόνες: 8-25mm µήκος,1-2mm εύρος

– Θηλυκό άνθος: 1-1,5 cm– Αρσενικό άνθος: 3-5 cm– Κώνος: 8-11 cm µήκος, 5-6 cmεύρος

3

Ιστορική αναδροµή

(370-287 π.Χ)→ Θεόφραστος(23-79 µ.Χ)→ Πλίνιος(1730-1818)→ Κυπριανός(1879)→ Ser Samuel Baker(1880)→ Hooker J. H.-Cedrus libani var. brevifolia(1908)→ Louis-Albert Dode, (ΑναβαθµίζειΑναβαθµίζει τοτο κυπριακόκυπριακόκέδροκέδρο στοστο επίπεδοεπίπεδο τωντωνειδώνειδών))

4

∆ιανοµή-Εξάπλωση

Ένας πληθυσµός στοδάσος Πάφου.Εξάπλωση:

Στα άνω όρια της µέσο-Μεσογειακής ζώνης καιµέχρι τα µέσα της άνω-Μεσογειακής ζώνης. 900-1400m. 34° 58'- 35° 10'συνολική έκταση 800 ha

375 ha κέδρα. 150.000 άτοµα C. brevifolia

5

Καθεστώς διαχείρισης

1879-Τµήµα ∆ασών εφάρµοσε µέτρα προστασίαςΑπαγόρευση υλοτοµίας δέντρων κέδρουΑπαγόρευση βοσκής στο δάσος

1984-Υπουργικό Συµβούλιο κήρυξε την περιοχή ως εθνικόδάσος1991-European Red List of the Threatened Plants and Animals; Χαρακτηρίζεται ως σπάνιο είδος.1997-Red List of International Union for the Conservation of Nature and Natural Resources. Χαρακτηρίζεται ως τρωτό(ευπρόσβλητο)1999- Συµπεριελήφθη στο δίκτυο «Natura 2000»

6

Υπό εξέταση ερώτηµα

Είναι ο πληθυσµός τουκυπριακού κέδρου ενιαίος σεόλα τα όρια εξάπλωσης του ήδιακρίνεται σε υποσύνολαµικρότερων υποπληθυσµών; Αν διακρίνεται σε υποσύνολα, πως κατανέµεται χωρικά αυτήη γενετική παραλλακτικότητα. Ποία µέτρα πρέπει να ληφθούνγια την αειφόρο διαχείριση του.

ΥΠΥΠ 55

ΥΠΥΠ 11

ΥΠΥΠ 33

ΥΠΥΠ 22

ΥΠΥΠ 44

7

∆ειγµατοληψία

Σε κάθε ένα από τα πέντευποσύνολα14 δειγµατοληπτικές επιφάνειες

6 επιφάνειες στην κυρίως έκταση2 επιφάνειες στην δεύτερη σεµέγεθος περιοχή1 επιφάνεια στις υπόλοιπεςπεριοχές

50 δέντρα/ επιφάνεια (DBH>12cm)Συνολικά 550 άτοµα

Για κάθε δέντρο καταγράφηκε:Γεωγραφική θέση (Συν/νες καιυψόµετρο)

Coordinate System: UTMDatum: WGS 84

DBH

8

Τα υποσύνολα πληθυσµού

Υπ/λα

Έκτασηπεριοχής

(ha)

Υψόµετρο(m)

