Сотрудниками СПбГЛТУ разработан первый генетический маркер «узорчатости» древесины у карельской березы

Исследователи разработали уникальный генетический маркер, позволяющий выявлять деревья карельской березы на ранних стадиях их развития.

Узорчатая древесина карельской березы используется в производстве мебели и интерьерных элементов, ее уникальность и декоративные качества определяют ее высокую стоимость.

Возможность плантационного выращивания карельской березы вызывает большой интерес со стороны промышленности, и примеры создания таких плантаций уже имеются за рубежом, например, в Финляндии.

Проблема плантационного выращивания карельской березы состоит в том, что даже при контролируемом опылении деревьев с явно выраженной узорчатой древесиной в семенном потомстве наблюдается расщепление по этому признаку. При этом, визуальное проявление «узорчатости» можно ожидать у деревьев не ранее 8-летнего возраста. Эффективные методы ранней диагностики «узорчатости» у деревьев карельской березы представляют большой практический интерес.

Согласно ботанической номенклатуре, карельская береза считается разновидностью березы повислой. Вопрос наследования и генетического контроля узорчатой текстуры древесины у карельской березы дискутируется с начала прошлого века. Однако только недавно были опубликованы экспериментальные свидетельства о том, что признак узорчатой древесины может быть моногенным. Современные высокопроизводительные технологии генотипирования и разработанные алгоритмы поиска полногеномных ассоциаций (GWAS – genome-wide association study) позволили в рамках текущего проекта сделать следующий шаг в изучении молекулярно-генетических механизмов формирования фенотипа узорчатой древесины у карельской березы.

В результате проведенных работ было проанализировано 192 дерева с «узорчатым» и «безузорчатым» фенотипом, полученных от скрещивания двух пар карельских берез, и выявлено 37,045 полиморфных SNP-маркеров, которые были использованы для дальнейшего анализа популяционной структуры изучаемой выборки. Был проведен поиск ассоциаций (GWAS) между фенотипом «узорчатость древесины» и выявленными SNP-маркерами, при этом все SNP, достоверно ассоциированные с признаком, оказались локализованы в едином интервале хромосомы 10, протяженностью 1,2 млн пар нуклеотидов, где, предположительно, располагаются гены-кандидаты, отвечающие за формирование узорчатой древесины.

В процессе валидации одного из выявленных SNP-маркеров (S10_3465040), объясняющего самый высокий процент наблюдаемой изменчивости (56,28%), были выявлены прилегающие к этому SNP вставки-делеции длиной 2, 13 и 54 нуклеотидов. Делеция в 54 нуклеотидов эффективно детектируется с помощью простой ПЦР, и в изучаемой выборке она оказалась сцепленной с фенотипом «узорчатости». Для 174 деревьев из 190, тестированных с помощью ПЦР на наличие этой делеции (92%), маркерная диагностика совпала с фенотипической оценкой. По нашим сведениям, это первый молекулярный маркер, предложенный для идентификации генотипов карельской березы с узорчатой древесиной.

ПЦР-маркеру присвоено название BpCW1 (Betula pendula curly wood) и зарегистрирована Заявка № 2023122806/10(050236) на изобретение «BpCW1 - молекулярный маркер для выявления генотипов карельской березы на ранних стадиях развития».

Детальные описания процедуры выявления SNP-маркеров, сцепленных с фенотипом карельской березы, а также маркера BpCW1 представлены в статье, сданной в печать и предварительно опубликованной в качестве препринта на сайте bioRxiv.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-16-00096.