چگونه نقشه برداری از ژنوم درختان می تواند به کاشت جنگل های مقاوم در برابر تغییرات آب و هوایی کمک کند

یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه آلبرتا در حال بررسی این موضوع است که چرا برخی از درختان آلبرتا با تعیین توالی ژنوم درختان در برابر خشکسالی، بیماری و خطر آتش سوزی مقاوم تر هستند.

ژنوم ترکیب ژنتیکی یک ارگانیسم است و ایده ای که در پشت توالی ژنوم درختان وجود دارد این است که به یادگیری اینکه کدام درختان شانس بیشتری برای زنده ماندن در محیط های خشن دارند و چه درختانی را در هنگام احیای جنگل های از دست رفته در آتش سوزی باید کاشت کنیم.

پروژه جنگل‌های پایدار ژنومیک آلبرتا، به رهبری پروفسور بارب توماس، دانشکده کشاورزی، زندگی و محیط‌زیست، در ابتدا ساختار ژنتیکی درختان را مورد مطالعه قرار داد تا مشخص کند چه چیزی یک جنگل را پایدار می‌کند.

آنها اکنون از این داده ها برای نقشه برداری از ژنوم کاج و صنوبر استفاده می کنند.

توماس گفت: «چیزی که ما معمولاً سعی می‌کنیم انجام دهیم این است که جمعیت را اندازه‌گیری کنیم و تخمین‌ها و اندازه‌گیری‌هایی انجام دهیم… در مورد اینکه بهترین والدین برای استفاده از فرزندان کدام است، که سپس می‌تواند برای احیای جنگل‌ها استفاده شود.»

برای تعیین این موضوع، تیم توماس بیش از 5000 درخت را مطالعه می‌کند که تا 30 صفت یا فنوتیپ مختلف را اندازه‌گیری می‌کنند تا بتوانند بفهمند کدام خانواده درختی نسبت به آب و هوای آلبرتا انعطاف‌پذیرتر هستند.

برخی از فنوتیپ هایی که آنها به دنبال آن هستند عبارتند از ارتفاع درخت، تراکم، سرعت رشد و نحوه سازگاری درخت با خشکسالی.

“شما می توانید آن اطلاعات فنوتیپی را بگیرید و مدلی بسازید که آن را به ژنوتیپ مرتبط کند… که به شما کمک می کند تعیین کنید که آیا [tree families] توماس گفت: قابل اعتماد تر است یا نه برای هر کاری که به آن نگاه می کنید.

تماشا | محققان U of A ژنوم درختان را ترسیم می کنند:

او می‌گوید که می‌توان از آن برای توضیح مسائل مشترک آلبرتا از جمله خشکسالی استفاده کرد.

توماس گفت: «اگر شما شاخص‌های تحمل به خشکی دارید… می‌توانید آن را با آن ژنوتیپ مطابقت دهید، در این صورت می‌توانید تصمیمات بهتری در مورد اینکه کدام والدین را نگه دارید، بگیرید».

در حالی که انتخاب ژنومی توسط پرورش دهندگان درختان برای جداسازی خانواده های درختی خاص استفاده شده است، نقشه برداری از ژنوم درخت فرآیندی بسیار وقت گیرتر است.

ژنوم درخت بزرگتر از ژنوم انسان است

هنگامی که پروژه ملی ژنوم انسانی در سال 1990 راه اندازی شد، به عنوان یک پروژه جاه طلبانه تلقی می شد که نگاه ما به ژنتیک را برای همیشه تغییر می دهد.

اما زمانی که این پروژه در سال 2003 به پایان رسید، گروهی از محققان بین المللی تنها 92 درصد از ژنوم انسان را با موفقیت توالی یابی کردند.

برای تیم دانشگاه آلبرتا، چالشی که هنگام تعیین توالی ژنوم درختان با آن روبرو هستند، اندازه خود ژنوم است.

ژنوم انسان شامل 23 کروموزوم است که تقریباً از سه میلیارد جفت باز تشکیل شده است. به طور کلی، یک فرد حدود 25000 ژن دارد.

درختان کروموزوم های کمتری دارند، اما بسیار بزرگتر هستند.

چارلز چن، استادیار دانشگاه ایالتی اوکلاهاما که یکی از شرکای این پروژه است، می‌گوید: «برای اینکه زمینه کمی به شما بدهم… ژنوم‌های مخروطی‌ها به طور متوسط ​​حدود 20 میلیارد جفت باز هستند که هفت برابر بیشتر از ژنوم انسان است.