Κλίση ∆ασοκοµικάσχέδια

∆ασοκάλυψη

Αναγέννηση

ΥΠ1 279 1109-1395 Αµιγήςέκτασηκέδρων. Στα όρια –κράσπεδα-

ε

Άριστη-πολύ καλή

ΥΠ2 50 1130-1295 40% 51% Καλή

ΥΠ3 50 1247-1283 69% 61% Πολύ καλή-καλή

ΥΠ4 30 1107-1210 59% 18% Απουσιάζει

ΥΠ5 30 1195-1249 45% 50% Καλή

9

0

10

20

30

40

50

60

70C

oord

inat

eY

0 20 40 60 80

Coordinat X

51 53 52

5457

5610

055

5899 98

97 9678

7995

848382

8094

8177

8586

9359

7687

7375

7461

8869

9189

7062

9260

6390

6466

7165

72

6768

∆Ε. 1A-Αµιγής

Κατανοµή ατόµων µέσα στις επιφάνειες

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0

7 0 0

8 0 0

9 0 0C

oord

iant

eY

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 ,0 0 0

C oo rd ian te X

488

486

482

481

480

479

478

477

497

490

491

496 49

449

5 493

483

498

499

472 47

447

350

0 4924

7547

147

046

846

7 464

463

465

460

459

461

462

469 45

745

4 458

453

452

451

456

455

466

476

489

487

484

485

∆Ε 4

10

Μοριακός ∆είκτης-Μικροδορυφόροι

Γονιδιακόςτόπος

Κώδικας στηGeneBank

Μοτίβο επανάληψης Forward and reverse primer sequences(5' to 3')

CatXIIITcA3 DQ303445 (GA)13(TA)2(GA)2(GT)2(GA)2

TTAGAGGGAGACAGAGAGTCACAGACACGCACTCTCTTACACTCAC

CatItgD4CatItgD4 DQ303446 (TC)8(AC)6 GCTTTACGCAATTCCTCCTATGTGAGAATTGTGAACCATTGAAAG

CatXITcE11CatXITcE11 DQ303447 (TC)17 TCACGATAACTCTCACGCAGACAGAGAGAAAGAAAGGGGGAGAG

CatXITcD12CatXITcD12 DQ303448 (TC)15 TGGTTTTTCCACCTTAGTTTCCGGGATGGAAGGAATAAGATAGAGG

CatXITcE8 DQ303449 (GA)19 CTGTGATGTGGATGGAGAAGAGACCCCATTCTTACTATCTTTACCTC

CatXIITcC6CatXIITcC6 DQ303450 (GT)27(GA)14 GGGTTATAAGTTTTAATTATATGTGTGCACCACCTTGACTTCCCTTG

11

Τεχνικές παράµετροι

ABI 3100 Genetic Analyser. Genescan 3.7 και Genotyper 3.7 “Applied Biosystems”

CatITgD4CatITgD4

12

Συχνότητα γενοτύπων

13

Συχνότητες αλληλοµόρφων

14

Σύγκριση ποικιλοµορφίας ανάµεσα στους γονιδιακούςτόπους

Na Ne Ho He Ht Fis Fit Fst Nm

CatITgD4 6.64 3.44 0.72 0.70 0.74

0.620.58

0.87

MeanMean --0.0050.005 0.0510.051 0.0560.056 4.1994.199

-0.026 0.029 0.053 4.455

CatXIITcC6 6.00 2.42 0.61 0.57 -0.070 0.002 0.067 3.470CatXITcE11 7.45 2.31 0.52 0.55 0.057 0.103 0.048 4.941

CatXITcD12 14.18 6.08 0.80 0.82 0.017 0.072 0.056 4.193

Na:Αριθµός αλληλοµόρφων Ne:Λειτουργικός αριθµός αλληλοµόρφων Ho:Παρατηρούµενηετεροζυγωτία He:Αναµενόµενη ετεροζυγωτία Ht:Συνολική γενετική διαφοροποίηση Fis:Απόκλισηαπό την αναλογία Hardy-Weinber εντός του υποπληθυσµού Fst:Συντελεστής γενετικήςπαραλλακτικότητας Nm:Αριθµός µετανάστευσης ανά γενία

15

Υπολογισµός γενετικών παραµέτρων εντόςυποσυνόλων

Υποπληθυσµός N Na Ne Ho He Fis

ΥΠ 1 300

100

50

50

50

8.92 3.54 0.70 0.68

ΥΠ 2 8.63 3.08 0.58 0.61

-0.026

-0.062

0.034

-0.020

-0.029

ΥΠ 3 8.75 4.45 0.68 0.70

ΥΠ 4 6.75 3.34 0.64 0.64

ΥΠ 5 8.00 4.01 0.72 0.70

MeanMean --0.040.048.578.57 3.563.56 0.660.66 0.660.66

Ν:Μέγεθος δείγµατος Na:Αριθµός αλληλοµόρφων Ne:Λειτουργικός αριθµός αλληλοµόρφωνHo:Παρατηρούµενη ετεροζυγωτία He:Αναµενόµενη ετεροζυγωτία Fis:Απόκλιση από τηναναλογία Hardy-Weinber εντός του υποπληθυσµού

