Генетическое разнообразие ясеня может помочь восстановлению после нашествия жуков

Инвазивный изумрудный златка (изумрудный ясеневый пилильщик), согласно данным Министерства сельского хозяйства США, впервые был обнаружен в США на юго-востоке Мичигана в 2002 году. За последующие десятилетия этот жук-древоточец распространился на восток и запад США и Канады, уничтожив десятки миллионов ясеней и вызвав одно из самых дорогостоящих нашествий лесных насекомых на сегодняшний день.

Более 90% всех заражённых этим насекомым, родом из Азии, ясеней в конечном итоге погибает, что угрожает сделать этот вид деревьев функционально вымершим в Северной Америке. В ответ исследователи из Университета штата Пенсильвания совместно с Лесной службой США и другими партнёрами работают над выявлением и созданием ясеней, генетически способных противостоять натиску жуков, и планируют стратегию восстановления ясеня в лесах.

С 2019 года учёные из Центра молекулярной генетики деревьев Луи В. Шаца при Университете штата Пенсильвания сосредоточили усилия на исследовании ясеня орегонского (Fraxinus latifolia). Этот вид играет критическую роль на Тихоокеанском северо-западе, обеспечивая среду обитания для дикой природы, стабилизируя берега ручьёв обширной корневой системой, охлаждая водоёмы тенью и служа источником пищи для птиц и насекомых.

В исследовании, недавно опубликованном онлайн перед включением в печатное издание Molecular Ecology, учёные обнаружили значительную геномную изменчивость в пределах ареала ясеня орегонского.

Генетический состав деревьев, простирающихся от Калифорнии до Британской Колумбии, варьируется в зависимости от их местоположения в пределах ареала вида, находясь под влиянием демографии, связности ареала и адаптации к окружающей среде. Эта изменчивость может помочь в создании более выносливых ясеней, устойчивых как к инвазивным жукам, так и к повышению температур. По словам исследователей, это критически важно, поскольку никакой другой вид деревьев не занимает его нишу в экологическом балансе региона.

Оценки необходимого геномного изменения для адаптации к будущим климатическим прогнозам, известные как геномный сдвиг, были наибольшими в северо-восточной и наименьшими в южной частях ареала вида. Эти данные, по словам учёных, предполагают, что региональное распределение геномной изменчивости может иметь решающее значение для долгосрочного выживания деревьев.

"Изумрудная златка недавно была замечена в Орегоне и Британской Колумбии, и мы знаем, чего ожидать с точки зрения смертности ясеня орегонского", — заявила старший автор исследования Джилл Гамильтон, доцент кафедры науки об экосистемах и управления и директор Центра Шаца.

"Наше исследование направлено на количественную оценку и сохранение генетического разнообразия для будущих усилий по селекции на устойчивость. Университет штата Пенсильвания возглавляет международные усилия по сохранению генетики для сохранения генетического разнообразия среди видов ясеня, что будет иметь решающее значение для разработки программ селекции и лесовосстановления".

Для получения результатов исследователи проанализировали геномную изменчивость более чем 1000 отдельных деревьев из 61 отдельной популяции по всему ареалу ясеня орегонского, простирающемуся от Калифорнии, Орегона и Вашингтона до Британской Колумбии.

Секвенирование образцов, собранных исследователями из Университета штата Пенсильвания, Лесной службы и других партнёров, показало, что, несмотря на свидетельства связности между популяциями ясеня орегонского, фрагментированное распределение популяций может повлиять на долгосрочный эволюционный потенциал вида.

Для разработки программ селекции, которые позволят получить устойчивые к изменению климата и изумрудной златке деревья, необходимо будет уделить первостепенное внимание сохранению геномного разнообразия в масштабах всего ареала, отметила Гамильтон.

"Использование возможностей ландшафтной геномики позволяет нам определить регионы и популяции ясеня орегонского, вызывающие наибольшую обеспокоенность с точки зрения сохранения, и может улучшить отбор популяций для расширения коллекций для программ селекции", — сказала она.

"Учитывая непосредственный риск, который изумрудная златка представляет для ареала ясеня орегонского, необходимы упреждающие меры по сохранению. Это исследование представляет собой первое применение геномных данных для сохранения и восстановления ясеня орегонского".