Исследование генома поможет восстановить популяцию американского каштана
Исследователи из Колледжа природных ресурсов и окружающей среды совместно с Американским фондом каштана подтвердили, что местные деревья адаптируются к климату и условиям окружающей среды своего ареала для выживания. Это было сделано путём изучения генома деревьев американского каштана, собранных по всему Аппалачскому горному хребту, и группировки образцов в соответствии с их конкретным экологическим регионом.
Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, может помочь фонду восстановить популяцию американского каштана и адаптировать селекцию к изменяющемуся климату.
"Чтобы понять историческую локальную адаптацию к климату, мы секвенировали геномы многих диких побегов каштана и выявили взаимосвязи между геномом в этих разных местах и окружающей средой этих мест", — сказал Джейсон Холлидей, профессор кафедры лесных ресурсов и охраны окружающей среды.
По словам Холлидея, команда обнаружила, что не удивительно, большое генетическое разнообразие адаптаций каштановых деревьев к разным средам. Затем участники команды разделили Аппалачский регион на три области на основе схожих адаптаций местных деревьев — северную группу, центральную и южную.
Грибковый фитофтороз уничтожил американский каштан в начале XX века, погубив миллиарды деревьев и изменив жизненный цикл вида, произрастающего в Аппалачском регионе. Из-за хронических инфекций грибковым фитофторозом вид не способен к размножению, миграции или эволюции в ответ на изменение климата.
Американский фонд каштана потратил последние 40 лет на создание генетически модифицированного, устойчивого к фитофторозу вида, но адаптивное разнообразие до сих пор не было в фокусе внимания.
"Селекционная программа Американского фонда каштана использовала пыльцу из различных мест ареала, поэтому возникает вопрос: удалось ли им сохранить адаптивное разнообразие, присутствующее в дикой популяции американского каштана, таким образом, чтобы можно было вывести семейства, хорошо подходящие для конкретных мест посадки", — сказал Холлидей.
Используя программное обеспечение для глубокого обучения, исследователи смогли предсказать географическое происхождение конкретной геномной последовательности, обучив эту модель на деревьях с известным происхождением. Результаты показали, что фонд хорошо справляется с созданием деревьев, обладающих адаптивным разнообразием, хотя необходимо уделять внимание тому, чтобы не потерять это разнообразие в ходе дальнейшей селекции на устойчивость к фитофторозу.
В дальнейшем эта информация, помимо предоставления рекомендаций по сбору и сохранению большего количества этого разнообразия из трёх регионов, установленных исследованием, может помочь фонду восстановить конкретные устойчивые к фитофторозу семейства американского каштана в соответствии с регионами, где их геном лучше всего соответствует условиям.
Ведущий автор статьи Алекс Сандкок был докторантом программы по генетике, биоинформатике и вычислительной биологии во время исследования и аспирантом Института критических технологий и прикладных наук.
Джаред Уэстбрук, соавтор статьи и директор по науке Американского фонда каштана, сказал, что работа Сандкока определила реалистичные цели по количеству деревьев американского каштана, которые должны быть сохранены от каждой из трёх региональных популяций.
"Мы узнали, что Американскому фонду каштана предстоит ещё поработать над сохранением деревьев из самой южной американской популяции, что особенно важно, потому что она является наиболее генетически разнообразной и, вероятно, лучше всего адаптирована к более тёплому климату будущего", — сказал Уэстбрук.