Znanstveni aspekt projekta MyGardenOfTrees

Zašto nam je potreban novi pristup sjetve sa širokim rasponom vrsta?

Kako se organizmi prilagođavaju svom okolišu najosnovnije je pitanje u evolucijskoj biologiji i od iznimne je važnosti s obzirom na prijetnje uzrokovane klimatskim promjenama. Identificiranje ključnih osobina uključenih u prilagodbu i razumijevanje njihove međusobne interakcije i interakcije s okolišem hitan je zadatak za ključne vrste i vrste iz kojih dobivamo vrijedne resurse, poput šumskog drveća. Postojeća istraživanja koja procjenjuju lokalnu prilagodbu organizama ne ispituju varijable skalabilnosti i predvidljivosti u prirodnom okruženju, osobito na rubnim dijelovima areala ispitivanih vrsta. Studije genomike krajobraza mogle bi otkriti adaptivne lokuse koristeći promjene abiotičkih čimbenika okoliša kroz različit prostor, ali ih u tome ometaju pretpostavke o neutralnom modelu i visoko poligenskoj prirodi većine osobina. Kako bismo nadvladali navedene prepreke, plan je provesti pokuse sjetve sjemena određenih vrsta služeći se participativnom znanošću i genomikom kako bismo (I) otkrili glavne obrasce i pokretače njihove prilagodbe te (II) izradili prediktivni model za odabir optimalnih izvora sjemena za određenu lokaciju uzevši u obzir njene karakteristike i interakciju između gena i okoliša. Razvit će se participativna mreža šumarskih stručnjaka koji će provesti velik broj (oko 500 kroz tri godine) testova provenijencija, nazvanih mikro-vrtovi. Kako bi se ispitala i procijenila učinkovitost rasta biljaka u novim klimatskim uvjetima, lokacije šumskih vrtova biti će distribuirane i izvan trenutnog areala vrsta, osobito na višim nadmorskim visinama. Sudionici će se angažirati na pet godina; stoga će se ovaj projekt prvenstveno usredotočiti na praćenje i analizu ranog preživljavanja i svojstava rasta, koja su pod najvećim pritiskom selekcije stabala. Ipak, sudionici će se poticati da čuvaju i prate svoja stabla izvan vremenskog okvira ovog projekta.

Može li participativni znanstveni pristup osigurati kvalitetne rezultate zapažanja?

Rješenje za uspješnu provedbu participativnog znanstvenog pristupa je pronaći odgovarajuću ciljanu skupinu koja će sudjelovati u projektu i ostvariti cilj. Slična metoda upotrijebila se u poljoprivrednom sektoru kada su poljoprivrednici testirali otpornost različitih sorti povrća i usjeva na klimatske promjene. Testni pokusi usjeva za uzgoj koje su proveli poljoprivrednici služili su za dobivanje scenarija klimatskih promjena, čime se kapitaliziralo znanje i motivacija ciljane skupine. Šumsko drveće ima obje karakterestike, karakteristike usjeva i divljih vrsta, što ih čini idealnim organizmima za projekt evolucijske prirode s participativnim znanstvenim pristupom. Velikim udjelom šuma se aktivno gospodari te su umjetno pomlađene, no većina populacija šumskog drveća smatra se prirodnim gledano s evolucijske i ekološke perspektive. U cijeloj Europi rade brojni obrazovani šumarski stručnjaci koji su zabrinuti za budućnost naših šuma i koji su motivirani za sudjelovanje u ovom eksperimentalnom projektu.

Osim odgovarajuće ciljane skupine koja će sudjelovati u ovom projektu, kvalitetne rezultate zapažanja osigurat će i standardizirano prikupljanje podataka. Zahvaljujući formalnom upitniku koji je zradio naš tim znanstvenika, prilagođen korisnicima, a dostupnim preko aplikacije (ODK Collect [Android] / Enketo [sve platforme]), svi podaci imaju isti format i spremljeni su bazu podataka spremnu za korištenje.

Više informacija:

• van Etten, J. et al. 2019. Crop variety management for climate adaptation supported by citizen science. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 116, 4194–4199.

• Isaac, M. E. & Martin, A. R. 2019. Accumulating crop functional trait data with citizen science. Scientific Reports 9, 1–8.

Područje genomike

Projekt MyGardenOfTrees će generirati homogene podatke iz područja genomike za dvije ispitivane vrste. Obična bukva ima umjerenu veličinu genoma od 542 Mb, a kvaliteta sklopa je visoka. Obična jela ima giga-genom od 18,16 Gb i, sukladno tome, kvaliteta sklopa je niska. Uzevši u obzir te razlike, za navedene dvije vrste koristit će se različiti pristupi. Za običnu bukvu izvršit ćemo sekvencioniranje cijelog genoma selekcije matičnih stabala. Za običnu jelu, biti će sekvencioniran puni transkriptom 10 bio-geografski reprezentativnih jedinki, nakon čega će slijediti kreiranje sondi za hvatanje od 80K i testiranje na bio-geografski reprezentativnoj podskupini od 100-150 jedinki po skupinama vrsta. Zatim će biti odabrano približno 40.000 ciljanih regija koje sadrže SNP-ove u cijelom rasponu za genotipizaciju selekcije matičnih stabala. 

Više informacija:

• Mishra, B. et al. A reference genome of the European beech (Fagus sylvatica L.) Gigascience 7, giy063 (2018)

• Mosca, E. et al. A Reference Genome Sequence for the European Silver Fir (Abies alba Mill.): A Community-Generated Genomic Resource. G3: Genes, Genomes, Genetics 9, 2039–2049 (2019)