Эволюционная история березы, рассказанная через 80 геномов

Новое исследование проливает свет на эволюционную историю березы — дерева, которое, несмотря на свою коммерческую ценность, мало изучалось учеными.

«Береза — одно из основных деревьев для лесной продукции в Северном полушарии. У других, таких как ель, сосна и тополь, уже есть секвенированные геномы, а у березы не было — до сих пор», — говорит биолог Виктор Альберт.

Команда секвенировала около 80 особей одного вида — Betula pendula, березы повислой (или серебристой). Образцы были взяты из популяций по всему ареалу вида: в Финляндии, Германии, Норвегии, Ирландии и вплоть до Сибири.

Анализ 80 геномов позволил выявить генетические мутации, которые могут представлять интерес для промышленности, в том числе влияющие на рост деревьев и их реакцию на свет в разных широтах, долготах и условиях окружающей среды.

«Что делает березу выносливой в разных условиях? Дерево из Финляндии может погибнуть, если его посадить в Сибири, потому что у растений есть локальные адаптации — специфические генетические мутации, — которые помогают им выживать в местах их произрастания», — поясняет Якко Хелариутта. Понимание этих естественных адаптаций может способствовать генной инженерии и искусственному отбору.

Исследование будет опубликовано 8 мая в журнале Nature Genetics.

Манипулирование генами для лучшего роста

Исследователи идентифицировали интересные мутации, обнаруживая характерные протяженные участки идентичной ДНК в обеих копиях генов у отдельных деревьев. Такие участки указывают на генетические регионы, критически важные для выживания и развития вида, являясь результатом «селективных свипов» — когда все или большинство особей в географическом регионе начинают зависеть от определенного генетического признака.

Ученые обнаружили множество селективных свипов в генах, влияющих на важные качества, такие как рост деревьев и производство древесины.

Некоторые свипы оказались связаны с различными условиями окружающей среды:

• Два гена, контролирующих реакцию березы на свет — PHYC и FRS10, — имели заметные мутации, коррелирующие с широтой, долготой и температурой. Мутации в PHYC также были связаны с режимом осадков.
• Аналогичные ассоциации были выявлены для двух генов, связанных с производством древесины — KAK и MED5A. Их мутации коррелировали с широтой, долготой и температурой.

«Селективные свипы, которые мы идентифицировали, могут быть основой локальной адаптации для разных популяций березы. Гены «настраиваются» по-разному, чтобы позволить этим растениям лучше приспосабливаться к своей среде», — говорит Яркко Салоярви.

«Исследование указывает на генетические мутации, которые могут представлять интерес для генетических манипуляций в целях лесной промышленности», — отмечает Петри Аувинен.