Разгадана загадка карельской берёзы и предложен маркер для её распознавания на стадии ростка
Карельская (или волнистая) берёза — загадочное дерево с узорчатой текстурой древесины и причудливой формой ствола. Она знаменита своей древесиной, которую с XVIII века использовали для изготовления мебели, в том числе для царских покоев, называя «царским деревом» и «деревянным мрамором».
Команда учёных из Сколтеха, СПбГЛТУ и Института леса КарНЦ РАН выяснила, что узор древесины карельской берёзы является результатом мутации одного гена. Исследование опубликовано в Scientific Reports.
Причина узора
«Скорее всего, это мутация в одном гене, и мы знаем, на какой хромосоме он расположен. Мы предполагаем, что поломка этого локуса вызывает нарушение нормального формирования ксилемы — основной водопроводящей ткани растения — и проявление узора карельской берёзы», — пояснила руководитель исследования, профессор Агроцентра Елена Поточина.
Проблема идентификации
Определить сорт сложно: признаки становятся видны только через 8–15 лет роста. Даже при скрещивании двух карельских берёз лишь около 60% потомства через десять лет оказываются карельскими.
Для исследования учёные получили фенотипические данные и листья около 200 деревьев от партнёров. Специалисты Института леса КарНЦ РАН вырастили два потомства от скрещивания карельских берёз (возрастом 16 и 35 лет), каждое дерево было профессионально оценено экспертом Лидией Ветчинниковой.
Поиск генетической причины
«Мы сгенерировали ДНК-библиотеки и секвенировали их с помощью технологии GBS, которая подразумевает секвенирование случайных участков генома», — сказал первый автор исследования, выпускник Сколтеха Рим Губаев.
Анализ однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) показал, что волнистый фенотип равномерно распределён в двух популяциях, что подтвердило точность фенотипирования и указало на его генетическую, а не популяционную природу. Исследование демонстрирует, что карельская берёза — не отдельный подвид, а существует локус в геноме, ответственный за этот признак.
Молекулярный маркер
Команда предложила молекулярный маркер для идентификации карельской берёзы всего за три часа лабораторных процедур (ПЦР). Кандидатский ген находится на 10-й хромосоме, где обнаружено значительное количество вставок и делеций.
«Мы сравнили этот регион генома у карельской и европейской повислой берёзы и обнаружили, что карельская отличается многочисленными делециями. Коллеги предполагают, что это вызвано высокой активностью мобильных элементов ДНК, или транспозонов», — добавил Губаев.
«Этот регион длинный у не-карельских берёз и короткий у карельских из-за многочисленных делеций. Эту разницу легко выявить с помощью простой ПЦР. Теперь достаточно выделить ДНК, провести ПЦР-тест с праймерами, которые мы нашли, и получить результат. В нашей выборке тест показал точность 92%».
Практическое значение
«Промышленность получает инструмент, позволяющий понять, будет ли у дерева карельский фенотип на любой стадии развития растения — даже у месячного ростка — и, следовательно, выбрать саженец для плантации. Мы предлагаем мощный инструмент для создания и управления плантациями карельской берёзы для промышленного производства», — заключила Поточина.
Исследователи надеются, что этот метод также поможет защитить эту ценную и редкую краснокнижную разновидность берёзы от незаконных рубок в естественной среде обитания.