Gendannelse af den amerikanske kastanje ved at undersøge dens genom

Ved begyndelsen af ​​det 20. århundrede, den amerikanske kastanje tegnede sig for en fjerdedel af løvtræerne i nogle dele af Appalachia. Det store træ var en afgørende fødekilde, producere nødder, der var en fast bestanddel i foderet til hvidhalehjort, vilde kalkuner, og bjørne.

I 1904, en svampesygdom blev først opdaget på træer i New York City, ved et uheld introduceret via importerede asiatiske kastanjetræer. Angriberen spredte sig hurtigt:i 1906 blev det anslået, at 98% af de amerikanske kastanjer i New York City var ramt af sygdommen, som først danner en fordærv under barken på et træ og derefter danner en ring, der "omkranser" træet, dræber alt over det.

Sygdommen spredte sig hurtigt. Bare et halvt århundrede efter det blev opdaget, sygdommen havde næsten udryddet modne amerikanske kastanjetræer fra det nordamerikanske landskab, inficere anslået 4 milliarder træer og uigenkaldeligt ændre appalachiske skovøkosystemer.

Nu, en $500, 000-bevilling fra National Institute of Food and Agriculture vil hjælpe lektor Jason Holliday fra College of Natural Resources and Environment forskningsmetoder til at udnytte den genetiske mangfoldighed af tilbageværende træer som en del af en bredere indsats for at introducere sygdomsresistente amerikanske kastanjer til amerikanske skove.

"Rødderne af den amerikanske kastanje overlever stadig, " forklarede Holliday, et fakultetsmedlem i afdelingen for skovressourcer og miljøbevarelse og et datterselskab af Fralin Life Sciences Institute. "Mens kastanjen ikke længere opfylder sin historiske rolle i økosystemet, det genetiske materiale består. Du kan stadig finde dem i skoven, men de ligner mere en busk nu. Svampen lever over jorden og påvirker ikke rødderne, så mange af træerne bliver ved, men når sjældent modenhed."

I årtier, der har været bestræbelser på at returnere en amerikansk kastanje, der er modstandsdygtig over for smitte, til østlige skove. To parallelle metoder inden for træavl - traditionelle metoder til hybridavl og nyere transgene metoder, der udnytter genteknologiske strategier - nærmer sig en succesfuld udvikling af en kultivar-resistent kultivar. Når det er gennemført, den næste udfordring er at inkorporere den genetiske diversitet, som træerne før-blight havde udviklet gennem århundreder for at sikre, at amerikansk kastanje kan genvinde sin plads som et nøddeproducerende træ i nordamerikanske skovøkosystemer.

Det er her, Hollidays forskning kommer ind i billedet. Hans team vil samle og sekventere genomerne fra de overlevende amerikanske kastanjer for at forstå, hvordan pre-blight genomisk variation på tværs af artens historiske udbredelse hjalp disse træer med at tilpasse sig og trives i specifikke miljøer.

"At arbejde med Dr. Jared Westbrook, direktør for videnskab ved American Chestnut Foundation, vi skal ud og samle bladprøver fra kastanjestumpspirer over hele træets historiske udbredelsesområde, fra Maine til Alabama," sagde Holliday. "Vi vil sekventere genomerne af cirka 500 træer på tværs af dette område for at forstå, i hvilket omfang genomiske forskelle er relateret til miljøvariationer."

Dataene fra denne indsats vil give American Chestnut Foundation-forskere mulighed for at inkorporere adaptiv genetisk variation, der er udviklet gennem århundreders naturlig selektion, der opererer på kastanjepopulationer på tværs af forskellige miljøer. Dette ville sikre, at den amerikanske kastanje, der er modstandsdygtig over for skørt, har kapaciteten til at overleve og formere sig.

"Målet er at opformere en flok af de vilde kastanjer og bringe deres genetik ind i en frugthavesammenhæng, " Holliday forklarede. "De vil derefter blive dyrket til modenhed, så vi kunne indsamle pollen fra dem og bruge disse træer til at diversificere de rodbestandige linjer, der er ved at blive udviklet. Slutmålet er at have en bestand af træer, der er gode til restaurering i Virginia, en anden befolkning, der er god til restaurering i New York eller Pennsylvania, og så videre."

Det er et århundrede siden, at den amerikanske kastanje har været en bidragyder til overhistorie i nordamerikanske skove, men den nylige revolution inden for genomsekventering har fremskyndet bestræbelserne på at bringe denne sovende art tilbage til sin rolle i skovens økosystemer i Appalachia.