Древесина карельской березы из-за своей красоты и уникальности оплачивается не по объему, как другая, а по весу. В связи с высоким спросом и сложностью размножения карельской березы Коллективу ученых из Сколтеха, Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета и НИИ леса Карельского научного центра РАН (ФИ КарНЦ РАН) удалось разгадать таинственные особенности карельской березы для восстановления российских популяций.
В исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, исследователи Сколтеха рассказывают: «Береза вьющаяся (карельская) (Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti) — особый сорт березы повислой, образующий небольшие популяции, разбросанные в северо-западной части распространения B. pendula: Финляндия, Россия (Карелия), страны Балтии, Беларусь, Польша, южная Швеция и Норвегия.
Волокна древесины карельской березы направлены не строго вертикально, а под разными углами, что приводит к образованию «кудрявости» древесины, лежащей в основе особого «кудрявого» фенотипа. Фигурная «кудрявая» древесина карельской березы используется для изготовления высокодекоративной мебели и архитектурных панно, ее иногда называют «деревянным мрамором из Финляндии», а в России ее называли «царским деревом».
Из-за своей экзотичности фигурная древесина оплачивается по весу (3–5 евро за кг), а не по объему, как древесина других деревьев. В связи с высокой коммерческой ценностью интерес к размножению березы вьющейся на плантациях значительно возрос с 1980-х годов.
В России общая площадь лесных насаждений карельской березы к 1986 году составляла 5500 га. К сожалению, в 90-е годы из-за незаконных рубок на территории Карелии было вырублено около 1,5 тысяч вьющихся берёз. А вот в Финляндии заложено 6500 га насаждений вьющейся березы, которые в настоящее время достигают своего оборотного возраста (37 лет).
Основная проблема размножения вьющейся березы на плантациях заключается в том, что первые признаки «кудрявости» деревьев появляются в возрасте 8–15 лет. «Кудрявость» фенотипированных деревьев определяется методом неразрушающего контроля: по форме роста ствола и цвету коры, но преимущественно по наличию и форме выпуклостей на поверхности ствола
До этого времени необходимо содержать большую плантацию деревьев с непредсказуемой урожайностью, поскольку любые насаждения, искусственно посаженные с использованием семян карельской березы, всегда имеют примесь берез обыкновенных (не вьющихся).
Доля «кудрявых» деревьев среди потомков открытоопыляемой карельской березы варьирует от 2–3% 8 до 25% (редко 50%). 60–70% потомков кудрявых деревьев появляются в результате контролируемых скрещиваний двух родителей с «кудрявым» фенотипом.
Невьющиеся березы обычно удаляют из насаждения в возрасте около 10–13 лет, чтобы обеспечить настоящим вьющимся деревьям достаточно места и света. Для такой очистки обычно используется неразрушающая визуальная оценка курчавости. Однако даже в этом обнаружить курчавость по косвенным морфологическим признакам деревьев довольно сложно. Таким образом, понимание генетического механизма, лежащего в основе феномена фигурной древесины карельской березы, становится по-настоящему сложной задачей, но оно потенциально может предоставить лесникам молекулярные маркеры, специфичные для признаков, которые помогут распознавать генотипы вьющейся березы на самых ранних стадиях развития.
Благодаря достижениям в современных высокопроизводительных технологиях генотипирования и хорошо развитому экспериментальному рабочему процессу исследования полногеномных ассоциаций (GWAS) можно сделать еще один шаг вперед в изучении молекулярно-генетической основы фенотипа вьющейся березы. В настоящем исследовании мы использовали 37 045 SNP-маркеров, полученных с помощью RADseq, для генотипирования 192 деревьев с фенотипом «кудрявости» и без него, полученных от скрещиваний карельской березы, чтобы выявить, сколько локусов потенциально могут быть вовлечены в формирование «кудрявости», и найти генетические варианты, связанные с этим признаком».
В работе исследовано семенное потомство карельской березы, произрастающее на территории Заонежской лесосеменной плантации Медвежьегорского района в юго-восточной части Карелии (Россия). Проанализировано 192 дерева.
Исследователи создали библиотеки ДНК и секвенировали их с помощью технологии GBS, которая предполагает секвенирование случайных участков генома. Получив информацию по всей популяции о мутациях, ученые пришли к выводу, что конкретного подвида карельской березы в широком смысле не существует: в геноме есть локус, отвечающий за этот признак.
Команда предложила молекулярный маркер, который можно использовать для идентификации карельской березы всего за три часа лабораторных процедур (ПЦР). Было обнаружено, что 10-я хромосома, где расположен ген-кандидат, имеет значительное количество инсерций и делеций. Таким образом, чтобы определить карельскую березу, достаточно выделить ДНК, провести ПЦР и протестировать с обнаруженными праймерами. Тест имеет точность 92%. Это исследование предоставляет отрасли лесоводства ценный инструмент для закладки плантаций карельской березы.
Источники: Сколтех, Scientific Reports. Автор заглавного фото: Лидия Ветчинникова.