Erdészettudományi Közlemények / 10. évfolyam / 1. szám / 5-16. oldal
| következő

Nemesnyár klónok faanyagtani jellemzőkhöz köthető génjeinek genetikai változatossága

Cseke Klára, Köbölkuti Zoltán Attila, Benke Attila, Rumi Andrea, Báder Mátyás, Borovics Attila és Németh Róbert

Kapcsolat a szerzőkkel

Levelező szerző: Cseke Klára

Cím: H-9600 Sárvár, Várkerület 30/A

e-mail cím: cseke.klara[at]erti.naik.hu

Kivonat

A nemesnyárak kiemelkedő gazdasági jelentőséggel bírnak. A bemutatott vizsgálat legfőbb célja egy olyan kutatási metodika ismertetése, amely a faanyag tulajdonságaiért felelős kulcsenzimek kódoló régióinak azonosításából indul ki, bemutatva a genomikai alapokra helyezett nemesítési technológiákban rejlő lehetőségeket. A vizsgálatunk első szakaszában 24 különböző, a faanyagképződés szempontjából releváns enzim kódoló régiójára terveztünk primerpárokat. Összesen 55 saját fejlesztésű primerpárt teszteltünk, 47,27%-os sikerességgel. Ezután nyolc enzimet választottunk ki részletesebb elemzésre hét nyárfaj és 11 hibrid klón bevonásával, összesen 23 nyár genotípus vizsgálata révén. A kiválasztott enzimek egy része a lignifikáció folyamatában vesz részt (COMT, CCoAOMT, SAMS), egy másik csoport a K+-függő xylogenezis során tölt be kulcsszerepet (Kt, ptk2, SKOR), míg a harmadik csoport (endo-1,4-b-xylanase, Araf-ase) a mikrofibrilla szög alakulásához köthető. A sikeresen amplifikált és azonosított 13 markerrégió révén összesen 188 szekvenciát elemeztünk és 90 SNP-t azonosítottunk. Értékeltük a polimorf helyek számát, a nukleotid diverzitást, az inszerciók/deléciók számát, az SNP-k típusát, a rekombinációs események minimális számát, illetve azonosítottuk a konzervatív szakaszokat. Eredményeink bemutatása során részletesen tárgyaljuk a vizsgálatban rejlő alkalmazási lehetőségeket.

