Genetikk i skogen Jørn Henrik Sønstebø
BAKGRUNN
• Genetisk variasjon – basis for foredling
• Skogplanteforedling av gran
• Tradisjonell foredling
• “Breeding without breeding”
• Forvaltning av genetiske variasjonen - SUSTBREED
• Historisk genetisk variasjon – innvandring av gran
VARIASJON I ULIKE EGENSKAPER
10.06.2016 4
NIBIO
FOREDLINGEN ER OPPTATT AV DEN GENETISKE VARIASJONEN
10.06.2016 5
NIBIO
Fenotypisk variasjon Genetisk variasjon
Miljøvariasjon
Arvelig
HVORFOR FOREDLING?
– Over hele landet,
skogplanter som gir 10-15
% foredlingsgevinst i dag – 20-25 % er målet
– Økt nåverdi fra arealet – volum, kvalitet og
omløpstid
– Raskere CO2-binding etter hogst
– I forkant av
klimaendringene
Planter per hektar
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Brutto volum slutthogst (m3 ha-1 )
400 500 600 700 800 900
76 år
81 år
Bestandsfrø Plantasje
70m3
(Kvaalen 2012 upubl.)
Egenskap Stjørdal
(Lyngdal – Erikstad) vs K1-K3
Steinkjer (Lyngdal – Nyland)
vs L1-L3
Overlevelse -5 % +13 %
Høyde +9 % +4 %
Diameter +14 % +18 %
Volum +36 % +40 %
Kvistdiameter +7 % +2 %
Stammekrok
(negativt er positivt)
-5 % -13 %
LYNGDAL FRØPLANTASJE BRUKT I TRØNDELAG 30 ÅR ETTER UTPLANTING
HVORDAN FOREGÅR FOREDLINGEN
1975
2015
2040
AVKOMTESTING – AVLSVERDI PÅ BAKGRUNN AV AVKOMMENES PRESTASJON
10.06.2016 9
+ minst to andre lokaliteter, gradient lav-høy /nord-sør
BREEDING WITHOUT BREEDING
10.06.2016 10 NIBIO
Planting fra eldre frøplantasjer
Identifisere de beste trærne
DNA analyser – Bestemme
foreldre
DRONER KAN BRUKES TIL Å MÅLE HØYDE
Photo: Marte Friberg Myre, Skogfrøverket
3D image generated and tree height me
“BREEDING WITHOUT BREEDING” – EN ALTERNATIV FOREDLINGSMETODE
– Kontrollerte krysninger erstattes av åpenpollinerte
krysninger eller eventuelt plantinger fra frøplantasjer.
– Deretter finner man slektskapet mellom trærne ved hjelp av DNA analyser.
– Fordelen er at man ofte bare trenger å finne slektskapet mellom dem som har de beste egenskapene
– Eksisterende forsøk /plantinger kan benyttes
– Mulig å bruke for eksempel proveniensforsøk med nye DNA metoder
10.06.2016 12 NIBIO
GENETISK DIVERSITET I FRØPLANTASJENE
10.06.2016
– Nye frøplantasjer med testa kloner
– Stor genetisk gevinst i å gå ned på antallet kloner
– Få kloner fører til tap av genetisk variasjon
– Det er viktig å bevare genetisk variasjon fordi:
– Genetisk diversitet gir større tilpasningsevne
– Produksjonsskogen er i liten grad skilt fra resten av skogen og man ønsker ikke stor reduksjon i genetisk diversitet
HVORDAN FÅR VI MER GENETISK GEVINST?
Individ Rank
Avlsverdi Høyde
1 20 %
2 16 %
3 15 %
4 13 %
5 12 %
. . .
27 8 %
28 6 %
29 5 %
30 4 %
. . .
117 1 %
118 0 %
119 -1 %
120 -2 %
. .
