Ученые приблизились к разгадке узора карельской березы

Ученые Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова совместно с коллегами подтвердили связь узорчатой древесины карельской березы с определенным участком ее генома, сузив область поиска генетических причин узора в четыре раза.

Древесину карельской березы нередко называют древесным мрамором. Необычное расположение ее тканей создает сложный и неповторимый рисунок, поэтому она высоко ценится в производстве мебели, предметов интерьера и художественных изделий. При семенном размножении ценный признак проявляется не у всех потомков, а уверенно оценить его наличие зачастую можно лишь через 8–15 лет. Для селекционеров это означает годы ожидания и ухода за растениями, часть которых в итоге сформирует обычную древесину.

Природу узорчатости древесины карельской березы обсуждают уже больше ста лет. Современные генетические методы позволяют проверить давние предположения и перейти к поиску конкретных участков ДНК, ответственных за характерный признак. В 2024 году авторы обнаружили связь узорчатости с определенным участком 10-й хромосомы. Но тогда ученые изучали деревья из двух семей — потомков известных родительских пар. Предстояло выяснить, воспроизводится ли обнаруженная закономерность у берез другого происхождения.

Для новой работы исследователи проанализировали 96 неродственных образцов из коллекций Института леса Карельского научного центра РАН. Выборка включала растения из Карелии, Финляндии, Беларуси и Ленинградской области. Ученые сопоставили почти 63 тысячи точечных различий в ДНК с наличием или отсутствием признаков узорчатости. Такой подход позволяет искать участки генома, связанные с особенностью растения, последовательно проверяя множество генетических вариантов. Результат подтвердился: наиболее выраженная связь вновь была обнаружена в том же участке 10-й хромосомы.

Затем авторы исследования провели полногеномное секвенирование, то есть прочитали ДНК шести деревьев целиком. Отобранные молекулярные маркеры они проверили на неродственных растениях и на семейном потомстве. Объединение этих данных позволило сократить область поиска до 275 тысяч «букв» ДНК. На этом участке находятся 22 аннотированных гена, и варианты в трех из них показали особенно сильную и воспроизводимую связь с узорчатостью.

Главный итог работы: авторы показали, что формирование узорчатой древесины в первую очередь связано с одним ключевым участком генома, а не с множеством разрозненных генов. Этот вывод подтвердился на деревьях разного происхождения. Внутри участка исследователи выявили конкретные генетические варианты, которые устойчиво сопутствуют узорчатости и у неродственных берез, и в семейном потомстве. Это открытие приближает ученых к пониманию того, как формируется знаменитый «мраморный» рисунок.

По оценкам ученых, практическая значимость открытия заключается в том, что в перспективе оно позволит осуществлять ранний отбор растений с помощью молекулярных маркеров, а после дополнительной проверки этот подход поможет выявлять перспективные сеянцы задолго до появления внешних признаков, что повысит эффективность селекции и выращивания посадочного материала. Это важно и для сохранения генетических ресурсов карельской березы, которая внесена в Красную книгу Республики Карелия.

В работе участвовали исследователи СПбГЛТУ, Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства, Института леса Карельского научного центра РАН и Сколковского института науки и технологий.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации