Výzkumný ústav lesního hospodářství a myslivosti, v. v. i.: Genetické metody umožňují vědcům najít modříny odolné vůči rakovině

Jednou z velmi diskutovaných otázek mezi lesníky je možnost využití modřínu opadavého při obnově našich lesů. Dalším impulsem pro jeho genetický výzkum v českých podmínkách je zájem francouzských lesníků o náš domácí jesenický ekotyp modřínu. K tomu se přidala i povinnost členských států Evropské unie v oblasti lesnictví vybudovat funkční kontrolní systém reprodukčního materiálu lesních dřevin. Pro něj lze využívat molekulárně-genetické metody.
Jednou z velmi diskutovaných otázek mezi lesníky je možnost využití modřínu opadavého při obnově našich lesů. Dalším impulsem pro jeho genetický výzkum v českých podmínkách je zájem francouzských lesníků o náš domácí jesenický ekotyp modřínu. K tomu se přidala i povinnost členských států Evropské unie v oblasti lesnictví vybudovat funkční kontrolní systém reprodukčního materiálu lesních dřevin. Pro něj lze využívat molekulárně-genetické metody.
Cílem výzkumu vědců z Výzkumného ústavu lesního hospodářství a myslivosti, útvaru Biologie a šlechtění dřevin bylo zjistit možnosti využití DNA analýz mikrosatelitových markerů pro hodnocení klonové identity roubovanců v semenných sadech modřínu opadavého a posoudit vhodnost markerů pro sledování genetické diverzity u jeho populací. Své výsledky publikovali v časopise Zprávy lesnického výzkumu 4/2020 v článku „Hodnocení genetické diverzity a klonové identity modřínu opadavého pomocí mikrosatelitových markerů“. V současnosti metoda SSR markerů patří mezi standardní molekulárně genetické techniky. Modřín opadavý patří mezi jehličnany s velkým genomem (= 11 198 Mb).
Modřín opadavý je v České republice původní dřevinou, jde o tzv. modřín opadavý – jesenický ekotyp, přirozeně rozšířený na severní Moravě a ve Slezsku. Podíl modřínu v současném druhovém složení lesů ČR činí 3,8 %. Jedná se o pionýrskou dřevinu, která má vzhledem ke svému rychlému růstu v mládí dobré předpoklady pro široké uplatnění v lesnictví a agrolesnictví. Modřín opadavý je světlomilná dřevina, nejlépe roste na hlubokých, živných půdách. Snáší však i mělké kamenité půdy, včetně vápenatých půd se střední hladinou podzemní vody a je středně odolný vůči znečištěnému ovzduší. Protože modřín dobře roste v nejrůznějších přírodních podmínkách, počítá se ním jako s významnou složkou porostní skladby lesů v oblastech od nížin, přes pahorkatiny až po nižší stupeň horských poloh.
Vzhledem k jeho uplatnění byl modřín opadavý během posledních 300 let v Evropě včetně ČR masivně šířen, ale přehlížel se původ osiva a bez ohledu na podmínky stanoviště se nevhodně mísil alpský a jesenický ekotyp. U modřínu opadavého se vyvinulo značné množství ekotypů, lišících se ekologickými nároky i morfologickými vlastnostmi. Proto je potřeba znát při umělé výsadbě původ modřínu a pro různé oblasti volit vhodné sorty. Vedle diverzity reprodukčních zdrojů je tedy velmi důležitý i výběr vhodného ekotypu.
Nerespektování vhodného původu reprodukčního materiálu se negativně projevilo při přenosu osiva modřínu z Alp na stanoviště nižších poloh střední Evropy, kde tento ekotyp značně trpí rakovinou. Zde však dobře rostou jesenické provenience, kterým naopak nevyhovují vysoké polohy, kde se jim nestačí vytvořit roční prýty. Nevyskytuje se tedy univerzální ekotyp modřínu, který by rostl všude, a je nutné dle oblasti volit vhodné provenience. V České republice jsou hlavním zdrojem semen modřínu opadavého porosty uznané ke sběru jeho osiva. Dále se eviduje 19 semenných sadů a 6 genových základech.