16

Υπολογισµός γενετικών παραµέτρων εντόςδειγµατοληπτικών επιφανειών

N Na Ne Ho He Fis

∆Ε 1A 50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

7.50 3.27 0.64 0.63

50

∆Ε 1B 9.00 3.29 0.70 0.64

-0.010

-0.112

-0.027

0.060

-0.048

-0.021

0.149

-0.025

0.034

-0.020

∆Ε 1C 10.50 3.28 0.68 0.66

∆Ε 1D 10.50 4.40 0.70 0.74

∆Ε 1E 9.75 4.05 0.75 0.71

∆Ε 1F 6.25 2.97 0.65 0.63

∆Ε 2A 9.25 3.36 0.52 0.60

∆Ε 2B 8.00 2.80 0.64 0.62

∆Ε 3 8.75 4.45 0.68 0.70

∆Ε 4 6.75 3.34 0.64 0.64

∆Ε 5 -0.0298.00 4.01 0.72 0.70

Ν:Μέγεθος δείγµατος Na:Αριθµός αλληλοµόρφων Ne:Λειτουργικός αριθµός αλληλοµόρφωνHo:Παρατηρούµενη ετεροζυγωτία He:Αναµενόµενη ετεροζυγωτία Fis:Απόκλιση από τηναναλογία Hardy-Weinber εντός του υποπληθυσµού

17

∆ιαφοροποίηση της αναµενόµενης ετεροζυγωτίας (Ηe)εντός των δειγµατοληπτικών επιφανειών

18

Γενετική διαφοροποίηση µεταξύ δειγµατοληπτικώνεπιφανειών (Dj)

0

0.4

0.1

0.2

0.3Plot1A

Plot1B

Plot1C

Plot1D

Plot1E

Plot1F

Plot2A

Plot2B

Plot3

Plot4

Plot5

δ=0.24

0.34

0.280.28

0.22

0.220.22

0.21

0.25

0.16

0.37

0.170.170.220.21

19

Fst διαφοροποίηση0.051

0.0580.061 0.061 0.063 0.064 0.065

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

Plot4 Plot5 Plot5 Plot4 Plot5 Plot4 Plot5

Plot1A Plot1F Plot2B Plot1B Plot4 Plot1F Plot2A

20

Γενετική απόσταση Nei (UPGMA)

21

Analysis of molecular variance (AMOVA)

Τµήµαπαραλλαγής

Βαθµοίελευθερίας

∆ιαφοροποίηση Ποσοστόπαραλλαγής

P-value

ΜεταξύπληθυσµώνΜέσα στουςπληθυσµούς

7

1382

0,05305Va

1,30139Vb

3,92

96,08

P<0.001

P<0.001

Συνολικό 1389 1.3544

22

Γενετική και Γεωγραφικά απόσταση

Mantel Test:Tests for association:

Matrix correlation: r = 0.89821The one-tail probability is:

P [random Z >= observed Z] = 0.01540.0154

23

Συµπεράσµατα-Συζήτηση

Εξελικτικοί παράγοντες

Μεταλλάξεις

Ροή γονιδίων ΕκτροπήΑναπαραγωγικό

σύστηµα

Επιλογή

Γενετική ποικιλότητα

Εντόςπληθυσµών

Μεταξύπληθυσµών

Εξελικτική προσαρµοστική ικανότητα

24

Συµπεράσµατα-Συζήτηση

Υψηλά ποσοστά ποικιλότητας για ενδηµικό είδος.Υψηλά ποσοστά ποικιλότητας σε επίπεδο πληθυσµού.Πληθυσµός παρουσιάζει υποσύνολα (υποπληθυσµούς)

– Αποτέλεσµα κατακερµατισµού παλαιότερου ενιαίου πληθυσµού

Γενετική διαφοροποίηση µεταξύ υποσυνόλων συσχετίζεταικαι δεν είναι τυχαία (AMOVA)Μεταξύ υποσυνόλων διαφοροποίηση– Λόγω γεωγραφικής απόστασης και παρεµβολής (φραγµός) δάσους πεύκης

