Международная группа учёных, возглавляемая профессором Гёттингенского университета и Сибирского федерального университета Константином Крутовским, экспериментально изучает геном и транскриптом одного из древнейших деревьев на нашей планете — секвойи — и её возможность приспособиться к климатическим условиям современной Западной Европы. Результаты исследования опубликованы в престижном международном журнале издательской компании Springer Nature. Сообщается, что в работе приняли участие биоинформатики СФУ.

Секвойи уже растут в некоторых тёплых и влажных районах Европы, и благодаря глобальному потеплению климата таких районов становится всё больше. Несмотря на это, секвойи периодически страдают от минусовых температур, и задача данного проекта, финансируемого Федеральным министерством продовольствия и сельского хозяйства Германии, состоит в том, чтобы отобрать морозоустойчивые клоны секвойи и изучить генетические механизмы их устойчивости.

Эти деревья относятся к уникальному роду секвойя (Sequoia), состоящему из одного единственного вида Sequoia sempervirens, сформировавшемуся около 300 млн лет назад и процветающему во времена динозавров. Такие же гигантские, как древние ящеры, но, в отличие от них, выжившие и сохранившиеся до нашего времени в почти неизменном виде, эти деревья — живые ископаемые, когда-то занимавшие громадные территории. Секвойям принадлежит несколько биологических рекордов — они одни их самых крупных (весом свыше 1 тыс. тонн), высоких (выше 100 м) и долгоживущих (свыше 2 тыс. лет) организмов.

По словам авторов исследования, секвойя быстро растёт, имеет высококачественную древесину и обладает уникальными адаптивными признаками — у неё толстая кора, надёжно защищающая дерево от пожаров, и высокая способность к вегетативному росту (из корней и пеньков срубленных, поваленных и погибших деревьев вырастают новые деревья). Кроме того, секвойя способна и клональному размножению, что позволяет легко умножать ценные с точки зрения лесной отрасли генотипы и клоны секвойи. Хвоя «живого ископаемого» способна конденсировать влагу в утренние и ночные туманные часы и даже поглощать её из воздуха, что помогает секвойям выжить в засуху. Это дерево можно назвать идеальным для лесной промышленности, если бы не один нюанс — тепло- и влаголюбивость секвойи! Именно эти особенности препятствовали до сегодняшнего дня широкому распространению плантаций за пределами ареала естественного произрастания дерева — Тихоокеанского побережья США.

«Секвойя — самое поразительное дерево на земле. Если вы хоть раз побывали в нетронутых рубкой лесах, расположенных узкой полосой вдоль северного побережья Калифорнии, где растут эти сказочные гиганты, никогда не забудете волшебного ощущения от увиденного. Переехав в Германию в 2012, я был удивлён, встретив здесь секвойи не только в дендрариях. Почему же в некоторых регионах Германии это дерево чувствует себя комфортно и растёт даже в открытом грунте? Ведь зимы в этой стране достаточно холодные. Так возникла идея изучить генетические механизмы адаптации секвойи к более суровым условиям обитания. Проект поддержало федеральное министерство сельского хозяйства Германии, заинтересованное в плантационном выращивании секвойи на территории Западной Европы для нужд лесной промышленности», — сообщил Константин Крутовский.

Чтобы проверить возможность адаптации секвойи к более суровым условиям обитания, чем Калифорния, учёные провели эксперимент по ее выращиванию в лабораторных климатических камерах, имитирующих температуру, освещенность и влажность в зимнее время в некоторых районах Германии. Эксперимент показал, что можно выбрать особые морозостойкие генотипы секвойи, перспективные для выращивания в Европе.

«Проведя секвенирование тотальной РНК, мы изучили дифференциальную экспрессию (преобразование наследственной информации в РНК и затем белок) генов разных клонов секвойи под воздействием низких температур, используя автоматические программируемые климатические камеры, в которых можно контролировать температуру, освещённость и влажность. Это была имитация условий зимней Германии», — продолжил учёный.

Исследователи справились с важнейшей задачей получения референсного транскриптома секвойи — его сборки из сотен миллионов просеквенированных фрагментов РНК и функционального аннотирования.

«Учитывая размер и сложность транскриптома гексаплоидной секвойи, геном которой «ушестерился» в процессе эволюции, это колоссальная биоинформатическая задача, решаемая только с помощью суперкомпьютера. В центре высокопроизводительных вычислений СФУ под руководством заведующего кафедрой высокопроизводительных вычислений Дмитрия Кузьмина мы смогли собрать транскриптом из более чем 600 тыс. уникальных транскриптов, представляющих полногеномный анализ экспрессии нескольких сотен тысяч генов секвойи, и этим внесли свой вклад в международное исследование», — отметил соавтор публикации, сотрудник центра Вадим Шаров.

По мнению экспертов, эксперимент показал, что из-за глобального потепления всё больше районов в Европе и, возможно, даже в России могут стать пригодными для выращивания секвойи, особенно если получится отобрать морозоустойчивые клоны.

«Рискну сделать небольшое научное предсказание. Если потепление климата будет происходить так, как прогнозируют современные климатологи и специалисты лесной отрасли, мы сможем однажды увидеть реликтовые секвойи даже в Сибири. Основываясь на имеющиеся у нас данных, генетики вполне могут подобрать соответствующие клоны секвойи, которые вполне успешно смогут выживать в условиях смягчающейся сибирской зимы и жаркого лета», — подытожил Константин Крутовский.

