Drzewa rodzime dostosowują się do klimatu i warunków środowiskowych swojego obszaru, aby przetrwać. Naukowcy z College of Natural Resources and Environment we współpracy z American Chestnut Foundation potwierdzili to, badając genom amerykańskich kasztanowców pobranych z całego pasma górskiego Appalachów i grupując próbki według ich konkretnego regionu środowiskowego.

Wyniki badań, których wyniki niedawno opublikowano w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences, mogą pomóc fundacji w odtworzeniu populacji kasztanowca amerykańskiego i dostosowaniu hodowli do zmieniającego się klimatu.

„Aby zrozumieć historyczną lokalną adaptację do klimatu, przeprowadziliśmy sekwencjonowanie genomów wielu pędów pni kasztanowca dzikiego i zidentyfikowaliśmy powiązania między genomem w tych różnych miejscach a tamtejszym środowiskiem” – powiedział Jason Holliday, profesor w Katedrze Zasobów Leśnych i Ochrony Środowiska.

Zespół odkrył, co nie jest zaskakujące, według Hollidaya, znaczną ilość adaptacji genetycznej do różnych środowisk u drzew kasztanowca. Następnie członkowie zespołu podzielili region Appalachów na trzy obszary na podstawie podobnych adaptacji rodzimych drzew — grupę na północy, jedną w centrum i trzecią na południu.

Zaraza grzybicza zdziesiątkowała amerykańskie drzewo kasztanowca na początku XX wieku, zabijając miliardy drzew i zmieniając cykl życia gatunku rodzimego dla regionu Appalachów. Z powodu przewlekłych infekcji grzybiczych gatunek ten nie jest w stanie rozmnażać się, migrować ani ewoluować w odpowiedzi na zmiany klimatu. American Chestnut Foundation spędziła ostatnie 40 lat na tworzeniu genetycznie zmodyfikowanego gatunku odpornego na zarazę grzybiczą, ale adaptacyjna różnorodność nie była aż do teraz przedmiotem zainteresowania.

„Program hodowlany fundacji American Chestnut Foundation wykorzystywał pyłki pochodzące z różnych miejsc w tym obszarze, więc pytanie brzmi, czy udało się uchwycić różnorodność adaptacyjną obecną w dzikim obszarze występowania kasztanowca amerykańskiego w sposób, który umożliwiłby im rozwój rodzin dobrze przystosowanych do konkretnych miejsc nasadzeń” — powiedział Holliday.

Korzystając z oprogramowania do głębokiego uczenia, naukowcy byli w stanie przewidzieć geograficzne pochodzenie określonej sekwencji genomu, trenując ten model przy użyciu drzew o znanym pochodzeniu. Wyniki pokazały, że fundacja dobrze radzi sobie z produkcją drzew o adaptacyjnej różnorodności, chociaż należy zwrócić uwagę, aby nie utracić tej różnorodności poprzez dalszą hodowlę w celu uzyskania odporności na zarazę.

W przyszłości informacje te, oprócz dostarczenia wskazówek dotyczących gromadzenia i ochrony większej części tej różnorodności z trzech regionów określonych w badaniu, mogą pomóc fundacji w przywróceniu konkretnych rodzin kasztanowca amerykańskiego odpornych na zarazę, zgodnie z regionami, w których ich genom jest najlepiej dopasowany.

Alex Sandercock, główny autor niniejszego artykułu, był doktorantem na kierunku genetyka, bioinformatyka i biologia obliczeniowa podczas badań oraz pracownikiem naukowym Instytutu Technologii Krytycznych i Nauk Stosowanych.

Jared Westbrook, współautor artykułu i dyrektor ds. naukowych w American Chestnut Foundation, powiedział, że praca Sandercocka pozwoliła na ustalenie realnych celów dotyczących liczby drzew kasztanowca amerykańskiego, które należy chronić w każdej z trzech populacji regionalnych.

„Dowiedzieliśmy się, że American Chestnut Foundation ma jeszcze wiele do zrobienia, aby chronić drzewa z populacji występującej najdalej na południe od Ameryki, której ochrona jest szczególnie ważna, ponieważ jest najbardziej zróżnicowana genetycznie i prawdopodobnie najlepiej przystosowana do cieplejszego klimatu w przyszłości” – powiedział Westbrook.

Częściowe finansowanie badań pochodziło od Instytutu Technologii Krytycznych i Nauk Stosowanych na Virginia Tech oraz Narodowego Instytutu Żywności i Rolnictwa.