Проекты

Краткое описание

Серьезной проблемой лесного хозяйства, природоохранных органов и органов правопорядка является оборот нелегальной древесины. Одним из потенциальных путей определения места происхождения образцов нелегальных лесоматериалов является сравнение генотипов образцов древесины с имеющимися популяциями данного вида и идентификация генетически наиболее сходных. Но особенности биологии видов хвойных таковы, что на протяжении тысяч километров их популяции по ядерным генам являются генетически крайне однородными из-за способности пыльцы распространяться на большие расстояния и нивелировать различия между популяциями. В отличие от ядерной ДНК, митохондриальная ДНК передается потомку только от материнского дерева и распространяется только с семенами, имеющими гораздо меньшую летучесть, чем пыльца. Результатом этого является значительно более выраженная географическая неоднородность генетической структуры по митохондриальным маркерам, которая может использоваться для идентификации места происхождения образца. Эффективными генетическими маркерами являются тандемные повторы - микросателлитные и минисателлитные локусы, многочисленные как в ядерном, так и в митохондриальном геноме. Следовательно, для идентификации места происхождения образца древесины целесообразно использовать микросателлиты и минисателлиты митохондриального генома. Для разработки мини- и микросателлитных локусов обычно используются тандемные повторы, содержащиеся в геноме. Для митохондриальных геномов большинства видов хвойных в базах данных имеются сиквенсы, полученные с помощью коротких ридов прибора ILLUMINA, длиной 150 – 300 п.н. Однако, длинные тандемные повторы, наиболее подходящие для разработки минисателлитов, часто превосходят про длине длину отдельного рида и поэтому почти не попадают в геномные сборки. Для некоторых видов, например, Picea abies, Larix sibirica и Pinus sylvestris имеются геномные сборки, созданные с использованием длинных ридов, длиной десятки тысяч п. н. и полученные с помощью технологий секвенирования третьего поколения – Oxford Nanopore или PacBio. На их основе для лиственницы сибирской, ели европейской и ели сибирской ранее были разработаны минисателлитные и микросателлитные маркеры. Их высокая изменчивость позволяет выявлять тонкую генетическую структуру даже в пределах локальных популяций. Однако для других хвойных, таких как сосна сибирская, сиквенсы на основе длинных ридов все еще отсутствуют.
В данной работе я предлагаю провести геномное секвенирование с использованием Oxford Nanopore митохондриального генома сосны сибирской. Далее я предполагаю выявить в геномах сосны сибирской и сосны обыкновенной протяженные участки минисателлитов и микросателлитов, разработать для них ПЦР праймеры и протестировать их в отношении полиморфизма, географической структуры, отсутствия неспецифичной амплификации, минимального уровня нуль-аллелей и отобрать в итоге 5 – 10 наиболее перспективных локусов для каждого вида.

Цель

1. Цель проекта: Разработка высокоизменчивых маркеров митохондриальной ДНК для идентификации происхождения образцов древесины и семян.

Задачи

1. Секвенирование митохондриального генома сосны сибирской
2. Поиск в митохондриальных геномах сосен сибирской и обыкновенной мини- и микросателлитных локусов, разработка ПЦР праймеров для амплификации этих локусов.
3. Проверка локусов в отношении полиморфизма, стабильности амплификации, наличия географической структуры полиморфизма, отбор из их числа наиболее изменчивых и надежных. Разработка методик анализа: подбор условий ПЦР, генотипирование с помощью электрофореза или с помощью автоматического секвенатора.

Обоснование социальной значимости

Существенной проблемой для лесного хозяйства России, для природоохранных органов и органов правопорядка является контроль места происхождения нелегальной лесной продукции (Перспективы применения…, 2024), объемы заготовок которой составляет от 10 до 35% всех лесозаготовок (Кузьмичев, Е.П., 2018) или семян и посадочного материала лесных пород (Применение современных..., 2024). В каких-то случаях бывает необходимо определить источник нелегально заготовленной древесины, иногда нужно установить, созданы-ли лесные культуры с помощью местных семян (как утверждает организация-подрядчик) или семян инорайонного происхождения, что может негативно сказаться на качестве и состоянии будущего насаждения. Один из методов решения проблемы основан на сравнении по генетическим маркерам проверяемых образцов и возможного источника образцов. В случае видов хвойных в качестве таких маркеров лучше всего подходят минисателлиты митохондриальной ДНК. Для их разработки требуются нуклеотидные последовательности (сиквенсы) митохондриальных геномов, полученные на основе длинных ридов (с помощью методов секвенирования третьего поколения). Но такие сиквенсы в настоящее время имеются не для всех хозяйственно ценных пород. Например, их нет для сосны сибирской, а для сосны обыкновенной они есть, но генетические маркеры для неё еще не разработаны. Данный проект направлен на решение этой проблемы. Для применения генетического метода идентификации, после разработки маркеров необходимо будет провести большие дополнительные исследования географической структуры изменчивости данных маркеров - создание референсной базы данных (Перспективы применения, 2024), чтобы было с чем сравнивать тестируемые образцы. Необходимо подчеркнуть, что генетический подход не является единственно возможным. Его альтернативой может быть, например, дендрохронологический метод, но он менее универсален и хорошо работает только при сильном климатическом сигнале в древесной хронологии.

География проекта

Сибирь, Урал, Европейская часть России

Объекты природы и (или) люди,
для которых будет реализован проект

1. Таежные экосистемы и основные лесообразователи - сосна обыкновенная и сосна сибирская
2. Работники лесного хозяйства и правоохранительных органов