Kulcsszavak: SNP marker, nyár, faanyagtani jellemzők

  • Ache P., Fromm J. & Hedrich R. 2010: Potassium-dependent wood formation in poplar: Seasonal aspects and environmental limitations. Plant Biology 12(2): 259–267. DOI: 10.1111/j.1438-8677.2009.00282.x
  • Tribot A., Amer G., Alio M. A., de Baynast H., Delattre C., Pons A., Mathias J.-D., Callois J.-M., Vial C., Michaud P. & Dussap C.-G. 2019: Wood-lignin: Supply, extraction processes and use as bio-based material. European Polymer Journal 112: 228-240. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2019.01.007
  • Arend M., Stinzing A., Wind C., Langer K., Latz A., Ache P. & Hedrich R. 2005: Polar-localised poplar K+channel capable of controlling electrical properties of wood-forming cells. Planta 223(1): 140–148. DOI: 10.1007/s00425-005-0122-y
  • Báder M., Németh R. & Konnerth J. 2019: Micromechanical properties of longitudinally compressed wood. European Journal of Wood and Wood Products 77: 341–351. DOI: 10.1007/s00107-019-01392-0
  • Bak M. & Németh R. 2012: Changes in swelling properties and moisture uptake rate of oil-heat-treated poplar (Populus x euramericana cv. Pannonia) wood. BioResources 7(4): 5128-5137.
  • Barnett J.R. & Bonham V.A. 2004: Cellulose microfibril angle in the cell wall of wood fibres. Biological Reviews 79: 461–472.
  • Bradshaw H. D. & Stettler R. E. 1993: Molecular genetics of growth and development in Populus. In. Triploidy in hybrid poplars. Theoretical and Applied Genetics 86: 301–302.
  • Brunner A. M., Busov V. B. & Strauss S. H. 2004: Poplar genome sequence : functional genomics in an ecologically dominant plant species. Trends in Plant Science 9(1): 49–56. DOI: 10.1016/j.tplants.2003.11.006
  • Christensen J. H., Baucher M., O’Connell A., Van Montagu M. & Boerjan W. 2000: Control of lignin biosynthesis. Molecular biology of woody plants. Dordrecht, Springer: 227–228.
  • Davison B. H., Drescher S. R., Tuskan G. A., Davis M. F. & Nghiem N. P. 2006: Variation of S/G Ratio and Lignin Content in a Populus Family Influences the Release of Xylose by Dilute Acid Hydrolysis. Applied Biochemistry and Biotechnology 129-132: 427-435.
  • Donaldson L. 2008: Microfibril angle: Measurement, variation and relationships - A review. International Association of Wood Anatomists Journal 29: 345–386.
  • Dumolin S., Demesure B. & Petit R. J. 1995: Inheritance of chloroplast and mitochondrial genomes in pedunculate oak investigated with an efficient PCR method. Theoretical and Applied Genetics 91(8): 1253–1256. DOI: 10.1007/BF00220937
  • Evans R. & Ilic J. 2001: Rapid prediction of wood stiffness from microfibril angle and density. Forest Products Journal 51: 53–57.
  • Fromm J. 2010: Wood formation of trees in relation to potassium and calcium nutrition. Tree Physiology 30(9): 1140–1147. DOI: 10.1093/treephys/tpq024
  • Geisler-Lee J., Geisler M., Coutinho P. M., Segerman B., Nishikubo N., Takahashi J. & Sundberg B. 2006: Poplar carbohydrate-active enzymes. Gene identification and expression analyses. Plant Physiology 140(3): 946–962. DOI: 10.1104/pp.105.072652
  • Gencsi L. & Vancsura R. 1992: Dendrológia – Erdészeti Növénytan II. Mezőgazda Kiadó, Budapest: 29, 330.
  • Glasser W.G. 2019: About Making Lignin Great Again – Some Lessons From the Past. Frontiers in Chemistry 7: 565. DOI: 10.3389/fchem.2019.00565
  • González-Martínez S. C., Krutovsky K. V. & Neale D. B. 2006: Forest-tree population genomics and adaptive evolution. New Phytologist 170: 227-238.
  • Hall T. A. 1999: BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium Series 41 (41): 95–98.
  • Halpin C. 2004: Re-designing lignin for industry and agriculture. Biotechnology and Genetic Engineering 21(1): 229–248. DOI: 10.1080/02648725.2004.10648057
  • Henry I. M., Zinkgraf M. S., Groover A. T. & Comai L. 2015: A system for dosage-based functional genomics in poplar. The Plant Cell 27(9): 2370–2383. DOI: 10.1105/tpc.15.00349
  • Horváth N., Bak M. & Németh R. 2012: Modification of poplar wood by different heat treatments. Poster presentation, 7. Thermowood Workshop, Drezda, 2012.04.26-27.
  • Isabel N., Lamothe M. & Thompson S. L. 2013: A second-generation diagnostic single nucleotide polymorphism (SNP)-based assay, optimized to distinguish among eight poplar (Populus L.) species and their early hybrids. Tree Genetics and Genomes 9(2): 621–626. DOI: 10.1007/s11295-012-0569-5
  • Komán Sz. 2012: Nemesnyár-fajták korszerű ipari és energetikai hasznosítását befolyásoló faanatómiai és fizikai jellemzők. Doktori értekezés, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Sopron, 85 p.
  • Köbölkuti Z., Cseke K., Benke A., Báder M., Borovics A. & Németh R. 2019: Allelic variation in candidate genes associated with wood properties of cultivated poplars (Populus), Biologia Futura 70(4): 286-294.
  • Lampugnani E.R., Khan G.A., Somssich M. & Persson S. 2018: Building a plant cell wall at a glance. Journal of Cell Science 131(2), jcs207373. DOI: 10.1242/jcs.207373
