Știința din spatele MyGardenOfTrees

De ce este nevoie de o nouă abordare de transplantare la nivelul întregii specii?

Modul în care diferite organisme se adaptează mediului este una dintre cele mai importante întrebări din cadrul biologiei evoluționare și are prioritate primară din perspectiva schimbărilor climatice. Identificarea trăsăturilor cheie implicate în adaptări și înțelegerea modului în care acestea interacționează între ele și cu mediul înconjurător reprezintă o sarcină deosebit de urgentă pentru speciile de bază și pentru speciile valoroase, din punct de vedere economic. Experimentele existente de evaluare a adaptării locale nu sunt suficient de scalabile și previzibile în mediile naturale, în special la limitele arealului speciei. Studiile de genomică a peisajului ar putea dezvălui loci adaptativi de-a lungul gradienților de mediu, dar acestea sunt împiedicate de ipotezele unui model neutru și de natura puternic poligenică a majorității trăsăturilor. Pentru a remedia aceste deficiențe, MyGardenOfTrees va fi primul experiment de transplantare la nivelul întregului areal al speciilor, care utilizează știința participativă și genomica pentru: (i) a dezvălui modelele majore și factorii de adaptare și (ii) a construi un model predictiv pentru selectarea surselor optime de semințe pentru o anumită locație, care să țină cont de interacțiunile genă-mediu și demografie. Rețeaua participativă de silvicultori stabilește un număr mare (aproximativ 500 pe parcursul a trei ani) de mici teste de proveniență, numite micro-grădini. Pentru a evalua performanța plantelor în condiții climatice noi, locațiile grădinilor vor acoperi, de asemenea, locații aflate dincolo de arealul actual al speciilor, în special spre altitudini și latitudini mai mari. Participanții acceptă un angajament pe o perioadă de 5 ani; astfel, acest proiect se va concentra în principal pe monitorizarea și analiza trăsăturilor de supraviețuire și creștere timpurie, care sunt supuse celei mai mari presiuni de selecție la arbori. Cu toate acestea, participanții vor fi încurajați să își păstreze și să își urmărească arborii dincolo de perioada de desfășurare a acestui proiect.

Poate știința participativă să furnizeze observații suficient de riguroase?

Cheia succesului științei participative constă în găsirea potrivirii corecte între grupul participativ țintă și obiectiv. O abordare similară a științei participative a fost deja utilizată cu succes în agricultură, unde fermierii au testat rezistența la schimbările climatice a soiurilor de culturi și legume. Fermierii au fost invitați să efectueze probe de testare a culturilor pentru a le selecta în funcție de scenariile de schimbare climatică, valorificând astfel cunoștințele și motivația unui anumit grup țintă. Arborii forestieri au caracteristici comune cu culturile și speciile sălbatice, ceea ce îi face să fie organisme de studiu ideale pentru un proiect științific participativ evoluționist. Deși multe păduri sunt manageriate sau plantate, majoritatea populațiilor de arbori din pădure pot fi considerate naturale din punct de vedere evoluționist și ecologic. Există numeroși silvicultori bine informați care lucrează în Europa, care sunt preocupați de viitorul pădurilor noastre și care sunt probabil motivați să participe la un proiect experimental.

Un alt aspect al unei științe participative de succes este colectarea standard a datelor. Datorită formularelor de sondaj create de echipa noastră de cercetători, acestea sunt disponibile într-o aplicație ușor de utilizat (ODK Collect [Android] / Enketo [toate platformele]), toate datele au același format și sunt stocate în baze de date gata de utilizare.

Lecturi suplimentare:

• 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.

Date Genomice

MyGardenOfTrees va genera date genomice omogene pentru cele două specii studiate. Fagul european are o dimensiune moderată a genomului de 542 Mb, iar calitatea ansamblului genomului este ridicată. Bradul argintiu are un giga-genom de 18,16 Gb și, în consecință, calitatea ansamblului genomului este scăzută. Ținând cont de aceste diferențe, se vor utiliza abordări diferite pentru cele două specii. Pentru fagul european, vom efectua secvențierea întregului genom al unei selecții de arbori mamă. În cazul bradului argintiu, se va secvenția transcriptomul complet al 10 indivizi reprezentativi din punct de vedere biogeografic, după care se vor proiecta sonde de captură 80K și se vor testa pe un subset reprezentativ din punct de vedere biogeografic de 100-150 de indivizi pentru fiecare grup de specii. Apoi, vor fi selectate aproximativ 40K regiuni țintă care conțin SNP-uri la nivelul întregii zone de răspândire, pentru a fi genotipate într-o selecție de arbori mamă.

Lectură suplimentară:

• 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)