Geenitutkimusta: evoluutiosta kohti geenivarojen suojelua ja jalostusta

Transkriptio

1 Geenitutkimusta: evoluutiosta kohti geenivarojen suojelua ja jalostusta Metsätieteen päivä Outi Savolainen, Oulun yliopisto, Genetiikan ja fysiologian tutkimusyksikkö Käyttölisenssi: CC BY 4.0 Miten geneettinen tutkimus voi edistää metsätaloutta Metsät lähellä luonnon populaatioita jalostus alkuvaiheessa Geenimerkit apuvälineitä jalostuksessa Geenivarojen suojelun suunnittelu, geneettisesti kestävä metsätalous Ilmastomuutokseen sopeutumisen ennustaminen Jalostetut metsäpuut Molekyylijalostus yhdistettynä kvantitatiiviseen genetiikkaan Geenimuunteluun perustuva jalostus

2 Mäntypopulaatioiden muuntelu neutraalit geenimerkit: kertovat esim. historiasta, sukulaisuudesta Mäntyjen muuntelun määrä Kärkkäinen ym. Jalostuksen apuvälineet: kymmeniä muuntelevia geenimerkkejä Kloonien ja vartteiden tunnistaminen Risteytysten varmistaminen Populaatiogenetiikka: Siemenviljelysten taustapölytyksen arvioiminen geneettisin menetelmin Sukusiitoksen seuraaminen Yli 50 % taustapölytystä otetaan huomioon erilaisissa ennusteissa

3 Kestävän metsänhoidon geneettiset kriteerit Lisääntymissysteemi säilyy Sukusiitos ei lisäänny Geenivirta säilyy Tutkittavissa geenimerkkien avulla Sopeutumisominaisuudet geneettiset erot EU projekti TREESNIPS Survival Treesnips Rami Petteri Apuli FM tutkielma

4 Silmunmuodostus voimakas erilaistuminen (Mikola 1982) Kujala, Knürr, Kärkkäinen, sillanpää, Savolainen 2016 assosiaatiokartoitus QTL Geenikartoitus monta aluetta eri kromosomeissa (Hurme ym. 2000) Evolutiivinen sopeutuminen ilmastonmuutokseen Global Change biology Kuparinen, Savolainen, Schurr 2012 Forest Ecol. Manag. kuolleisuus Geneettis ekologinen malli Oletetaan sopeutumisominaisuuksien taustalle geneettinen malli, ja ekologiaa Simuloidaan geneettinen ja ekologien tilanne ennuste. Poikkeuksellisen hyvät tiedot (gen, ekol) antavat eväät ennustamiseen Ero optimiin vuosia

5 Miten löydetään geenit? Kujala ym Vain harvoissa geeneissä kliinejä, yleensä Erilaistuminen on hyvin vähäistä suuria Geenimääriä tarkastellessa Kujala and Savolainen 2012 Tyrmi,.Savolainen, Pyhäjärvi valmist, Havupuiden perimät (genomit) ovat suuria ~20 * 10 9 emäsparia Populus trichocarpa perimä sekvensoitiin 2005 Noin 3 4 x lituruohon genomi Havupuut N. 160 x lituruohon perimä 7 x ihmisen perimä Tehostuneet sekvensointimenetelmät, bioinformatiikka Kuusi (Nystedt ym. 2013), loblollymänty (Neale ym. 2014) Runsaasti vaikeasti käsiteltäviä toistojaksoja Suuret sekvenssiaineistot, bioinformaattiset haasteet alle 1 % perimästä geenejä Rajataan kohde: Tutkitaan GEENIALUEITA

6 Geenien etsintä: muutama geeni Kromosomeja Pun/sin saman geenin alleeleja joilla eri vaikutus harmaa, musta muita geenejä Lahonkestäviä eivät kestä Harvoin ominaisuuksien muuntelu perusuu muutamaan geeniin. Jos niin on, näitä geenejä voidaan tunnistaa erilaisilla kartoitus menetelmillä, esim. etsimällä tietyn metaboliareitin geeneistä (Teeri, Kärkkäien, Harj Venäläinen).. Lim.,, and Teeri 2016 Dvornyk ym Sopeutumis ja kasvuominaisuudet kymmeniä tai satoja geenejä Krom 1 krom 2 krom 3 Silmunmuodostus Kujala ym 2016 Useimmiten kunkin geenin vaikutukset ilmiasuun ovat pienet Alberto et al yllä kooste monista Suurivaikutuksinen geeni Saksan pop. Ei vaikutusta Suomen pop.

7 Genominen valinta Ei yritetä tunnistaa geenejä jotka vaikuttavat, merkkien ja geenien välinen Korrelaatio riittää ilmiasun ennustamiseen Oikealla, harmaat alleelit assosioituvat Punaiseen geeniin, mustat siniseen. Jälkeläis testaus Ilmiasut ja DNA merkit yhdistetään Saadaan ennuste Jalostusarvo ennustetaan merkkigeenien (b) perusteella, vähemmän jälkeläistestausta Meuwissen 2001, Isik 2014 Genotyyppiin perustuva jalostusarvo Assosiaatiot geenien välillä todennäköisimpiä Rajoitetuissa jalostuspopulaatioissa, vähäisempä luonnonpopulaatioissa Genominen valinta LUKE Ominaisuudet Stat Jalostus kvant GS LUKE viljely OY Yliopiston ja tutkimuslaitoksen osaaminen yhdessä kattaa mahdollistaa tämän tutkimuksen. LUKE:lla yhteydet potentiaalisiin käyttäjiin.

8 Mänty:Jalostushyöty perinteinen valinta Ahtikoski ym Kierron nopeutuminen Genominen valinta pitää Integroida jalostusohjelmiin VoiSäästää aikaa ja kustannuksia Testausta:loblollymänty, Resende et al. 202 Rannikkomänty (P. pinaster) Isik et al Kansainvälinen yhteistyö Genomisten resurssien kehittäminen EU projektit (Treesnips, Evoltree, Noveltree, Procogen, Gentree P. sylvestris Suomi, Ruotsi, Skotlanti Yhteistyö USA D.B. Neale (loblollymännyn genomitiedon hyödyntäminen) Yhteistyö INRA Pierroton, INIA Madrid P. pinaster P. sylvestris vertauksia

9 Metsien populaatiogenomiikka edistää jalostuksen tutkimusta ja jalostusta monin tavoin Havupuiden suuret, edelleen melko huonosti tunnetut genomit vaativat paljon työtä. Uudet tulokset perustuvat edistykseen monella alalla:populaatiogeneettiset menetelmät, sekvensointiteknologia, bioinformatiikan Yliopistolla ja LUKElla omat selkeät roolinsa Oulun yliopisto: BCO Projekti Savolainen, Sillanpää, Pyhäjärvi LUKE Timo Knürr Katri Kärkkäinen Mikko Sillanpää Outi Savolainen Tanja Pyhäjärvi Jaakko Tyrmi, Sonja Kujala, Soile Alatalo