Подготовка ПЦР-смеси для генетического анализа лиственницы. Фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН
Красноярске ученые выявили генетическую уязвимость лиственницы сибирской перед изменением климата. К концу века одни популяции ключевого для тайги вида могут исчезнуть, в то время как другие сохранят устойчивость и смогут стать «донорами» для спасения лесов. Данные позволят по-новому расставить приоритеты в охране лесов. Результаты опубликованы в журнале Forests.
Изменение климата быстро меняет температурный режим и количество осадков в Сибири. Это создает серьезные проблемы для лиственницы сибирской Larix sibirica L — основной лесообразующей породы сибирской тайги. От ее состояния зависят стабильность вечной мерзлоты и способность лесов поглощать углекислый газ. Популяции лиственницы уже сокращаются под действием изменения климата. Дальнейшие климатические изменения сделают это процесс активнее уже в ближайшие десятилетия. Для того чтобы разработать научно обоснованные стратегии сохранения видов, необходимо понимать, как такие популяции будут реагировать на будущие климатические условия.
Ученые Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами Сибирского федерального университета оценили уязвимость популяций лиственницы сибирской к будущим изменениям климата. Оказалось, что не все лиственницы в одинаковой опасности. Одни находятся в уязвимом положении из-за глобального потепления, но другие, наоборот, обладают генетической устойчивостью и могут помочь спасти вид.
Для оценки специалисты использовали метод геномного смещения. Он показывает, насколько сильно должен измениться генетический состав популяции, чтобы соответствовать новым климатическим условиям. Чем выше этот показатель, тем больше риск, что деревья не успеют адаптироваться.
Ученые проанализировали ДНК лиственницы сибирской из 37 разных районов: от Заполярья до гор Алтая и Саян. Они изучили более 20 000 генетических маркеров и их связь с шестью основными климатическими переменными, включая температурную стабильность и количество осадков в самый засушливый месяц.
«Данные генотипирования в масштабах всего генома обеспечивают высокоточное представление об адаптивной генетической изменчивости и позволяют количественно оценить уязвимость конкретных популяций к изменениям окружающей среды путем сопоставления закономерностей ассоциации генов и окружающей среды с прогнозируемыми будущими климатическими условиями. Некоторые популяции обладают адаптивными аллелями, которые могут способствовать выживанию, в то время как другие — нет. Величина геномного смещения определяется двумя основными факторами: интенсивностью прогнозируемого изменения климата в конкретном месте и чувствительностью генома популяции к климатическим градиентам», — уточняет одна из авторов работы Серафима Новикова, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории геномных исследований и биотехнологии ФИЦ КНЦ СО РАН.
Серафима Новикова. Фото Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН
В зоне наибольшего риска оказались две группы популяций. Наиболее высокий риск на Урале и в субполярных районах, а также у высокогорной алтайской популяции. Там климат меняется сильнее всего, согласно климатическим моделям, потепление может достичь 6–7°C к 2081–2100 годам, и деревья не успеют приспособиться к столь стремительным изменениям. Высокогорные популяции Южного и Центрального Урала, несколько популяций из Алтайского и Саянского горных хребтов также оказались в зоне риска, там изменения климата меньше, но сами популяции генетически бедны, что снижает их адаптивный потенциал даже при умеренных изменениях климата. Ученые отметили, что такие популяции требуют приоритетных мер по сохранению. Их следует отслеживать, включать в стратегии адаптивного управления и защищать в рамках природоохранных программ, даже если прогнозируемые климатические изменения в их ареалах не будут масштабными.
При этом несколько центральных и южных популяций показали низкие значения геномного смещения и могут быть названы устойчивыми. Они смогут перенести даже значительное потепление. Существование таких популяций имеет значительную природоохранную ценность.
«Мы обнаружили, что климатическая уязвимость лиственницы распределена по всему ареалу вида крайне неоднородно. Сильные ассоциации генотипа и окружающей среды показывают, что деревья поколениями приспосабливались к местному климату и локальная адаптация во многом определяет их шансы на выживание. Мы показали, что высокая уязвимость может быть следствием либо экстремальных изменений среды, либо низкого исходного генетического разнообразия. Результаты помогут обеспечить геномную основу для стратегий сохранения, включая содействие обмену генами и адаптивное к климату управление лесами. Выявление наиболее уязвимых популяций обеспечивает фундамент для разработки стратегий управления, адаптирующихся к изменению климата. Наиболее устойчивые популяции могут служить потенциальными источниками семян для будущих лесовосстановительных работ в условиях меняющегося климата. При этом следует отметить, что прогнозы на основании этих данных должны быть дополнены экологическими, физиологическими и экспериментальными данными, прежде чем их можно будет использовать для принятия управленческих решений. Это будет нашей следующей задачей. Дальнейшее исследование этих популяций поможет выявить молекулярно-генетические механизмы, обеспечивающие устойчивость к комплексу климатических стрессоров», — заключила Серафима Новикова.
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Источник фото: Анастасия Тамаровская / ФИЦ КНЦ СО РАН