Použití vhodného sadebního materiálu pro konkrétní oblasti lze vedle administrativní evidence reprodukčních zdrojů, objektivně ověřovat na základě DNA analýz. S využitím polymorfních mikrosatelitových markerů lze jednoznačně zjistit klonovou totožnost. Na základě těchto markerů je také možné hodnotit diverzitu a genetickou příbuznost porostů modřínu. Dostatečná genetická variabilita je důležitá pro uplatnění adaptačního potenciálu původních porostů na změnu klimatu.
Genetickou skladbu organismů a jejich variabilitu na úrovni populací a jedinců lze stanovit pomocí DNA markerů, které jsou založeny na polymorfismu nukleotidových sekvencí a na rozdíl od izoenzymových markerů (proteinů) nereagují na environmentální změny. Pro získání informací o genetické proměnlivosti studovaných jedinců je nutné vyhledat vysoce polymorfní DNA markery, jako jsou například mikrosatelitové (SSR) markery.
Mikrosatelitové markery jsou dobré i pro rozlišení druhů a hybridů u lesních dřevin, vykazují vysokou úroveň diverzity a jsou vhodné pro populační genetické studie. Mikrosatelitové markery jsou s úspěchem využívány pro identifikaci jedinců, a jsou tedy vhodné i pro ověřování deklarované klonové identity zdrojů reprodukčního materiálu lesních dřevin (semenných sadů, archivů klonů a směsí klonů).
U modřínu opadavého vědci zjistili vysokou úroveň vnitropopulační i mezipopulační variability, pomocí DNA analýz zdokumentovali i rozdíly mezi základními ekotypy modřínu opadavého (alpský a jesenický), jež jsou dnes podchyceny v mezinárodních databankách.
Vybrané markery a optimalizované metodické postupy je možné využít i pro rozlišování ekotypů modřínu opadavého, např. možnost identifikace jesenického ekotypu, který projevuje odolnost vůči rakovině modřínu, nebo naopak alpského ekotypu, který je na ní náchylný.
V rámci spolupráce vědců z VÚLHM s francouzskou výzkumnou institucí INRA byla diagnostické analýze podrobena genotypová data klonů z jednoho našeho semenného sadu. Francouzští lesníci totiž mají zájem o osivo jesenického ekotypu modřínu opadavého a chtějí ho vysazovat ve francouzských lesích. Ale potřebují mít co největší jistotu, že u nás nakoupí opravdu osivo jesenického modřínu. A molekulárně genetické metody jsou v tomto určení velmi spolehlivé.
Francouzská INRA má rozsáhle zmapovaný ekotyp alpského modřínu a dalších sedmi ekotypů modřínu z různých oblastí Evropy. Proto identifikace ekotypu jesenického a alpského modřínu v našich podmínkách byla možná s využitím dat získaných z referenčních populací z evropského areálu původního výskytu modřínu opadavého, příslušná databáze je budovaná právě ve výzkumných stanicích INRA (Pierroton a Orléans).
Pavlína Máchová z výzkumného týmu nadějné výsledky shrnula takto: „Využití DNA analýz při výběrů stromů do šlechtitelských programů se jeví jako užitečný doplňkový šlechtitelský nástroj, například pro provedení rodičovských analýz či určení ekotypu jesenického modřínu resistentního vůči rakovině modřínu.“
Populace vyznačující se nízkou genetickou rozmanitostí, jsou podstatně citlivější na změny životního prostředí, napadení chorobami a škůdci. Genetická rozmanitost a biodiverzita populací lesních dřevin je zásadní podmínkou pro přizpůsobení se změnám klimatu a zajištění stability lesních ekosystémů. Znalosti o úrovni genetické diverzity založené na analýzách DNA přispějí k ohodnocení kvality genetických zdrojů reprodukčního materiálu.
Nové kontrolní metody ověřování klonové identity zdrojů reprodukčního materiálu (semenných sadů a klonových archivů) využívá i státní správa při realizaci dotační politiky v oblasti podpory zachování a reprodukce genofondu lesních dřevin.
Výzkum byl realizován za podpory Ministerstva zemědělství, institucionální podpora MZE-RO0118 a v rámci řešení výzkumného projektu NAZV č. QK1810129
Článek „Hodnocení genetické diverzity a klonové identity modřínu opadavého pomocí mikrosatelitových markerů“ je ke stažení zde: https://www.vulhm.cz/files/uploads/2021/01/612.pdf
Kontakt na autory: Pavlína Máchová, Helena Cvrčková, Olga Trčková, e-mail: machova@vulhm.cz