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遗传行为揭示了对生态系统 工业至关重要的杨树的死亡原因

研究一种有价值但易受伤害的杨树种的科学家已经确定了导致该物种无法抵抗普遍致命疾病的遗传机制。他们的发现发表在“ 美国国家科学院院刊”上,可以促成更成功的杂交杨树品种,以增加生物燃料和林业生产,并保护本地树木免受感染。

遗传行为揭示了对生态系统 工业至关重要的杨树的死亡原因

由美国能源部橡树岭国家实验室和俄勒冈州立大学与美国能源部联合基因组研究所和乔治亚大学共同领导的一个研究小组分析了被称为Septoria病原体感染的纯种黑杨木杨树的遗传反应。

Septoria在树干和树枝表面造成无法治愈的溃疡或伤口,并在生长周期的早期杀死树木。

“自20世纪初以来,工业界一直试图种植杨树的杂交品种- 包括通过穿越东部棉花和黑杨木制成的杨树 - 以生产生长速度更快的树木,并且他们对许多地方种植的杂交杨树的早期死亡感到困惑。该研究的主要作者是ORNL生物能源创新中心的Wellington Muchero说。

杂交品种具有经济价值,因为它们的生长速度比纯物种快三倍。如果杂交的杨树存活下来,它们可以大大提高高价值,生物衍生材料,生物燃料和林业产品的生产,如纸浆和纸张,木材和单板。

黑色杨木杨树在美国太平洋西北地区的河流系统中生长,其中Septoria尚未成为威胁。

“我们的研究揭示了黑棉花的双重打击,”植物微生物界面专家Muchero说。“由于病原体在其原生地区并不普遍,这些树木使它们的遗传抗性机制分崩离析而没有任何后果。”

“令人惊讶的是,我们发现导致易感性的基因在物种范围内广泛流行,”俄勒冈州立大学森林病理学高级作者兼助理教授Jared M. LeBoldus说。“如果在太平洋西北地区引入Septoria,这种抗性下降和易感性可能对生态系统有害。”

为了绘制黑色三叶杨的遗传行为,俄勒冈州立大学的科学家们使用数字图像和疾病严重程度的测量结果评估了超过3,000种单独的黑色三叶杨,以便对Septoria溃疡病敏感。

ORNL科学家使用计算资源结合基因组测序和美国能源部联合基因组研究所提供的超过一千个基因组的分析,这些基因组帮助识别每个黑色杨木中的抗性和易感基因。然后,研究小组搜索了2800万个已知突变数据集与杨树遗传谱之间的联系,以验证哪些树与那些预计对Septoria具有抗性或易感性的树排成一行。

“在数十亿次计算中,我们发现突变与疾病的抵抗或易感性一致,”Muchero说。“在ORNL,我们可以证明我们的结果在现实世界的田间条件下得以保持,并且来自西海岸的大多数黑棉花不能容忍Septoria病原体。”

然而,结果还确定了对该疾病具有抗性的单个树木,可用于开发用于商业生产的抗性杂交种,以及为保护太平洋西北地区生态系统免受Septoria蔓延的干预策略提供信息。

Muchero和LeBoldus说,这项研究支持了国家科学院,工程和医学院特设委员会发起的挑战,以调查生物技术应对森林健康的潜力。

他们补充说:“基因研究可以帮助科学家和林业专家为病原体进入生态系统时做好准备,几乎没有任何警告,并采用接种方法,并可能使有风险的物种免于被消灭。”

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