Начавшиеся почти сто лет усилия по использованию селективной селекции для спасения американского каштана, который был функционально вымер из-за завезенной болезни - фитофтороза каштанов, в конечном итоге увенчаются успехом, но это займет больше времени, чем многие ожидают.
Это суть результатов нового исследования, проведенного исследовательской группой, состоящей из ученых из штата Пенсильвания, Американского фонда каштанов и Университета штата Нью-Йорк. Это исследование должно снизить ожидания как общественности, так и некоторых членов научного сообщества в том, что победа неизбежна, но оно также дает уверенность в том, что спасение в конечном итоге приведет к тому, что каштаны снова расцветут в лесах, по словам ведущего автора Ким Штайнер, профессора лесного хозяйства. биологии, Государственный колледж сельскохозяйственных наук Пенсильвании.
Чтобы прийти к своим выводам, исследователи рассмотрели и оценили записи о размножении и трансгенных экспериментах, полученные за десятилетия, новые экспериментальные данные и сделали прогнозы относительно того, как повторяющийся отбор и включение трансгенного материала в селекционные линии ускорит устойчивость к фитофторозу. Они рассмотрели экспериментально обоснованные оценки наследуемости и генетического усиления устойчивости к фитофторозу, которые никогда не были доступны до проведения этого исследования..
«Благодаря этим оценкам мы теперь точно знаем, что это всего лишь вопрос времени», - сказал Штайнер.
"Очень немногие люди понимают всю масштабность задачи по разведению, поставленной перед Американским фондом каштанов, когда она началась в 1983 году. Просто завершить селекционно-селекционное поколение B3F2 - последнее поколение, как первоначально предполагалось, - означало, что 73 000 деревьев должны быть созданы путем ручного опыления, выращены и протестированы на плантациях в течение как минимум трех лет."
B3F2 - это третье поколение бэккроссов, скрещенных между китайскими и американскими каштанами.
Процесс начался в 2002 году с основной программы разведения фонда и, вероятно, не будет завершен до 2022 года, добавил Штайнер. Кроме того, она дублируется работой волонтеров в 13 дочерних государственных программах. Программу в Пенсильвании курирует Сара Фитцсиммонс, научный сотрудник Департамента экосистемных наук и управления штата Пенсильвания и один из соавторов исследования.
Разработка точного и всеобъемлющего отчета о ходе работ по спасению каштанов и определение следующих шагов и ожидаемого прогресса были основными причинами исследования, объяснил Штайнер, который является членом правления Американского фонда каштанов и старшим научным сотрудником. советник правления.
«В течение ряда лет фонд делал семена деревьев B3F2 доступными для специальных целей», - сказал он.«Но средняя устойчивость этих саженцев к фитофторозу не должна была быть высокой до тех пор, пока плантация B3F2 не будет завершена и не будет отобрано несколько сотен наиболее устойчивых деревьев. Наши текущие результаты показывают, что даже в этом случае средний уровень устойчивости не будет соответствовать китайскому каштану.."
Однако некоторые семена с плантации B3F2 будут нести гены высокой устойчивости, и их может быть достаточно для начала восстановительных работ, отметил Штайнер. В конечном счете, пояснил он, цель фонда состоит в том, чтобы дать американскому каштану «генетические средства», чтобы он мог дожить до зрелости и развиваться самостоятельно. «Поэтому мы не заботимся об однородности от дерева к дереву, как это должно быть в ландшафтном питомнике».
В исследовании, недавно опубликованном в New Forests, прогресс и будущие шаги были обобщены в двух подходах: система Американского фонда каштанов по гибридизации с устойчивыми к фитофторозу видами китайского каштана, а затем неоднократное обратное скрещивание для восстановления американского типа дерево, а также преобразование американского каштана в Государственный университет Нью-Йоркского колледжа наук об окружающей среде и лесного хозяйства с помощью трансгена, придающего устойчивость. Это усилие спонсировалось нью-йоркским отделением Американского фонда каштанов.
В каждый подход было вложено несколько десятилетий усилий, и, как отмечают исследователи, предстоит еще много работы, но результаты представляют собой лучшее экспериментальное доказательство того, что с тех пор, как болезнь поразила Северную Америку где-то после 1904 года, успех находится в пределах практической досягаемости.
«Мы считаем, что программе разведения может потребоваться дополнительное одно или два поколения периодического отбора, чтобы максимизировать устойчивость», - сказал Штайнер. «Трансгенное дерево в Нью-Йорке еще должно пройти проверку регулирующих органов перед выпуском, и оно должно быть протестировано в условиях жесткой конкуренции в естественных условиях, прежде чем будет понятна его истинная ценность. Если это подтвердится, мы ожидаем, что работа в Нью-Йорке будет интегрирована с работой фонда традиционная программа разведения, потому что оба направления работы имеют свои сильные стороны».
Штайнер, который является директором дендрария в штате Пенсильвания, где растет плантация B3F2 в рамках пенсильванской программы, назвал усилия по восстановлению каштана самым амбициозным, длительным и технически сложным спасением вида, которое когда-либо предпринималось. И он благодарит добровольцев из Американского фонда каштанов за то, что они сделали это возможным.
Будучи аспирантом Мичиганского государственного университета осенью 1970 года, Штайнер написал план разведения для решения проблемы американских каштанов в качестве классного задания. Он ясно помнит оценку профессора, что план работоспособен, но совершенно непрактичен. Промышленность, по словам профессора, не проявляет интереса к американскому каштану, а правительственные учреждения не будут браться за разведение устойчивого к фитофторозу каштана после отказа от двух более ранних долгосрочных программ, преследующих ту же цель..
«Как выясняется, теперь, 47 лет спустя, он был прав по этим двум пунктам», - вспоминает Штайнер. «Но он не рассчитывал на способность такой некоммерческой организации, как The American Chestnut Foundation, выполнить «безнадежную» природоохранную задачу с помощью силы тысяч добровольцев-граждан-ученых и благотворителей».
Их энтузиазм и прекрасный пример этой модели вдохновили Штайнера в конце 1990-х предложить свои услуги организации в качестве научного консультанта-добровольца. И он не один. Многие ученые из университетов, агентств и промышленных предприятий оказали фонду маленькую и большую помощь.
По словам Штайнера, обещание, что селекционная программа фонда увенчается успехом, привлекло десятки миллионов долларов на поддержку исследований. «А с середины 1990-х годов произошел всплеск опубликованных исследований об американском каштане, виде, который был экологически и экономически незначительным с первых десятилетий прошлого века», - добавил он..