او انتظار دارد که ژنوم مخروطیان 65000 ژن داشته باشد.

چن گفت: “من دوست دارم ژنوم ها را به عنوان کتاب درسی زبان DNA بخوانم.” “درک این کتابچه راهنمای ژنوم اولین قدم به سوی استفاده واقعی از تنوع ژنتیکی برای مبارزه با بیماری ها یا تغییرات آب و هوایی است.”

چن می گوید، ژنوم درختان همچنین به صنعت جنگل کمک می کند تا مشخص کند کدام خانواده درختی سریعتر و بزرگتر رشد می کند.

احیای جنگل های حساس به آب و هوا

تعیین توالی ژنوم درختان می تواند به تعیین محل رشد درختان خاص کمک کند، اما با تغییر آب و هوا و ادامه روند خشکسالی به سمت شمال، ممکن است انجام این کار دشوارتر شود.

و توماس می گوید آلبرتا مشکلات خاص خودش را دارد.

توماس گفت: “آلبرتا استانی بسیار دشوار برای کار است، ما چالش های زیادی داریم. ما کوهپایه ها، دشت ها و مناطق شمالی را داریم.”

هر منطقه دارای جمعیت های مختلفی از این گونه ها است، بنابراین مهم است که مطمئن شوید که در حال آزمایش هستید [trees] جایی که [they] را می توان به آینده منتقل کرد.

هنگامی که ژنوم صنوبر و کاج توالی یابی شد، پرورش دهندگان درخت و جنگل و پارک آلبرتا قادر خواهند بود بفهمند که کدام خانواده درختی برای آلبرتا بهترین است.

چن گفت: «به عنوان مثال، ما می‌توانیم عوامل ژنتیکی مسئول تحمل بهتر خشکسالی را شناسایی کنیم، و سپس این امر در واقع هدفی را به ما می‌دهد که پرورش دهندگان دولتی باید از آن حمایت کنند.»

“سپس [the sequence] در واقع هدفی را به ما می دهد که پرورش دهندگان دولتی باید از آن حمایت کنند تا این عناصر ژنتیکی را انتخاب کنیم.”

در حال حاضر، جایی که می توان درختان را کاشت، به مناطق بذر استان بستگی دارد، اما توماس می گوید که استان ممکن است به زودی مجبور شود به مدل بذر آب و هوایی روی بیاورد و گونه های مختلف درخت را در استان آزمایش کند.

توماس گفت: “ما باید فعال باشیم و به دنبال آوردن گونه های دیگر باشیم، مثل اینکه صنوبر داگلاس در این استان رشد می کند… شاید فرصتی برای صنوبر داگلاس وجود داشته باشد که آزمایش های دقیق تری در این استان انجام دهد.”

«در مورد کاج پوندروسا چطور؟ کاج پوندروزا بسیار مقاوم در برابر خشکسالی است، کاملاً مقاوم در برابر آتش است.

و این فقط در آلبرتا نیست که کل اکوسیستم های جنگلی می تواند توسط تغییرات آب و هوایی تغییر کند. برای چن، که در اوکلاهما زندگی می کند، او می گوید که آب و هوای این ایالت بیشتر شبیه تگزاس همسایه است.

با زندگی در جنوب، می‌توانیم ببینیم که اوکلاهاما در پنج سال آینده اوکلاهاما نخواهد بود… [it] چن که می‌گوید این ایالت بسیار گرم‌تر و خشک‌تر است، می‌گوید: «خیلی خیلی زود مثل شمال تگزاس خواهد شد.

کل آب و هوا آنطور که ما می شناسیم… در مدت زمان بسیار کوتاهی به همین شکل نخواهد بود.

پروژه ژنوم جنگل های انعطاف پذیر آلبرتا تنها در مراحل اولیه خود است، اما در حال حاضر توجه زیادی را از استان و صنعت جنگل به خود جلب کرده است.

ریچارد برایان، رئیس جنگلبان شعبه غرب آلبرتا، در بیانیه ای نوشت: «ما در حال کار برای درک تأثیر تغییرات آب و هوایی بر جنگل هستیم و از تحقیقات در مورد ژنتیک درختانی که به نظر می رسد بهتر با آب و هوای آینده سازگار هستند، حمایت می کنیم. به CBC News.

وست فریزر معتقد است که این دانش برای اطمینان از اینکه جنگل‌های سالم، پایدار و مولد در قلمرو آلبرتا باقی می‌مانند، ضروری است.