Sekwencjonowanie DNA stanowi pierwotną przyczynę w przypadku wielu spośród drzew brzozowych
W projekcie BETWOOD wykorzystano przełomowe odkrycia w dziedzinie technologii sekwencjonowania nowej generacji do zmapowania genomu przyrostów brzóz reprezentujących kilka geograficznie zróżnicowanych populacji (w Europie Środkowej i Północnej, a także na Syberii i w Azji). Sekwencjonowanie genomu umożliwiło zespołowi także identyfikację genów kandydujących, takich jak LAZY, które leżą u podstaw procesu tworzenia szczególnych form drzewostanów, umożliwiając uzyskanie wskazówek dotyczących procesów adaptacyjnych. Kilka miesięcy temu czasopismo Nature Genetics przedstawiło projekt BETWOOD jako integralny element szerzej zakrojonych wysiłków związanych z sekwencjonowaniem genomu brzozy brodawkowatej. „Możemy teraz określić podstawy molekularne charakterystycznych cech drzew!” Badacze od dawna mieli świadomość wariacji różniących drzewa brzozowe w obrębie tego samego lasu, a także w różnych lokalizacjach geograficznych na całym świecie. W ramach projektu BETWOOD udało się wykorzystać nowe metody sekwencjonowania DNA w celu przyjrzenia się molekularnej podstawie takich wariacji. Odwołując się do metodyki, badacz projektu BETWOOD, dr. Kaisa Nieminen powiedziała: „Sekwencjonowanie DNA w wysoce skuteczny sposób jest obecnie naprawdę opłacalne, a jego ceny znacząco się obniżają nawet w czasie trwania tego projektu. Prawdziwe wyzwanie stanowił sposób interpretacji powstałej bioinformatyki.” Odpowiedzią projektu było przeszkolenie całego zespołu bioinformatyków w kwestii interpretacji nowych danych dotyczących genomów. W kwestii analizy brzozy brodawkowatej (Betula pendula) przy wykorzystaniu tzw. selektywnych wymiatań, zespołowi udało się wywnioskować, że lokalna adaptacja wpłynęła na rozkład w czasie fundamentalnych procesów życiowych roślin. Zespół zaobserwował, że wariacje genetyczne dotyczące ściśle związanych z odpowiedzią na światło genów PHYC i FRS10 korelowały z szerokością i długością geograficzną oraz temperaturą. Tę samą korelację odkryto w przypadku wariacji sprzyjającego wzrostowi regulatorowi odpowiedzi cytokin ARR1 oraz genów rozwoju drzew, KAK i MED5A. W ramach analizy szczególnych form rozwoju w projekcie BETWOOD określono także mutację typu „Stop-in-frame w ortologu LAZY1 (geny objęte ewolucją z powszechnie występującego genu występującego u przodków) rodzaju Arabidopsis. Zespół aktualnie pracuje nad potwierdzeniem, czy taka mutacja wyjaśnia fenotyp „brzozy płaczącej”, który jest popularny w różnych ogrodach w całej Europie. Tego rodzaju polimorfizmy i mutacje będą stanowić silną podstawę dla dalszych analiz genetycznych cech charakterystycznych drzew. Jako lider projektu badającego genom brzozy, profesor Ykä Helariutta powiedział: „Możliwość określenia genów kandydujących dotyczących pewnych cech charakterystycznych przez proste ponowne sekwencjonowanie wariantu i porównanie go z genomem referencyjnym była dość zaskakująca. Tego rodzaju analiza nie była możliwa do przeprowadzenia przed pięcioma laty w przypadku żadnych innych gatunków roślinnych poza Arabidopsis. Możemy teraz określić dokładne podstawy molekularne charakterystycznych cech drzew!” Prace w dalszym ciągu są poszerzane Lasy pełnią ważną funkcję „pochłaniaczy” dwutlenku węgla, która jest kluczowa w stawianiu czoła zmianie klimatu. Dwutlenek węgla jest wchłaniany przez drzewa w procesie fotosyntezy, jednak węgiel, który uwalniany jest do atmosfery w związku z efektem cieplarnianym, również jest gromadzony bezpośrednio na pniach drzew. Według koordynatora projektu, profesor Katri Kärkkäinen, istotne jest zrozumienie fizjologii tego procesu, ponieważ, jak twierdzi: „Ze względu na zmiany składu atmosfery globalne ocieplenie dotyczy również stanu rozwoju drzew. Dodatkowo, ze względu na fakt, że drewno stanowi ważny zasób przemysłowy, lepsze zrozumienie jego genetyki może ułatwić nam jego wykorzystanie w bardziej zrównoważony sposób i potencjalne przyczynienie się do zupełnie nowych przyszłych zastosowań.” Dzięki pomocy projektu BETWOOD w ustaleniu brzozy jako nowego modelu genetycznego, zespół zamierza kontynuować wykorzystanie krótkotrwałej generacji (na poziomie około jednego roku, co jest bardzo krótkim czasem w porównaniu do innych gatunków drzew) do dalszego odkrywania wariacji genetycznych, wpływających na różnorodność geograficzną i fenotypową.
Słowa kluczowe
Projekt BETWOOD, genom, sekwencjonowanie DNA, brzoza brodawkowata, bioinformatyka, Betula pendula, gen, adaptacja, wariacja, formy wzrostu, mutacja, polimorfizmy, rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis)
