Идентифицированы гены устойчивости к засухе у некоторых европейских буков

Исследователи определили, почему одни деревья выживают в сухие и жаркие летние периоды, а другие получают сильные повреждения. Для европейского бука ответ может дать анализ генома. Команда под руководством профессора Маркуса Пфеннингера из LOEWE Центра трансляционной геномики биоразнообразия и Исследовательского центра биоразнообразия и климата Зенкенберга изучила повреждённые и здоровые буки в Гессене (Германия) и выявила участки генома, ответственные за устойчивость к засухе. На основе этих участков ДНК можно предсказать для каждого отдельного дерева, как оно перенесёт длительную засуху. Целевые ДНК-тесты теперь позволят отбирать устойчивые экземпляры для лесного хозяйства, чтобы помочь буковым лесам адаптироваться к изменению климата. Исследование опубликовано в журнале "eLife".

Генетическая основа устойчивости

В буковых лесах здоровые деревья часто стоят рядом с сильно повреждёнными. Изучив около 200 таких пар деревьев по всему Гессену, учёные обнаружили причину в их ДНК. Геном европейского бука содержит 542 миллиона элементов. Примерно 100 участков ДНК оказались решающими для устойчивости к засухе. У здоровых деревьев в этих участках содержатся гены, которые, как известно и у других растений, позволяют реагировать на стресс от засухи.

"Индивидуальный генетический набор определяет, способен ли бук пережить длительные периоды засухи или нет", — говорит профессор Пфеннингер.

От науки к практике

На основе данных генома был разработан тест с молекулярными маркерами для генов, важных для устойчивости к засухе. Тест был валидирован на примерно 90 буках с точностью 99% и может выявлять устойчивость даже в семенах.

"Теперь, когда мы можем классифицировать отдельные деревья, лесники могут выбирать особенно устойчивые экземпляры, например, для лесовосстановления. Таким образом, мы можем помочь буковым лесам устойчиво адаптироваться к климатическим изменениям", — объясняет доктор Барбара Фельдмайер.

Значение бука и методология

Европейский бук (Fagus sylvatica) — самое распространённое лиственное дерево в лесах Германии. В Гессене он занимает около трети лесной площади. Бук играет важную роль в устойчивом лесном хозяйстве и является средой обитания для нескольких тысяч видов.

Для исследования в 2019-2020 годах учёные обследовали буки по всему Гессену. На каждом из примерно 200 участков выбирали одну здоровую на вид и одну соседнюю сильно повреждённую (с увядшими или отсутствующими листьями) особь для анализа. Среднее расстояние между парами составляло пять метров. ДНК экстрагировали из зелёных листьев в лаборатории.

Выводы для будущего

"Наше исследование даёт научную основу для устойчивого управления буковыми лесами, которое поддерживает естественный отбор устойчивых деревьев", — говорит Пфеннингер. — "Теперь эти результаты должны быть интегрированы в практику, например, в мониторинг естественных лесов или в выборочные рубки и лесовосстановление. Тем самым мы можем помочь сохранить уникальную экосистему, уже затронутую изменением климата".