Местные деревья адаптируются к климату и условиям окружающей среды своей местности, чтобы выжить. Исследователи из Колледжа природных ресурсов и окружающей среды в сотрудничестве с Американским фондом каштана подтвердили это, изучив геном американских каштанов, отобранных по всему Аппалачскому горному хребту, и сгруппировав образцы в соответствии с их конкретным экологическим регионом.
Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , может помочь фонду восстановить популяцию американского каштана и адаптировать селекцию к изменяющемуся климату.
«Чтобы понять историческую местную адаптацию к климату, мы секвенировали геномы многих побегов дикого каштана и выявили взаимосвязи между геномом в этих разных местах и окружающей средой этих мест», — сказал Джейсон Холлидей, профессор кафедры лесных ресурсов и охраны окружающей среды.
По словам Холлидея, неудивительно, что команда обнаружила значительную генетическую адаптацию к различным условиям у каштановых деревьев. Затем члены команды разделили Аппалачский регион на три области на основе схожих адаптаций местных деревьев — одну на севере, одну в центре и третью на юге.
Грибковая болезнь уничтожила американский каштан в начале 20-го века, убив миллиарды деревьев и изменив жизненный цикл вида, произрастающего в регионе Аппалачей. Из-за хронических инфекций грибковой болезни вид не способен размножаться, мигрировать или развиваться в ответ на изменение климата.
Американский фонд каштана потратил последние 40 лет на создание генетически модифицированного, устойчивого к фитофторозу вида, но до сих пор адаптивное разнообразие не было в центре внимания.
« Программа селекции Американского фонда каштана использовала пыльцу из разных мест ареала, поэтому один из вопросов заключается в том, удалось ли им уловить адаптивное разнообразие, присутствующее в ареале дикого американского каштана, таким образом, чтобы это позволило им вывести семейства, хорошо подходящие для определенных мест посадки», — сказал Холлидей.
Используя программное обеспечение для глубокого обучения, исследователи смогли предсказать географическое происхождение определенной последовательности генома, обучив эту модель с использованием деревьев с известным происхождением. Результаты показали, что фонд хорошо справляется с производством деревьев с адаптивным разнообразием, хотя необходимо уделять внимание тому, чтобы не потерять это разнообразие посредством дальнейшей селекции на устойчивость к фитофторозу.
В дальнейшем эта информация, помимо предоставления рекомендаций по сбору и сохранению большего количества этого разнообразия из трех регионов, определенных в ходе исследования, может помочь фонду восстановить определенные устойчивые к фитофторозу семейства американских каштанов в соответствии с регионами, в которых их геном наиболее соответствует.
Алекс Сандеркок, ведущий автор данной статьи, во время исследования был докторантом по программе генетики, биоинформатики и вычислительной биологии, а также аспирантом Института критических технологий и прикладных наук.
Джаред Уэстбрук, соавтор статьи и директор по науке Американского фонда каштана, сказал, что работа Сандеркока разработала достижимые цели относительно того, сколько деревьев американского каштана следует сохранить в каждой из трех региональных популяций.
«Мы узнали, что Американскому фонду каштана предстоит проделать большую работу по сохранению деревьев из самой южной американской популяции, сохранение которой особенно важно, поскольку она наиболее разнообразна в генетическом плане и, вероятно, лучше всего приспособится к более теплому климату будущего», — сказал Уэстбрук.
