Сотрудник Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета при участии коллег Института экологии растений и животных УрО РАН и Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН получили данные о генетической структуре популяций лиственницы сибирской Урала и Сибири и обнаружили генетические механизмы, помогающие лиственнице адаптироваться к условиям окружающей среды. Полученные данные могут помочь сохранению популяций растений при изменении климата. Результаты исследования опубликованы в журнале Contemporary Problems of Ecology.
Лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb.)— одна из ключевых пород сибирских бореальных лесов, чья древесина по своим показателям превосходит многие другие хвойные породы. Она обладает высокой экологической и экономической значимостью. Большой интерес вызывает широкий ареал распространения лиственницы сибирской, который включает как тундровые зоны на севере, так и лесные и лесостепные зоны Алтая и Саян на юге. Лиственница также рассматривается в качестве одной из наиболее перспективных пород для искусственного лесовосстановления и лесоразведения. Однако генетическое изучение этого вида затруднено огромным размером генома: около 12 миллиардов нуклеотидных пар образуют генетический код лиственницы. Это в четыре раза больше генома человека. Последнее время, благодаря развитию высокопроизводительных методов секвенирования — процедуры «прочтения» генома, такие исследования стали доступны и позволяют анализировать большой набор генов и их взаимодействие.
Учёные Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами изучили генетическую структуру популяций лиственницы сибирской, растущей на разных географических широтах с контрастными климатическими условиями. Специалисты определили генетические маркеры адаптации лиственницы к условиям окружающей среды.
Исследование проводилось с использованием данных о климате, таких как среднегодовая температура, влажность, скорость ветра и освещённость. Эти показатели очень разнятся в разных областях ареала лиственницы: ближе к северным границам значительно уменьшается длина теплого сезона и светового дня, а на юге существует дефицит влаги и нередки засухи. Был проведён поиск генов, участвующих в локальной адаптации — развитии тех приспособлений, которые помогают дереву выжить в самых сложных природных и климатических условиях.
Для этого, используя ранее полученный красноярскими учёными геном лиственницы сибирской в качестве основы, были частично секвенированы 125 деревьев лиственницы из Сибири и Урала. Сравнив деревья, растущие в разных широтах на западных и восточных территориях, исследователям удалось найти несколько вариаций в геноме, которые с высокой долей вероятности объясняют, как лиственница адаптировалась к разным условиям обитания.
Учёные обнаружили двадцать одну генетическую вариацию, которые могут быть связаны с устойчивостью к стрессам и приспособляемостью к определенным условиям окружающей среды. Большинство из них находится в митохондриальном геноме. Именно митохондриальные гены играют решающую роль в локальной адаптации растений к различным условиям окружающей среды. Генетический анализ также показал, что анализируемые популяции лиственницы сибирской с западной территории более разнообразны, чем с восточной. Для западной популяции также более выражена связь генетических различий между популяциями лиственницы с расстоянием между местами их произрастания и климатическими условиями в этих местах.
«Полученные результаты говорят о том, что лиственница сибирская генетически достаточно сильно различается в пределах своего ареала. Мы обнаружили девять однонуклеотидных полиморфизмов, которые находятся под действием отбора, их встречаемость в популяции распределена не нейтрально. Кроме того, было выявлено 12 потенциально адаптивных полиморфизмов, которые связаны с изменчивостью факторов окружающей среды. Результаты данного исследования показывают, что использование геномных данных позволяет получить более точную картину генетической структуры популяций лиственницы сибирской и выявить новые генетические маркеры для изучения адаптаций этого вида к изменяющимся условиям. Эти данные могут быть использованы для разработки стратегий сохранения и восстановления популяций растений в условиях изменения климата и антропогенного воздействия», — рассказала Серафима Новикова, младший научный сотрудник лаборатории геномных исследований и биотехнологии ФИЦ КНЦ СО РАН.
Исследование поддержано Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 19-04-00964).
Источник: КНЦ СО РАН.