Ключевые аспекты адаптации деревьев к различным условиям роста и их выживание
Целые регионы, где растут деревья, исчезают из-за инвазивных вредителей, болезней и изменения климата. Лесные генетики, которым поручено вновь ввести в оборот исчезающие виды деревьев, считают, что ключ к способности деревьев адаптироваться к разнообразным условиям роста и, в конечном счёте, их выживание, может быть скрыт в сложном генетическом составе заменяющих деревьев.
Исследование генетического разнообразия сосны Торрея
Исследование одной из самых редких сосен в мире — сосны Торрея, проведённое группой учёных, в которую входили специалисты из Университета штата Пенсильвания, позволило получить ценные сведения о значении генетического разнообразия и важности сохранения локально адаптированного разнообразия для восстановления. Они опубликовали свои выводы в журнале Evolutionary Applications.
«Для сохранения видов с крайне низким генетическим разнообразием может быть полезно введение новой генетической вариации из одной популяции в другую, — сказала руководитель группы и старший автор статьи Джилл Гамильтон, доцент Университета штата Пенсильвания в области экосистемных наук и менеджмента и директор университетского Центра молекулярной генетики деревьев имени Шаца. — Но мы показываем, что в некоторых случаях, когда популяции развивались изолированно, как сосна Торрея, может потребоваться осторожность при рассмотрении введения новой вариации».
Уникальная история сосны Торрея
Критически уязвимая сосна Торрея естественным образом сохраняется только на одном острове и в одной популяции на материковой части южной Калифорнии. Используя общий садово-парковый эксперимент, созданный в 2007 году Тихоокеанской юго-западной исследовательской станцией Лесной службы США, который содержит деревья из обеих популяций и гибриды от скрещивания, исследователи сравнили приспособленность островной популяции сосен Торрея, материковой популяции и их гибридов.
Они выявили генетические варианты в двух популяциях, которые могут указывать на то, что между островной и материковой популяциями сформировались репродуктивные барьеры.
Для оценки геномных и фитнес-последствий межпопуляционного потока генов или «спасения» исследователи извлекли ДНК из хвои всех трёх групп и секвенировали её, идентифицируя регионы, где последовательность ДНК различалась у отдельных особей. Они оценили, могут ли некоторые из этих генетических регионов быть ответственными за различия в росте и производстве шишек между островной и материковой популяциями и их гибридами.
Группа исследователей под руководством Гамильтон в Колледже сельскохозяйственных наук изучала тяжёлое положение сосны Торрея за последнее десятилетие и то, как оно может дать уроки, которые могли бы помочь в спасении находящихся под угрозой исчезновения видов деревьев на востоке США, таких как ясень и американский каштан.
Соавтор исследования первого автора Алайна Мид, научный сотрудник, работающий в лаборатории Гамильтон, отметила, что уникальная история сосны Торрея делает её идеальной системой для изучения природоохранной генетики. Её две ограниченные популяции были разделены в течение длительного времени и адаптировались к местному климату.
«Около 1,2 миллиона лет назад на побережье Калифорнии сосна Торрея колонизировала остров, и с тех пор этот вид сосны сохранился в течение нескольких ледниковых периодов, а затем — в условиях потепления и иссушения климата Калифорнии», — сказала Мид. «Сейчас осталось только две популяции — материковая и островная, обе с очень низким генетическим разнообразием, что может ограничивать их способность адаптироваться к быстро нагревающимся климату».
Гибриды между островной и материковой популяциями растут быстрее, чем их родители, что позволяет предположить, что усиление генетического «спасения» может быть полезным, отметила Мид. Однако две популяции могли по-разному адаптироваться к климату острова и материка, поэтому гибриды, посаженные в природе, могут нести гены, адаптированные к неправильному климату.
«Чтобы проверить, может ли гибридизация повлиять на приспособленность будущих поколений, мы искали гены с низким уровнем смешивания между островными и материковыми вариантами, которые могли бы указывать на то, что островные и материковые варианты несовместимы и препятствуют опылению или вызывают гибель молодых деревьев», — сказала она. «Для одного из этих генетических вариантов наличие варианта материкового типа было связано с более высоким ростом и производством шишек, когда деревья были посажены в материковом саду».
Гамильтон предположила, что результаты исследования сосны Торрея могут помочь Центру Шаца Университета штата Пенсильвания и другим специалистам в спасении видов деревьев на востоке, уничтоженных инвазивными болезнями и вредителями.