– Πρόβληµα αναπαραγωγικού συστήµατος– Χαµηλή ροή γονιδίων-µετανάστευση

25

Συµπεράσµατα-Συζήτηση

Υποπληθυσµός 2 και 4– Παρουσιάζουν χαµηλά ποσοστά ποικιλότητας

Αµιγείς πληθυσµοίΆτοµα σε απόσταση µεταξύ τους (3-200µ.) (3-800µ)Καχεκτικά και µεγάλα σε ηλικίαΥποβαθµισµένος σταθµός (διαβρωτικά φαινόµενα)Μεταξύ αυτών και κυρίους πληθυσµού µεσολαβεί έντονοανάγλυφο µε αρκετές βουνοκορφές και δάσος πεύκηςΟ υποπλ. 2 ιδιαίτερα µικρός (50 άτοµα)

– Προβληµατικό αναπαραγωγικό σύστηµα– Μικρή εισροή γονιδίων– Μικρό µέγεθος πληθυσµού απώλεια αλληλοµόρφων

26

Συµπεράσµατα-Συζήτηση

Υποπληθυσµοί 3 και 5– Ιδιαίτερα ψηλά ποσοστά ποικιλότητας

Ιδιαίτερα γόνιµοι σταθµοί (επικράτηση πεύκης)Βρίσκονται σε µίξη µε πεύκηΆτοµα κέδρου σε οµάδες ή λόχµες

– Ο «3» βρίσκεται σε άµεση επικοινωνία µε τον κυρίωςπληθυσµό

–Εισροή γονιδίων (για υποπληθυσµό 3) –Βαθµός µίξη επιτρέπει ικανοποιητική κίνηση γύρηςεντός πληθυσµών

27

Συµπεράσµατα-Συζήτηση

Κυρίως υποπληθυσµός– Παρουσιάζει πρότυπα γενετικής ποικιλότητας– ∆ειγµατοληπτικές επιφάνειες Α,Β,D αµιγείς κέδρο– ∆ειγµατοληπτικές επιφάνειες C,E,F σε µείξη– (F) από το σηµείο αυτό ξεκινά η περιοχή των κέδρων. Γράφηµα δείχνει την κατανοµή των δέντρων του F στο χώρο.

– ……– …..– …

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

Coo

rdia

nte

Y

0 10 20 30 40 50 60 70

Coordinate X

258

259 25

7

260

256

261

262

264

255

263

265

2662

6829

5

267

270

251

269

294

254

293

252

253

271

274

298

272273 27

529

029

729

227

6 277

291

284 27

827

930

0 299

283

285

280

282 28

628

828

129

6

287

289

Individual

28

Μέτρα προστασίας

Αποσκοπούν στην αειφόρο δασοπονία:– Προστασία ποικιλότητας που υπάρχει στο σύνολο τουπληθυσµού και όχι σε επίπεδο ατόµων ή αλληλοµόρφου

– ∆ιαφύλαξη εξελικτικής προσαρµοστικότητας του είδουςΜακροχρόνια ύπαρξη του στο άγνωστο µέλλον

Αντικείµενο προστασίας– ∆ιαφύλαξη της γενετικής ποικιλότητας– ∆ιατήρηση της προσαρµοστικότητας

29

Μέτρα προστασίας

InIn--situsitu ΠροστασίαΠροστασία

Τήρηση µέτρων και καθεστώς προστασίας περιοχής– (Αντιπυρικές ζώνες, µέτρα πυρασφάλειας)Τακτική παρατήρηση επιδράσεων βιοτικών παραγόντων

– (Προσβολή από έντοµα) ∆ασοκοµικά µέτρα για:

– Βελτίωση αναγέννησης και πυκνότητας υποσυνόλων (Φυτεύσειςεµπλουτισµού ή αραιώσεις)

