Katri Kärkkäinen Matti Haapanen Metsägenetiikan sovellukset: Metsägenetiikan haasteet: geenit, geenivarat ja metsänjalostus Katri Kärkkäinen ja Matti Haapanen Metsäntutkimuslaitos Vantaan tutkimuskeskus Metsänjalostus Geenivaratyö Geneettisen monimuotoisuuden säilyttämistä Kansainväliset sopimukset ja velvoitteet Miksi tutkia geneettistä monimuotoisuutta? Tutkimuksessa arvioidaan: Puiden populaatioiden elinkykyä nykyisenlaisessa ympäristössä Sopeutumiskykyä muuttuvaan ympäristöön (ilmastomuutos) Ihmistoiminnan vaikutusten arviointi (metsänviljely, siemensiirrot) Luontaisen geneettisen muuntelun perustan tunnistus: Miksi tutkia geenejä? Osataan hoitaa geenivaroja paremmin Osataan ennustaa vasteita ympäristönmuutoksiin Osataan jalostaa tehokkaammin AA AA AA Aa AA Aa aa aa aa aa Aa aa 1
Genomin koko eri eliöissä Geenien määrä eri eliöissä Genomin koko Geenien määrä? Lituruoho Poppeli Ihminen Mänty Banaanikärpänen Banaanikärpänen Lituruoho Poppeli Ihminen Mänty Havupuiden geenien sekvenssit samankaltaisia Esim. Geenin PST-1 DNA-sekvenssit: mänty (Pinus sylvestris) ja japaninmänty (Pinus densiflora) Pinus sylv : Pinus dens : Pinus sylv : Pinus dens : Pinus sylv : Pinus dens : * 20 * 40 agatggggggcgttgattttgaaggtttcaggaagttgcagagg AGATGGGGGGCGTTGATTTTGAAGGTTTCAGGAAGTTGCAGAGG AGATGGGGGGCGTTGATTTTGAAGGTTTCAGGAAGTTGCAGAGG * 60 * 80 gcagatggcttcgcttcgatccttgctatcggcactgccaatcc GCAGATGGCTTCGCTTCGATCCTTGCTATCGGCACTGCCAATCC GCAGATGGCTTCGCTTCGATCCTTGCTATCGGCACTGCCAATCC * 100 * 120 * acccaatgctgtggatcagagcacatatccagatttctactttc ACCCAATGCTGTGGATCAGAGCACATATCCAGATTACTACTTTC ACCCAATGCTGTGGATCAGAGCACATATCCAGATT CTACTTTC Miten löytää tärkeää geneettistä muuntelua? Kandidaattigeenilähestymistapa 1. Kartoitetaan yksilöiden välistä muuntelua Taimi 1: kasvu 60 päivää Geeni 1: DNA-tyyppi DD Geeni 2: DNA-tyyppi CC Taimi 2: kasvu 120 päivää Geeni 1: DNA-tyyppi AA Geeni 2: DNA-tyyppi CC 2. Tutkitaan mallilajeissa tärkeäksi tiedetyn geenin muuntelua samoista puista Metla/Marja-Leena Annala DNA-muuntelun ja ominaisuuden muuntelun assosiaatiot: Yhden geenin yhden DNA-emäksen muutoksen vaikutus kasvin ilmiasuun Ominaisuus EU-projekti "TREESNIPS" SOPEUTUMISEEN VAIKUTTAVIEN GEENIEN ETSINTÄ D/D A/D A/A DNA-tyyppi Koordinaattori Outi Savolainen, Oulun yliopisto INRA/Ranska, UNIUD/Italia, INIA/Espanja, UU/Ruotsi, SCRI/Iso-Britannia, METLA/Suomi 2
TREESNIPS: Männyn eurooppalaiset populaatiot voimakkaasti erilaistuneet kasvurytmiltään. Erilaistumisen aiheuttavia geenejä etsitään. % taimista lopettanut kasvun 100 80 60 40 20 0 63 77 91 105 119 133 147 161 Kasvun loppumisaika, päivää kokeen alusta Kolari Uusikaupunki Kälviä Ruotsi Saksa Belgia Hollanti Itävalta Turkki Ranska Puola Slovakia Espanja10 Espanja17 Espanja5 Tutkittavia ominaisuuksia: Sopeutuminen ympäristöön Tutkittavia ominaisuuksia: Taudinkestävyys Tutkittavia ominaisuuksia: Puun laatu Puita ja geenejä 3
Miksi jalostusta? Metsänjalostuksen mahdollisuudet Matti Haapanen Metsäntutkimuslaitos Vantaan tutkimuskeskus Monet evoluution tuottamista puiden sopeutumista eivät ole ihmisen käyttötarkoitusten kannalta optimaalisia Jalostustavoitteet Parempaa laatua Sahatavaran ja vanerin arvoon vaikuttavat rungon laatutekijät Oksanpaksuus Oksakulma Rungon suoruus 1 Jalostustavoitteet Viljelyvarmuutta 2 Kylmänkestävyys Kasvurytmi Tuhojen vastustuskyky Jalostushyödyt realisoituvat nopeasti Jalostustavoitteet Kasvunopeutta Erinomainen kasvu ja rungon laatu yhdistyvät korkean satoindeksin puissa, joiden yhteyttämistuotteista keskimääräistä suurempi osuus ohjautuu runkopuuhun 3 Jalostussykli Pluspuut Valinta Risteytys Jälkeläistestaus Jalostushyödyt Siemenviljelykset tuottavat siementä metsänviljelyyn 4
Perintötekijät? Ympäristö Ympäristöstä johtuvat virheet puiden valinnassa minimoidaan perustamalla viljelykokeita, joissa puiden jälkeläisiä verrataan yhdenmukaisessa ympäristössä Jalostushyöty realisoituu eri ajankohtina Esimerkkejä metsänjalostuksen tuloksista Viljelyvarmuus Kasvunopeus ja puuntuotos Puun laatu 0 20 40 60 80 v. Jalostetun viljelymetsän kiertoaika Normaali kiertoaika Metsänjalostuksen tuloksia 1 Metsänjalostuksen tuloksia 2 Laatu Kasvunopeus Männyn rungon laatuarvosanan paraneminen keskimäärin 16% Rauduskoivulla 2. polven siemenviljelysaineistossa tilavuuskasvun lisäys keskimäärin 26% Jaloste Vertailu 5
Metsänjalostuksen tuloksia Kasvullisesti lisätty kuusen genotyyppi V383 on tuottanut koeviljelyksellä Nurmijärvellä 20 vuodessa puuta 380 m 3 / ha 2 Jalostussyklin kesto pullonkaula V383 Myöhäinen kukinta Valinta Testaus Risteytys Koivu 25 vuotta Mänty, kuusi 40-50 vuotta Pitkä nuoruusvaihe Tavoite! Kiitos! 1 2 Aika 1 2 3 Valokuvat Metla/Risto Hagqvist Metla/Jouko Lehto Metla/Jaakko Napola Metla/Teijo Nikkanen Werner Holmberg: Maantie Hämeessä (1860) 6