  • Langer K., Ache P., Geiger D. et al. 2002: Poplar potassium transporters capable of controlling K+ homeostasis and K+-dependent xylogenesis. The Plant Journal 32(6): 997-1009. DOI: 10.1046/j.1365-313x.2002.01487.x
  • Li L., Lu S. & Chiang V. 2006: A genomic and molecular view of wood formation. Critical Reviews in Plant Sciences 25(3): 215–233. DOI: 10.1080/07352680600611519
  • McFarlane H.E., Doring A. & Persson S. 2014: The cell biology of cellulose synthesis. The Annual Review of Plant Biology 65: 69–94.
  • Meents M.J., Watanabe Y. & Samuels A.L. 2018: The cell biology of secondary cell wall biosynthesis. Annals of Botany 121: 1107–1125.
  • Mellerowicz E. J. & Sundberg B. 2008: Wood cell walls: biosynthesis, developmental dynamics and their implications for wood properties. Current Opinion in Plant Biology 11(3): 293–300. DOI: 10.1016/j.pbi.2008.03.003
  • Mizrachi E., Verbeke L., Christie N. et al. 2017: Network-based integration of systems genetics data reveals pathways associated with lignocellulosic biomass accumulation and processing. Proceedings of the National Academy of Sciences 114. 201620119. DOI: 10.1073/pnas.1620119114
  • Mutwil M., Debolt S. & Persson S. 2008: Cellulose synthesis: a complex. Current Opinion in Plant Biology 11(3): 252–257. DOI: 10.1016/j.pbi.2008.03.007
  • Neale D. B. & Kremer A. 2011: Forest tree genomics: growing resources and applications. Nature Reviews Genetics 12: 111-122.
  • Oakley R. V., Wang Y. S., Ramakrishna W., Harding S. A. & Tsai C. J. 2007: Differential expansion and expression of alfa - and beta-tubulin gene families in Populus. Plant Physiology 145(3): 961–973. DOI: 10.1104/pp.107.107086
  • Olson M. S., Robertson A. L., Takebayashi N., Silim S., Schroeder W. R. & Tiffin P. 2010: Nucleotide diversity and linkage disequilibrium in balsam poplar (Populus balsamifera). New Phytologist 186: 526–536.
  • Plomion C., Leprovost G. & Stokes A. 2001: Wood formation in trees. Plant Physiology 127(12): 1513–1523.
  • Rademacher P., Báder M., Németh R., Rousek R., Paril P., Baar J., Hornicek S., Dejmal A., Domeny J., Kudela J., Kutnar A., Neyses B. & Sandberg D. 2017: European co-operation in wood research – from native wood to engineered materials. Part 2: densification modification in product development. In: Gurau L., Campean M., Ispas M. (eds): Proceedings of the International Conference Wood Science and Engineering in the Third Millenium (ICWSE 2017). Transilvania University, Brasov, Romania, 02-04.11.2017.: 469-478. (ISSN 1843-2689).
  • Song J., Chen C., Zhu S. et al. 2018: Processing bulk natural wood into a high-performance structural material. Nature 554: 224–228. DOI: 10.1038/nature25476
  • Takab, K., Takeuchi M., Sato T., Ito M. & Fujita M. 2001: lmmunocytochemical localization of enzymes involved in lignification of the cell wall. The Journal of Plant Research 114: 509–515. DOI: 10.1007/PL00014018
  • Tenney A. E., Wu J. Q., Langton L., Klueh P., Quatrano R. & Brent M. R. 2007: A tale of two templates: Automatically resolving double traces has many applications, including efficient PCR-based elucidation of alternative splices. Genome Research 17(2): 212–218. DOI: 10.1101/gr.5661407
  • Vander Mijnsbrugge K., Meyermans H., Van Montagu M., Bauw G. & Boerjan W. 2000: Wood formation in poplar: identification, characterization, and seasonal variation of xylem proteins. Planta 210(4): 589–598. DOI: 10.1007/s004250050048
  • Wright S. I. & Andolfatto P. 2008: The impact of natural selection on the genome: emerging patterns in Drosophila and Arabidopsis. The Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 39: 193–213. DOI: 10.1146/annurev.ecolsys.39.110707.173342
  • Zhong R. & Ye Z. H. 2007: Regulation of cell wall biosynthesis. Current Opinion in Plant Biology 10(6): 564–572. DOI: 10.1016/j.pbi.2007.09.001
  • Open Acces - Nyílt hozzáférés

    A cikk teljes terjedelmében szabadon letölthető, és megfelelő forrásmegjelöléssel szabadon felhasználható.

    Javasolt hivatkozás:

    Cseke K., Köbölkuti Z. A., Benke A., Rumi A., Báder M., Borovics A. és Németh R. (2020): Nemesnyár klónok faanyagtani jellemzőkhöz köthető génjeinek genetikai változatossága. Erdészettudományi Közlemények, 10(1): 5-16. DOI: 10.17164/EK.2020.001

    10. évfolyam 1. szám,
    5-16. oldal

    DOI: 10.17164/EK.2020.001

    Közlésre elfogadva:
    2020. július 8.

    Kapcsolódó cikkek
    a folyóiratban

    8

    A szerzők további cikkei a folyóiratban

    5

    Témájukban kapcsolódó cikkek az Erdészettudományi Közleményekben*

    A szerzők további megjelent cikkei az Erdészettudományi Közleményekben

    * Automatikusan generált javaslatok a szerzők által megadott kulcsszavak más cikkek címében és kivonataiban való előfordulása alapján. Részletesebb kereséshez kérjük használja a manuális keresést.