Самые короткие последовательности ДНК раскрывают секреты самых высоких деревьев в мире

Прибрежные секвойи знамениты как самые высокие деревья в мире, но их отличает не только рост. В отличие от большинства хвойных, они могут размножаться вегетативно, давая побеги от пней, упавших стволов и корней. Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли изучают клональные структуры секвой с помощью нового метода анализа ДНК, который может помочь в управлении и сохранении лесов.

Новый метод, описанный в Applications of Plant Sciences, позволит учёным идентифицировать клональные линии и изучать, как клональное разнообразие меняется в пределах ареала вида. Прибрежные секвойи — одни из старейших живых деревьев на Земле. Хотя когда-то они занимали большую часть Северного полушария, сегодня их естественные леса сохранились лишь на узкой полосе длиной 450 миль вдоль побережья от северной Калифорнии до южного Орегона.

До сих пор клональные структуры секвой были мало изучены. Отчасти это связано с их уникальной особенностью — они являются гексаплоидами. Это означает, что в их геноме шесть копий каждой гомологичной хромосомы вместо двух.

«Генетический анализ полиплоидных организмов сложен из-за большего числа аллелей, — объясняет Лашми Нараян, аспирант, руководивший исследованием. — Помимо гексаплоидности, ещё одной проблемой при определении генотипической идентичности клональных растений является возможность соматических мутаций, которые меняют генотип особи в клональной линии. Эти мутации могут исказить результаты генотипирования, направленного на определение происхождения побегов».

Нараян разработал новый протокол, чтобы преодолеть трудности, связанные с мутациями и высоким числом генетических копий в ДНК секвой. Учёные протестировали протокол, собрав образцы ДНК у 770 деревьев, и успешно идентифицировали 449 различных клонов.

Ключевой аспект метода — использование коротких повторяющихся последовательностей ДНК (микросателлитов) из разных типов тканей секвой: камбия, листьев и побегов. Микросателлиты присутствуют у всех живых организмов и широко используются для различения особей.

«Новизна нашего протокола — в использовании разных типов тканей для проверки согласованной идентификации аллелей между образцами, — говорит Нараян. — Требование, чтобы аллели амплифицировались в нескольких типах тканей от одной особи, сделало наш протокол более консервативным и снизило вероятность ошибки идентификации. Другой новый аспект — активное использование моделирования данных для проверки разрешающей способности наших генетических маркеров и протокола оценки».

Молодые секвойи, будучи быстрорастущим видом, имеют коммерческую ценность для лесозаготовок, в то время как древние деревья охраняются. Генетические данные, полученные новым методом, могут помочь в устойчивом управлении коммерческими лесами молодого роста и улучшить усилия по сохранению древних популяций секвой.

«Мы надеемся, что методы, представленные в этой работе, будут применимы и к другим видам, — говорит Нараян. — Наше будущее исследование будет использовать эту методологию для изучения вариаций в уровнях клонального разнообразия по всему ареалу вида и того, как клональное размножение может влиять на физическую структуру лесов секвой».