198 -14%
199 -15%
200 -16 %
0 5 10 15 20 25 30
0 20 40 60 80 100 120 140
Genetisk gevinst (%)
Antall kloner i utvalget, de beste selekteres først
Estimert foredlingsgevinst, Svenneby III
Gevinst volum ved 90 år (produksjonstabell G17 + bonitetsøkning)
Høydevekst (inkl foredlingspop, redusert for alderskorr. 0,8 og fremmedpollinering 25 %)
SUSTBREED
– Finansiert av Skogfrøverket, Norges Forskningsråd og Skog og landskap – Hovedmålsetningen er å utvikle en langsiktig strategi som gir størst mulig
genetisk gevinst, men som samtidig ikke går på bekostning av genetisk diversitet.
– Mange nye frøplantasjer med testa kloner – hvor mange kloner skal vi ha i frøplantasjen.
– Hvordan skal foredlingspopulasjonen struktureres for å sikre størst mulig gevinst og samtidig
10.06.2016
Approaching advanced-generation breeding in Norway spruce: balancing genetic gain and genetic diversity
GENETISK DIVERSITET I TO FORSKJELLIGE FRØPLANTASJER
Kaupanger
Kilen
Kaupanger
Kilen
• Moderne frøplantasje
• Lavt antall kloner (25)
• Sannsynligvis lav fremmedpollinering
• Tradisjonell frøplantasje
• Høyt antall kloner
• Sannsynligvis høy fremmedpollinering
GENETISK DIVERSITET I TO FORSKJELLIGE FRØPLANTASJER
DNA VARIASJON
– Vi trekker ut DNA fra cellene i nåler eller frø
– Variasjonen i DNAet kan måles med ulike metoder. Vi har brukt en metode som kan skille individer fra hverandre og identifisere foreldre
– Metoden vi har brukt er også sensitiv for reduksjon i genetisk variasjon
GENETISK VARIASJON I FRØPLANTASJER SAMMENLIGNET MED BESTANDSFRØ OG NATURSKOG
Genvarianter (alleler)
• Genetisk variasjon går noe ned I Kaupanger frøplantasje
• Det er liten påvirkning av variasjon I
frøproduksjon
• Sammenlignet med bestandsfrø er det en liten reduksjon
• Viktig å huske at
frøplantasjefrø plantes over større områder
HVOR MYE BIDRAR DE ULIKE KLONENE I FRØPLANTASJENE
Frøparti Frøproduksjon ♂Ne = 1/Ʃ m2i Fremmedpollinering
Kilen 2006 Høy 37.7 23.3%
Kilen 2011 Lav 29.8 32.5%
Kaupanger 2008 Høy 19.1 16.3%
Kaupanger 2011 Lav 14.5 28.5%
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
2008 2011
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
1 3 5 7 9 11131517192123252729313335373941434547495153555759 2006 2011
Kaupanger Kilen
EVOLUSJONÆRE GRUPPER AV GRAN I EUROPA
10.06.2016 21 NIBIO
300K years
5M years
Innvandringshistorien til gran i følge DNA undersøkelser
• Mitokondrie DNA hos planter har en svært lav evolusjonsrate
– Finner man forskjeller i mitokondrie DNAet betyr det at de har vært adskilt lenge
• Nukleært DNA – mange markører, bedre
representasjon av genomet
Kloroplaster
DNA
Mitokondrie DNA – nedarvet fra mor, spredt med frø
Nukleært DNA – nedarvet både fra mor og fra og spredt med både pollen og frø
GEOGRAFISK FORDELING AV MTDNA VARIANTER - SPREDNINGSVEIER
Et stort refugium i Russland, to hovedveier inn til
Skandinavia; en nordvestlig og en sørvestlig over
Østersjøen
Refugium og vandringsveier
Prinsipal komponent analyse og klustering
– Stort sett høy genetisk
diversitet i de eldste område – Diversiteten er
også
opprettholdt over lange avstander
Fordeling av genetisk diversitet
Innen populasjonsgenetisk diversitet hos grupper av populasjoner
UNDERSØKER SÅ ANDRE STEDER I MITOKONDRIE DNAET
– Finner variasjon to varianter i en ny markør som viser et nytt mønster
– To varianter, en er spesiell for Skandinavia
– Undersøker også DNA fra sedimenter – Finner gran DNA i 17 000 år gamle
sedimenter fra Andøya og i sedimenter fra Trøndelag som er 10 300 år gamle
1. JULI 2015
10.06.2016 29
