Hur kan genomisk selektion bidra till att förbättra förädlingen av skogsträd? I Pilar Herrera Egoavils doktorandprojekt används genetiska metoder för att förkorta förädlingscykeln för vårtbjörk.
Pilar Herrera Egoavil, doktorand baserad vid Uppsala universitet och knuten till Trees For Me, förklarar att det primära syftet med genomiskt urval är att göra det successivt lättare att välja träd med önskvärda egenskaper endast baserat på deras genetiska information, och på så sätt öka effektiviteten i förädlingen. Tekniken gör det möjligt att välja de bästa träden på genetisk nivå och i tidig ålder vilket påskyndar förädlingscykeln, istället för att behöva vänta på att hitta trädens bra och dåliga egenskaper först när träden har vuxit upp.
– Detta är särskilt viktigt inom trädförädling, där många gener och miljöfaktorer ofta påverkar långa förädlingscykler och egenskapernas komplexitet, vilket ger stora utmaningar. Genomiskt urval gör det möjligt för oss att använda en bredd av genetisk information för att hitta fysiska egenskaper av intresse, exempelvis trädets densitet, med hjälp av avancerad genetik och statistiska verktyg, vilket gör det till en kraftfull lösning att implementera i moderna trädförädlingsprogram, säger Pilar Herrera Egoavil, som nedan beskriver arbetet i forskningsprojektet mer i detalj.
Skärningspunkten mellan naturhistoria och trädförädling
Pilar Herrera Egoavil förklarar att under den senaste istidens maximum (för cirka 18 000 år sedan) drog sig arter i Europa tillbaka till refugier, som är områden där populationer av organismer överlevde under perioder av ogynnsamma förhållanden. Många av dessa områden fanns söder eller öster om inlandsisen i Europa. När klimatet värmdes upp och isen drog sig tillbaka flyttade många arter till norra Europa och möttes i stora kontaktzoner, som den i centrala Skandinavien som löper från öst till väst över halvön.
Just nu genomför Pilar Herrera Egoavil en jämförande studie av kontaktzonen i centrala Skandinavien för tre viktiga skogsträdslag: Betula pendula (vårtbjörk), Picea abies (gran) och Pinus sylvestris (tall).
– Studien av kontaktzoner för de olika trädslagen ger värdefulla insikter om de unika genetiska sammansättningarna och strukturerna hos trädpopulationerna, mekanismerna som upprätthåller deras genetiska mångfald och hindren för förflyttning av gener mellan trädpopulationer, även kallat genflöde. Att förstå populationsstrukturen för dessa arter är avgörande för att undvika falska positiva resultat i helgenomstudier och förbättra effektiviteten i genomiskt urval, säger Pilar Herrera Egoavil.
Hittills visar resultaten av forskningen att varje art som har studerats har två större genetiska grupper i Sverige, baserade i de norra och södra regionerna. De två genetiska grupperna möts i övergången mellan de två större klimatzonerna i Sverige, i vad som benämns som en kontaktzon. Pågående analyser kommer att avgöra om dessa populationer är lokalt anpassade till sina miljöer, eftersom det är vanliga observationer i trädslag.
– De här resultaten är avgörande för förädling av vårtbjörk eftersom de bekräftar tidigare observationer och kommer att vara vägledande i etableringen av förädlingspopulationer baserade på genomiskt urval i Sverige. Det kommer göra det möjligt att säkerställa vilka genotyper som är bäst lämpade för olika miljöer, säger Pilar Herrera Egoavil.
Kunskap om den genetiska mångfalden i vårtbjörk
Tidigare har Pilar Herrera Egoavil också tagit fram 600 sekvenser för hela arvsmassan från vårtbjörk, som täcker ett brett område av de naturliga populationerna av vårtbjörk över hela den geografiska bredden över Sverige. Denna datauppsättning har även kompletterats med populationer av vårtbjörk från Eurasien och från de närbesläktade trädslagen glasbjörk (Betula pubescens) och dvärgbjörk (Betula nana). Datan är viktig när man studerar den genetiska mångfalden hos vårtbjörk i Sverige och runt om i Eurasien och för att förstå de evolutionära och demografiska processer som har format artens genetiska landskap.
– Till att börja med identifierade jag genetiska variationer som urskiljer individer inom det naturliga området för vårtbjörk. I nära samarbete med kollegor från Finland har vi tagit fram en gemensam lista över genetiska variationer från våra kombinerade datamängder. Denna uppsättning av data över genetisk variation används för att utveckla ett genomiskt verktyg som kommer att vara viktigt för att koppla ihop genetiska data med efterfrågade trädegenskaper i framtida studier, förklarar Pilar Herrera Egoavil.
– Vi har nyligen fått de första resultaten från vårt genomiska verktyg. Nästa steg är att sortera in de genetiska variationerna i olika grupper (t.ex. funktionella, neutrala osv.). Denna process kommer att användas i framtida genomiskt urval och evolutionära studier och ge oss ett mer kraftfullt genotypiskt verktyg för förädling. Det kommer förbättra noggrannheten och förutsägbarheten i det genomiska urvalet, säger Pilar Herrera Egoavil.
Ordlista
- Genomik
Studier av hela arvsmassan, genomet, kallas genomik.
- Genomisk selektion
Genomiskt urval i trädförädling är en metod som använder en stor mängd genetisk data för att förutsäga och välja ut de bästa träden med önskade egenskaper, med fokus på t.ex. tillväxt och vedkvalitet. Detta urval kan göras tidigt i trädets livscykel, vilket påskyndar förädlingsprocessen.
- Kontaktzon
En kontaktzon är en geografisk region där distinkta populationer, arter eller samhällen möts.
- Genotyp
Organismens inneboende och exakta genetiska egenskaper.
- Helgenomstudie
En observationsstudie av en genomomfattande uppsättning genetiska varianter hos olika individer för att se om någon variant är associerad med en egenskap.