Ландшафтная геномика поможет спасти орегонский ясень от жука-короеда

Инвазивный жук-короед, согласно данным Министерства сельского хозяйства США, был впервые обнаружен в Соединенных Штатах в юго-восточном Мичигане в 2002 году.

С тех пор жук, повреждающий древесину, распространился на восток и запад по территории США и Канады, уничтожив десятки миллионов ясенных деревьев и став одной из самых дорогих лесных инвазий насекомых на сегодняшний день. Более 90% всех ясенных деревьев родом из Азии, пораженных этим насекомым, в конечном итоге погибают, что угрожает функциональному вымиранию этого вида деревьев в Северной Америке. В ответ на ситуацию исследователи из Пенсильванского государственного университета работают с Лесной службой США и другими партнерами, чтобы идентифицировать и развивать ясенные деревья, генетически способные противостоять атаке жуков, и разработать стратегии восстановления ясеня в лесах.

С 2019 года ученые из Центра молекулярной генетики деревьев имени Луиса В. Шаца при Пенсильванском государственном университете сосредоточили свои усилия на исследовании ясеня Орегонского (Fraxinus latifolia), растения, играющего важную роль на северо-западном побережье Тихого океана (предоставляя среду обитания для дикой природы, стабилизируя берега рек своим обширным корневой системой, поддерживая прохладу водоемов за счет своей тени и служа источником пищи для птиц и насекомых).

В недавнем исследовании, опубликованном онлайн и ожидающем включения в печатное издание журнала Molecular Ecology, исследователи обнаружили значительное геномное разнообразие в ясене Орегонском. Генетический состав деревьев, которые простираются от Калифорнии до Британской Колумбии, варьируется в зависимости от их местоположения в диапазоне вида, под влиянием демографии, связности диапазонов и экологической адаптации. Это разнообразие может помочь в разработке более стойких ясенных деревьев, устойчивых как к натиску инвазивных жуков, так и к повышающимся температурам — критически важные потребности, согласно исследователям, так как никакой другой вид деревьев не занимает его нишу в экологическом балансе региона.

Оценки геномных изменений, необходимых для адаптации к будущим климатическим прогнозам, известных как геномный сдвиг, оказались наибольшими на северо-востоке и наименьшими на юге диапазона вида, согласно исследователям. Эти находки, как они объяснили, предполагают, что региональное распределение геномного разнообразия может быть критически важным для долговременного выживания деревьев.

“Недавно жук-короед был замечен в Орегоне и Британской Колумбии, и мы знаем, чего ожидать в отношении смертности у ясеня Орегонского,” говорит старший автор исследования Джилл Гамильтон, доцент по экосистемной науке и управлению и директор Центра Шаца. “Наше исследование направлено на количественную оценку и сохранение генетического разнообразия для будущих программ селекции устойчивости. Пенсильванский государственный университет ведет международные усилия по сохранению генетики для сохранения генетического разнообразия среди видов ясеня, что будет критически важно для разработки программ селекции и лесовосстановления.”

Чтобы прийти к своему заключению, исследователи проанализировали геномное разнообразие более чем 1000 индивидуальных деревьев из 61 отдельной популяции в диапазоне видов ясеня Орегонского, охватывающем территорию от Калифорнии, Орегона и Вашингтона до Британской Колумбии. Секвенирование образцов, собранных исследователями из Пенсильванского государственного университета, Лесной службы и других партнеров, показало, что, несмотря на наличие связности между популяциями ясеня Орегонского, неоднородное распределение популяций может повлиять на долгосрочный эволюционный потенциал вида деревьев.

Для разработки программ селекции, которые создадут устойчивые к климату и защищенные от жука-короеда деревья, необходимо приоритизировать сохранение геномного разнообразия на всем диапазоне вида, отметила Гамильтон.

“Использование возможностей ландшафтной геномики позволяет нам идентифицировать регионы и популяции ясеня Орегонского, представляющие наибольшую ценность для сохранения, и может улучшить отбор популяций для расширения коллекций в рамках программ селекции,” сказала она. “С учетом немедленного риска со стороны жука-зеленого ясеневая короед для диапазона видов ясеня Орегонского, существует необходимость в проактивном сохранении. Это исследование представляет собой первое применение геномных данных для сохранения и восстановления ясеня Орегонского.”