Совершено знаковое для изучения карельской берёзы открытие: обнаружен участок генома, отвечающий за проявление её главного признака — узорчатости древесины.

Это позволит выявлять карельскую берёзу на самых ранних стадиях развития, что важно для создания плантаций. Сегодня на практике отличить её от сородичей можно лишь на 8–15 год — именно в этом возрасте начинает проявляться знаменитый «мраморный» рисунок. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports издательства группы Nature.

Коллектив учёных из Петрозаводска и Санкт-Петербурга провёл молекулярно-генетический анализ 192 деревьев карельской берёзы. В результате исследователям впервые удалось обнаружить генетический локус — участок ДНК, на котором располагаются гены, ответственные за появление узорчатости древесины. Это открытие имеет большое значение как для фундаментальной науки, так и практического применения.

Результат исследования проливает свет на одну из главных загадок в изучении карельской берёзы: по какой причине формируется знаменитый «мраморный» рисунок. В течение почти ста лет учёные строили различные гипотезы, в том числе о влиянии внешних факторов — вирусов, погодных условий, или внутренних — генетических. Главный научный сотрудник Института леса Карельского научного центра РАН доктор биологических наук Лидия Ветчинникова — сторонник генетической природы формирования узорчатой древесины у карельской берёзы и один из авторов эколого-генетической гипотезы её происхождения. В XX веке многие учёные приводили экспериментальные доказательства того, что узорчатая древесина передается по наследству, однако требовалось проведение исследований на молекулярном уровне, для которых тогда не было технических возможностей.

«Сейчас, когда появилось оборудование нового поколения с высокой разрешающей способностью, удалось провести такое исследование. Удачной оказалась десятая хромосома: на ней обнаружен участок, который может служить ДНК-маркером узорчатости. То есть мы с высокой точностью предполагаем, что в этой зоне располагаются гены, отвечающие за узорчатую текстуру древесины», — рассказала Лидия Ветчинникова.

Исследование реализуется в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом (№22-16-00096, руководитель — доктор сельскохозяйственных наук Анатолий Жигунов). Молекулярно-генетический анализ проводился силами специалистов Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета и Сколковского института науки и технологий. Лидия Ветчинникова является одним из основных участников этого проекта.

«Важным звеном при проведении подобного исследования считается подбор объектов. На материале одного дерева это сделать невозможно, необходимо большое количество растений. К счастью, в Карелии ещё сохранились производственные посадки карельской берёзы, созданные с помощью контролируемого опыления, например, лесосеменная плантация. Выборка деревьев была научно обоснована с учётом биологических особенностей карельской берёзы», — рассказала учёный.

Результаты исследования опубликованы в международном журнале Scientific Reports издательства группы Nature. По мнению Лидии Ветчинниковой, в свете авторитетного признания важно подчеркнуть значимость наличия в республике не только научных объектов, но и таких как лесосеменная плантация и ботанические заказники, которые отсутствуют где-либо ещё в России. Они требуют повышенного внимания и работ по сохранению, поскольку представляют ценный и уникальный генофонд.

«В 90-е годы карельская берёза пострадала от незаконных рубок, сократилась её численность, отсутствует молодое потомство. Решением вопроса о восстановлении ресурсов могло бы стать создание новых плантаций, но только с учётом научных результатов, полученных в Институте леса, сотрудники которого в настоящее время являются лидерами в этом направлении. Знания, полученные при выполнении проекта, открывают новые возможности для продолжения исследований в познании тайн карельской березы», — отметила ученый.

Так как всё исследованные деревья происходят из Карелии, на следующем этапе работы участники проекта намерены проверить, работает ли обнаруженный маркер по всей географии распространения карельской берёзы. Сделать это позволит Коллекция in vitro клонов редких видов семейства Betulaceae (Берёзовые), созданная Лидией Ветчинниковой в Институте леса КарНЦ РАН. Она включает в себя клоновое потомство от более чем 100 деревьев из России, Дании, Норвегии, Швеции, Финляндии и Белоруссии, часть из которых уже отсутствует в природе. Клонирование, которым карельские учёные занимаются с 1990-х годов, является наиболее эффективной технологией получения саженцев карельской берёзы и гарантированного сохранения уникальных признаков исходных деревьев.

Открытие важно и в практическом плане. Несмотря на наследуемость признака, в потомстве карельской берёзы нередко может проявляться и «обычная», неузорчатая древесина, характерная для берёзы повислой. Учёные объясняют это гибридным происхождением: по их мнению, карельская берёза возникла в результате скрещивания разных видов берёзы в определённых климатических условиях, которые сложились на территории бассейна Балтийского моря в так называемый малый ледниковый период (XIV–XIX вв.). Кроме того, карельская берёза, в свою очередь, также может скрещиваться с обычной, что ведёт к расщеплению признака и исчезновению узорчатости. Всё это создает сложности при создании современных плантаций. Ситуация усугубляется тем, что признаки «карелистости» проявляются у дерева в среднем лишь на 8–15 год жизни. Найденный генетический маркер позволит делать точный прогноз наличия или отсутствия мраморного рисунка на более раннем этапе развития.

«Выявление возможностей генетической диагностики узорчатой древесины и разработка соответствующих молекулярных маркеров позволят предотвратить чрезмерные затраты и усилия по содержанию насаждений карельской берёзы, в том числе в случае их создания в промышленных целях», — отмечают авторы исследования.

Наконец, результаты работы могут способствовать пересмотру таксономического статуса карельской берёзы. Сегодня она считается разновидностью берёзы повислой, однако Лиия Ветчинникова с коллегами убеждены, что она соответствует рангу вида. Помимо прочего, это важно для внесения карельской берёзы в Красные книги и проведения мероприятий по сохранению и восстановлению её уникального генофонда.

Источник: служба научных коммуникаций КарНЦ РАН.