ΣτόχοςΣτόχος ηη συνέχισησυνέχιση τηςτης λειτουργίαςλειτουργίας τωντων γενετικώνγενετικών διαδικασιώνδιαδικασιών– Επιλογή και ροή γονιδίων– ∆ιατήρησης προσαρµοστικότητας του πληθυσµού στοάγνωστο µέλλον

30

Μέτρα προστασίας

Ex-situ Προστασία

∆ηµιουργία φυτειών ή αναδασώσεων εκτός ορίωνεξάπλωσης

– Θέσεις µε δυνατότητα πρόσβασης και µέτρα προστασίας– Συλλογή δειγµάτων από όλα τα υποσύνολα– Φύτευση σε σύνδεσµο που θα επιτρέπει ροή γύρης µεταξύατόµων στο µέλλον

– Σχεδιασµός και καταγραφή θέσης προέλευσης δειγµάτωνΣποροπαραγωγικοί κήποι

ΣτόχοςΣτόχος νανα ληφθείληφθεί τοτο µέγιστοµέγιστο ποσόποσό παραλλακτικότηταςπαραλλακτικότητας, , κρατώνταςκρατώντας τοντον αριθµόαριθµό καικαι τοτο µέγεθοςµέγεθος τωντων δειγµάτωνδειγµάτωνµέσαµέσα σταστα πρακτικάπρακτικά όριαόρια. .

31

Ευχαριστώ για την προσοχή σας.

32

33

∆∆..ΕΕ55

∆∆..ΕΕ1E1E

∆∆..ΕΕ22

∆∆..ΕΕ44

∆∆..ΕΕ11CC

∆∆..ΕΕ11DD

∆∆..ΕΕ11AA

∆∆..ΕΕ11FF

∆∆..ΕΕ11ΒΒ

∆∆..ΕΕ33

34

Sbp1 Sbp2 Sbp3 Sbp4 Sbp5Sbp1 0.00Sbp2 2.48 0.00Sbp3 2.32 1.38 0.00Sbp4 4.25 2.56 4.03 0.00Sbp5 3.67 6.16 5.79 7.55 0.00

35

Subpopulation 1

Extended in an area of 279 ha.Pure: 86 haMixed: Cedar+Pine= 62 ha

Pine+Cedar= 51haSix surfaces in natural spread and one plantation

Three surfaces: pure (A,B,D)Three surfaces: mixed (C,E,F)

Altitude: 1109-1395mRegeneration: very good-excellent

CC

AADD

BB

EEFF

36

∆ιανοµή ατόµων µέσα στις επιφάνειες

0

20

40

60

80

100

120

140C

oord

inat

eY

0 25 50 75 100 125 150

Coordinate X

345

34834

734

634

435

034

9

341

342

343

338

335

337 34

033

932

933

033

433

233

333

133

630

1

302 30

3 328 32

532

732

430

4326

305

306

322

321

320

323

316

315

319 3

18

3073

1430

931

330

831

731

031

2

311

Individual

Plot2A

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Coo

rdin

ate

Y

0 50 100 150 200

Coordinate X

351

352

400

399

353

397

394

395

354

393

398

391

392

396

383 38

538

438

6 387

388

389

367

390

382

366

381

371 36

936

837

937

838

0

375

365

377 37

637

037

4 372

364

363

373

359

362

360

355

356

361

357

358

Individual

Plot2B

37

∆ιανοµή ατόµων µέσα στις επιφάνειες

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0

7 0 0

8 0 0

9 0 0

Coo

rdia

nte

Y

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 ,0 0 0

C oo rd ian te X

488

486

482

481

480

479

478

477

497

490

491

496 49

449

5 493

483

498

499

472 47

447

350

0 4924

7547

147

046

846

7 464

463

465

460

459

461

462

469 45

745

4 458

453

452

451

456

455

466

476

489

487

484

485

In d iv id u a l

Plot4

0

20

40

60

80

100

120

140

Coo

rdia

nte

Y

0 25 50 75 100 125 150

Coordinate X

534

535

536

531

533

532

530

529

528

526

525

527

520

540

543

519

517

542

541

521

522

523

539

524

544

546

545

538

547

550

516

537

548

549

503

502

515

501

505

508

506

511

504

507

510

514

509

512

513

Individual

Plot 5