Szacowanie przyszłych zmian składu genetycznego drzew w odpowiedzi na suszę
Zidentyfikowanie genów pozwalających gatunkom przystosować się do środowiska, w którym żyją, jest jednym z głównych celów biologii ewolucyjnej. Większość zmian adaptacyjnych dokonuje się w procesie tzw. adaptacji poligenicznej, w której zmiany zachodzą w wielu genach. Niestety, w ujęciu statystycznym, detekcja subtelnych sygnałów adaptacji poligenicznej w oparciu o dane genomowe jest bardzo trudna, ponieważ różne loci (pozycje w chromosomie zajmowane przez dany gen) mogą potencjalnie oddziaływać na siebie w sposób nierówny i nieliniowy.
Zidentyfikowanie sygnatury selekcji adaptacyjnej
„Głównym celem projektu FORGENET(odnośnik otworzy się w nowym oknie) było zbadanie statystycznej skuteczności różnych metod, aby zidentyfikować sygnaturę genomową adaptacji poligenicznej w oparciu o zbiory danych symulacyjnych i rzeczywistych”, wyjaśnia Katalin Csilléry, stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie” z Uniwersytetu w Zurychu(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Aby znaleźć nielosowe związki między loci wśród populacji, naukowcy zastosowali testowanie par, czyli metodę, która pozwala na zidentyfikowanie sygnatury selekcji adaptacyjnej. „Podczas prac wykorzystaliśmy model interakcji genetycznej w Nemo – narzędziu umożliwiającym przeprowadzanie symulacji postępowych (ang. forwad-time simulation) dla osobników w danej populacji. To nowe narzędzie pozwala analizować interakcje genetyczne pomiędzy loci wpływające na cechę kontrolowaną przez wiele genów, a także uzyskać dane genomowe dla wielu różnych scenariuszy rozwoju populacji”, tłumaczy Csilléry. Naukowcy badali wpływ interakcji genetycznych na adaptację, biorąc pod uwagę różne warianty kluczowych parametrów, np. stopień przepływu genów, szybkość mutacji, stopień rekombinacji genetycznej, wariancję selekcji oraz stopień interakcji genetycznych pomiędzy loci. „Co ważne, udało nam się odkryć, że interakcje genetyczne mogą sprzyjać adaptacji do warunków zmieniającego się środowiska”, mówi Csilléry. Populacje, w których zachodziły interakcje między genami, szybciej się przystosowywały, zbliżając się do optimum fenotypowego, niż populacje ze scenariusza, w którym każdy gen działał niezależnie. Kolejnym krokiem było zweryfikowanie, czy wyniki uzyskane w wyniku symulacji uda się potwierdzić podczas badań w oparciu o dane rzeczywiste. „We współpracy z Olivierem Francois, profesorem na Uniwersytecie w Grenoble, oraz Pärem Ingvarssonem, profesorem szwedzkiego Uniwersytetu Nauk Rolniczych, wykorzystujemy testowanie par do zbadania, jakie zmiany adaptacyjne zachodzą w roślinach z gatunku rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana) i topola osika (Populus tremula) podczas fotoperiodu (okresu ciemności i światła w rytmie dobowym)”. Naukowcy zebrali dane z populacji obu gatunków w tych samych regionach Szwecji. Fotoperiod jest uznawany za główny czynnik selekcyjny wpływający na czas pączkowania populacji topoli występujących w północnej i południowej części Szwecji. Analiza danych jeszcze trwa.
Ogromne znaczenie tolerancji drzew leśnych na suszę
Zespół projektu FORGENET podjął się także innego zadania związanego z ważnym w Europie (z powodów ekologicznych i ekonomicznych) drzewem iglastym: oszacował tolerancję jodły pospolitej (Abies alba) na suszę. W tym celu zastosował podejście z zakresu ewolucyjnej genetyki ilościowej, pozwalające na analizę cech kontrolowanych przez wiele genów. Populacje pochodzące z obszarów o niskiej pojemności wodnej gleby były bardziej odporne na suszę niż inne badane populacje. „Jednak populacje te charakteryzowały się niskim tempem wzrostu, co może być sprzeczne z interesami zarządców lasów”, dodaje. Zmiana klimatu zagraża wielu gatunkom drzew leśnych i ich siedliskom, zatem oszacowanie ich zdolności adaptacyjnych jest ważnym priorytetem badań prowadzonych w Europie. Csilléry podsumowuje: „Rezultaty naszych badań mogą być wykorzystywane do wyboru tych populacji, z których będą pobierane dane genomowe w celu zidentyfikowania sieci genów odgrywających rolę w adaptacji do stresu związanego z okresami suszy”. Rezultaty projektu zostały opublikowane w recenzowanym artykule(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Dzielenie się wiedzą
Pierwszym zadaniem zrealizowanym w ramach projektu było zorganizowanie szkoły letniej na temat adaptacji poligenicznej, a także sympozjum pt. „Detecting the Genomic Signal of Polygenic Adaptation and the Role of Epistasis in Evolution” („Detekcja sygnału genomowego adaptacji poligenicznej oraz rola epistazy w ewolucji”). Oba wydarzenia miały na celu rozpowszechnienie informacji na temat analizy dużych zbiorów danych genomowych stosowanej w ramach projektu FORGENET. W czasopiśmie „Molecular Ecology”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opublikowano także recenzowany artykuł pod takim samym tytułem jak temat sympozjum.