Источники

Благодаря глобальному потеплению гигантские секвойи смогут расти в Сибири
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 12/08/2020
МЕЖДУНАРОДНАЯ ГРУППА С УЧАСТИЕМ УЧЕНОГО СФУ ДОКАЗАЛА, ЧТО СЕКВОЙИ МОГУТ РАСТИ В ЕВРОПЕ
Биотех 2030 (biotech2030.ru), 10/08/2020
Реликтовые деревья-гиганты могут появиться в Западной Европе
Глагол инфо (glagol-info.com), 08/08/2020
Доисторические деревья-гиганты могут появиться в Европе, считают ученые
Український лісовод (lisportal.org.ua), 07/08/2020
Международная группа с участием ученого СФУ доказала, что секвойи могут расти в Европе
Город финансов (gorodfinansov.ru), 07/08/2020
Доисторические деревья-гиганты могут появиться в Европе, считают ученые
Дикая природа Белоруси (wildlife.by), 07/08/2020
Международная группа с участием ученого СФУ доказала, что секвойи могут расти в Европе
Научная Россия (scientificrussia.ru), 06/08/2020
В Европе могут появиться гигантские леса
Gismeteo (gismeteo.ru), 06/08/2020
Древнейшие деревья планеты могут заполонить Европу
Бакинский рабочий (br.az), 05/08/2020
Одно из древнейших деревьев на планете будут выращивать в Европе
ИА Красная весна (rossaprimavera.ru), 03/08/2020
Ученые предложили разводить в Европе "деревья-гиганты" из Америки
Сноб (snob.ru), 03/08/2020
Доисторические деревья-гиганты могут появиться в Европе, считают ученые
РИА Новости, 03/08/2020

Похожие новости

  • 22/03/2017

    Алтайский государственный университет – участник Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды

    В начале 2017 года Алтайский государственный университет подписал Соглашение о создании консорциума – Сибирской сети по изучению изменений окружающей среды (SecNET), среди участников которого – 10 ведущих научных и образовательных центров Сибири: Национальный исследовательский Томский государственный университет, Югорский государственный университет, Институт водных и экологических систем СО РАН, Институт биологических систем криолитозоны СО РАН (Якутск), Северо-Восточный федеральный университета им.
    2795
  • 02/08/2021

    Изучение северного оленя

    Биологи Сибирского федерального университета проводят масштабные исследования Таймыро-эвенкийской популяции дикого северного оленя, предполагающие в том числе авиационный учет особей. Проект реализуется при поддержке «Роснефти» и «Арктического научного центра», научного института компании, в рамках Национального проекта «Экология».
    209
  • 26/01/2021

    Лес поможет нам преодолеть болезни и стать долгожителями. Интервью с экспертом

    Лес – это огромный живой организм, имеющий свои особенности и закономерности. Лесная геномика – наука, которая позволяет понять, как он изменяется, адаптируется к новым условиям, эволюционирует, по каким законам живет, как его надо защищать и как правильно пользоваться лесными богатствами, чтобы их не потерять.
    413
  • 18/08/2021

    «Климат не помеха»: учёные СФУ выявили высокую приспособляемость сибирских мхов и лишайников

    ​Молодой учёный Института экологии и географии СФУ и Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН Дарья Полосухина рассказала про исследования, которые она ведёт с 2018 года. Ей в составе научного коллектива удалось доказать высокую степень адаптивности мхов и лишайников сибирской тайги фотосинтезировать в меняющихся условиях.
    743
  • 24/12/2020

    Экологически чистые. Красноярские учёные разработали новые буровые растворы

    Специалисты «Роснефти» и Сибирского федерального университета разработали технологию производства экологически безопасных буровых растворов. Для этого применяются биоразлагаемые компоненты и растительные масла.
    953
  • 05/08/2021

    Крупные водохранилища повлияли на климат и рост деревьев в Южной Сибири

    Биологи выяснили, что водохранилища смягчают континентальный климат, тем самым создавая более благоприятные условия для роста хвойных деревьев. К такому выводу они пришли, сопоставив изменения температуры воздуха и ширину годичных колец сосны и лиственницы за последние 80 лет в Хакасско-Минусинской впадине.
    1390
  • 18/10/2018

    Наука спасать озера: репортаж с конференции лимнологов

    В конце августа в городе Нанкин прошел 34-й конгресс Международной ассоциации лимнологии. Своими впечатления об одном из самых значимых событий для водных экологов всего мира поделился участник конгресса, ведущий научный сотрудник Красноярского научного центра СО РАН, доцент Сибирского федерального университета и популяризатор науки Егор Задереев.
    1702
  • 09/08/2021

    Леса России накапливают больше углерода, чем считалось ранее

    В России произрастает более одной пятой мировых запасов леса, и это делает всё происходящее с отечественными лесами важным не только для страны, но и для всего мира. В новом исследовании международной группы учёных, в состав которой вошёл ведущий научный сотрудник Сибирского федерального университета, были уточнены запасы древесины российских лесов.
    369
  • 13/10/2017

    В Красноярске проходит VI Экологическая конференция «Охрана окружающей среды и промышленная деятельность на Севере»

    ​Состояние окружающей среды в арктических территориях, где ведется активная промышленная деятельность, на сегодняшний день таково, что необходимо срочно найти баланс между дальнейшим промышленным развитием и сохранением экологии, считают участники экологической конференции "Охрана окружающей среды и промышленная деятельность на Севере", которая начала свою работу в Красноярске.
    2852
  • 01/11/2017

    СФУ и Университет Барселоны запустили учебную программу по экомониторингу

    ​Институт экологии и географии Сибирского федерального университета (ИЭиГ СФУ) запустил новую магистерскую программу по подготовке специалистов в области экологии и природопользования "Экологический мониторинг" с двуязычным русско-английским учебным модулем, разработанным совместно с преподавателями Университета Барселоны, сообщили РИА Новости в пресс-службе СФУ.
    2000