Геном белого дуба раскрывает генетические маркеры устойчивости к климату и вредителям
Белый дуб (Quercus alba) имеет важное экономическое, экологическое и культурное значение. Однако вид в настоящее время сталкивается с серьёзной проблемой — низкой скоростью подроста, то есть процесса успешного прорастания семян и роста новых деревьев.
"Конкуренция со стороны местной и чужеродной растительности, а также такие факторы стресса, как засуха и болезни, всё больше затрудняют укоренение молодых белых дубов", — говорит Мег Стейтон, доцент биоинформатики и вычислительной геномики.
Недавний прорыв Стейтон и её коллег открыл новые перспективные направления исследований. Впервые они секвенировали полный геном белого дуба, что дало представление о его генетической структуре и эволюции. Это достижение расширит понимание изменчивости внутри вида, помогая исследователям выявлять и использовать такие признаки, как устойчивость к вредителям и адаптивность к климату, которые могут повысить выживаемость сеянцев.
"Хотя расшифровка генома — это монументальное достижение, следующий шаг — определить, какие генетические маркеры критически важны для устойчивости в сложных условиях", — объясняет Стейтон.
Белый дуб, произрастающий в Теннесси и на большей части востока Северной Америки, важен для широкого круга организмов. Помимо ключевой роли в биоразнообразии и здоровье почв, это также высоко ценимая твёрдая древесина, используемая, например, для бочек на винокурне Jack Daniel's.
Исследование под совместным руководством Стейтон и Дрю Ларсона из Университета Индианы — лишь один пример работы UTIA по обеспечению устойчивости лесов.
Другой пример — Комплекс садов Маргарет Финли Шекелфорд, основанный в 2001 году. Он занимает более ста акров и посвящён развитию семенных садов для 21 вида деревьев, в основном дубов. На различных участках исследователи проводят эксперименты по точному лесоводству, которые повышают как экологическую устойчивость, так и производство древесины.
"Мы высаживаем хорошо охарактеризованные, pedigreed сеянцы дуба на небольших лесных участках и позволяем им "бороться" с буйной конкуренцией трав и деревьев", — говорит Аллан Хьюстон, профессор-исследователь. — "Традиционная лесоводческая наука предсказывала полный провал, но некоторые виды, такие как дуб черешчатый, очень конкурентоспособны. Многие посаженные деревья процветают".
Хьюстон и Скотт Шларбаум, директор Программы улучшения деревьев UT, совместно руководят проектами в комплексе. Собранные семена предназначены для государственного питомника, за исключением небольших количеств, оставленных для исследований. Почти для двух десятков видов собраны ценные данные, но три показали исключительный успех: белый дуб, водяной дуб и высококонкурентный дуб черешчатый.
Генетические исследования белых дубов впервые начались в Ames Center в 1973 году. Сад семян белого дуба был заложен в 1998 году, а испытание второго поколения — в 2001 году. Сады других видов, например, сливы Чикасо, начали создавать позже, в 2017 году. Однако продуктивный семенной сад дуба черешчатого уже существует, и сбор семян для питомников, как ожидается, продолжится в ближайшие годы.
"Устойчивое лесное хозяйство зависит от того, как мы управляем нашими ресурсами в условиях сокращающейся земельной базы, доступной для лесов, и растущего населения", — говорит Шларбаум. — "Достижения UTIA в расшифровке ДНК, развитии семенных садов и экспериментов по точному лесоводству укрепят лесные экосистемы и обеспечат их жизнеспособность для будущих поколений".