Биологи нашли гены узорчатости древесины карельской березы

Российские ученые сделали знаковое для изучения карельской березы открытие. Они обнаружили участок генома, отвечающий за проявление ее главного признака — узорчатости древесины.

Как сообщили в службе научных коммуникаций КарНЦ РАН, это позволит выявлять карельскую березу на самых ранних стадиях развития, что важно для создания плантаций. На практике отличить ее от сородичей можно лишь на 8–15 год, когда начинает проявляться «мраморный» рисунок. 

Исследователи из Петрозаводска и Санкт-Петербурга сделали молекулярно-генетический анализ 192 деревьев карельской березы. В результате удалось обнаружить генетический локус — участок ДНК, на котором располагаются гены, ответственные за появление узорчатости древесины. Это открытие имеет большое значение как для фундаментальной науки, так и практического применения.

Как уточнили ученые, результат этой работы проливает свет на одну из главных загадок в изучении карельской березы: по какой причине формируется знаменитый «мраморный» рисунок. Почти целый век биологи строили гипотезы, в том числе о влиянии внешних факторов — вирусов, погодных условий, или внутренних — генетических. 

Главный научный сотрудник Института леса Карельского научного центра РАН доктор биологических наук Лидия Ветчинникова — сторонник генетической природы формирования узорчатой древесины у карельской березы и один из авторов эколого-генетической гипотезы ее происхождения. В XX веке многие приводили экспериментальные доказательства того, что узорчатая древесина передается по наследству, но требовалось проведение исследований на молекулярном уровне, для которых тогда не было технических возможностей.

«Сейчас, когда появилось оборудование нового поколения с высокой разрешающей способностью, удалось провести такое исследование. Удачной оказалась десятая хромосома: на ней обнаружен участок, который может служить ДНК-маркером узорчатости. То есть мы с высокой точностью предполагаем, что в этой зоне располагаются гены, отвечающие за узорчатую текстуру древесины», — рассказала Лидия Ветчинникова.

Исследование проходит по  проекту, поддержанному Российским научным фондом. Молекулярно-генетический анализ проводили специалисты Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета и Сколковского института науки и технологий. Лидия Ветчинникова стала одним из основных участников этого проекта.

«Важным звеном при проведении подобного исследования считается подбор объектов. На материале одного дерева это сделать невозможно, необходимо большое количество растений. К счастью, в Карелии еще сохранились производственные посадки карельской березы, созданные с помощью контролируемого опыления, например, лесосеменная плантация. Выборка деревьев была научно обоснована с учетом биологических особенностей карельской березы», — отметила биолог.

Так как все исследованные деревья происходят из Карелии, на следующем этапе работы участники проекта хотят проверить, работает ли обнаруженный маркер по всей географии распространения карельской березы. Сделать это позволит Коллекция in vitro клонов редких видов семейства Betulaceae (Березовые), созданная Лидией Ветчинниковой в Институте леса КарНЦ РАН. Она включает в себя клоновое потомство от более чем 100 деревьев из России, Дании, Норвегии, Швеции, Финляндии и Белоруссии, часть из которых уже отсутствует в природе. Клонирование, которым карельские ученые занимаются с 1990-х годов, считается наиболее эффективной технологией получения саженцев карельской березы и гарантированного сохранения уникальных признаков исходных деревьев.

«Выявление возможностей генетической диагностики узорчатой древесины и разработка соответствующих молекулярных маркеров позволят предотвратить чрезмерные затраты и усилия по содержанию насаждений карельской березы, в том числе в случае их создания в промышленных целях», — уверены авторы исследования.

Кроме того, результаты работы могут способствовать пересмотру таксономического статуса карельской березы. Сегодня она считается разновидностью березы повислой, но биологи убеждены, что она соответствует рангу вида. Это также важно для внесения карельской березы в Красные книги и проведения мероприятий по сохранению и восстановлению ее уникального генофонда.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports издательства группы Nature.