Erdészettudományi Közlemények / 12. évfolyam / 2. szám / 77-90. oldal
előző | következő

Szárazságtűrésben szerepet játszó SNP-k azonosítása kocsánytalan tölgy populációkban: alapkutatási eredmények a fenntartható tölgygazdálkodásért

Benke Attila, Köbölkuti Zoltán Attila, Cseke Klára, Borovics Attila és Tóth Endre György

Kapcsolat a szerzőkkel

Levelező szerző: Benke Attila

Cím: H-9600 Sárvár, Várkerület 30/A.

e-mail cím: benke.attila[at]uni-sopron.hu

Kivonat

Állományalkotó fafajaink genetikai állományban fellelhetőek az alkalmazkodási folyamatok lenyomatai, amelyek fontos ismereteket szolgáltathatnak a klímaadaptációt segítő erdőművelési stratégiák meghatározásához. Jelen kutatásunk során 18 közép- és délkelet-európai kocsánytalan tölgy [Quercus petraea (Matt.) Liebl.] populáció egyedeiben kimutatott SNP-k (egypontos nukleotid eltérések) és zárvatermő növények genomjában meghatározott, szárazságtűréssel kapcsolatba hozható szekvenciák kocsányos tölgy (Quercus robur L.) referencia genomra történő térképezését végeztük el, meghatározva így azon SNP-k csoportját, amelyek kapcsolatba hozhatók a szárazsági stresszválaszban szerepet játszó folyamatokkal. A kiugró FST értékkel bíró marker lókuszok és összesen 94 klimatikus változó bevonásával végzett regresszióanalízis során 16 erősen szignifikáns kapcsolatot mutattunk ki egyes génhelyek és néhány, csapadék vagy hőmérséklet alapú környezeti változó között. A szárazság szelekció alatt álló SNP-k kimutatása számos további, a fenntartható tölgygazdálkodást megalapozó kutatás alapját képezheti a jövőben.

Kulcsszavak: kocsánytalan tölgy, SNP marker, szárazság szelekció, genom-környezet asszociáció

Hivatkozott irodalom55

  • Baird N.A., Etter P.D., Atwood T.S., Currey M.C., Shiver A.L., Lewis Z.A., Selker E.U., Cresko W.A. & Johnson E.A. 2008: Rapid SNP Discovery and Genetic Mapping Using Sequenced RAD Markers. PLoS ONE 3(10): e3376. DOI: 10.1371/journal.pone.0003376
  • Batley J. & Edwards D. 2007: SNP Applications in Plants. In: Oraguzie N.C., Rikkerink E.H.A., Gardiner S.E. & De Silva H.N. (eds.): Association Mapping in Plants. Springer, New York, NY, USA. 95–102., DOI: 10.1007/978-0-387-36011-9_6
  • Beckage B., Osborne B., Gavin D.G., Pucko C., Siccama T. & Perkins T. 2008: A rapid upward shift of a forest ecotone during 40 years of warming in the Green Mountains of Vermont. Proceedings of the National Academy of Sciences 105: 4197. DOI: 10.1073/pnas.0708921105
  • Blanc‑Jolivet C., Bakhtina S., Yanbaev R., Yanbaev Y., Mader M., Guichoux E. & Degen B. 2020: Development of new SNPs loci on Quercus robur and Quercus petraea for genetic studies covering the whole species’ distribution range. Conservation Genetics Resources 12: 597–600. DOI: 10.1007/s12686-020-01141-z
  • Bordács S., Popescu F., Slade D., Csaikl U.M., Lesur I., Borovics A., Kézdy P., König A.O., Gömöry D., Brewer S., Burg K. & Petit R.J. 2002: Chloroplast DNA variation of white oaks in northern Balkans and in the Carpathian Basin. Forest Ecology and Management 156(1-3): 197-209. DOI: 10.1016/S0378-1127(01)00643-0
  • Borovics A. & Mátyás Cs. 2013: Decline of genetic diversity of sessile oak at the retracting (xeric) limits. Annals of Forest Science 70: 835–844. DOI: 10.1007/s13595-013-0324-6
  • Bradbury P.J., Zhang Z., Kroon D.E., Casstevens T.M., Ramdoss Y. & Buckler E.S. 2007: TASSEL: software for association mapping of complex traits in diverse samples. Bioinformatics 23: 2633–2635. DOI: 10.1093/bioinformatics/btm308
  • Catchen J., Hohenlohe P.A., Bassham S., Amores A. & Cresko W.A. 2013: Stacks: an analysis tool set for population genomics. Molecular Ecology 22: 3124–3140.
  • Chakraborty D., Móricz N., Rasztovits E., Dobor L. & Schueler S. 2021: Provisioning forest and conservation science with high‑resolution maps of potential distribution of major European tree species under climate change. Annals of Forest Science 78: 26. DOI: 10.1007/s13595-021-01029-4
  • Czúcz B., Gálhidy L. & Mátyás Cs. 2013: A bükk és a kocsánytalan tölgy elterjedésének szárazsági határa. Erdészettudományi Közlemények, 3(1): 39-53. Teljes szöveg
  • Excoffier L., Hofer T. & Foll M. 2009: Detecting loci under selection in a hierarchically structured population. Heredity 103: 285–298. DOI: 10.1038/hdy.2009.74
  • Foll M. & Gaggiotti O. 2008: A genome-scan method to identify selected loci appropriate for both dominant and codominant markers: a Bayesian perspective. Genetics 180: 977–993. DOI: 10.1534/genetics.108.092221
  • Frichot E., Schoville S.D., Bouchard G. & François O. 2013: Testing for associations between loci and environmental gradients using latent factor mixed models. Molecular Biology and Evolution 30: 1687–1699. DOI: 10.1093/molbev/mst063
  • García C., Guichoux E. & Hampe A. 2018: A comparative analysis between SNPs and SSRs to investigate genetic variation in a juniper species (Juniperus phoenicea ssp. turbinata). Tree Genetics & Genomes 14: 87. DOI: 10.1007/s11295-018-1301-x
  • Gencsi L. & Vancsura R. 1997: Dendrológia. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 240–246.
  • Goudet J. 2005: Hierfstat, a package for R to compute and test hierarchical F‐statistics. Molecular Ecology Notes 5: 184–186. DOI: 10.1111/j.1471-8286.2004.00828.x.
  • Hamrick J.L., Godt M.J.W. & Sherman-Broyles, S.L. 1992: Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species. New Forests 6: 95–124.
  • Hijmans R.J., Cameron S.E., Parra J.L., Jones P.G. & Jarvis A. 2005: Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas. International Journal of Climatology 25: 1965–1978. DOI: 10.1002/joc.1276
  • Járó Z. 1966: A fafajok hazai elterjedése. In: Babos I., Horváthné Proszt S., Járó Z., Király L., Szodfridt I. & Tóth B. 1966: Erdészeti termőhelyfeltárás és térképezés. Akadémiai Kiadó, Budapest, 136 p.
  • Járó Z. 1972: Az erdészeti termőhelyértékelés rendszere. In: Danszky I. (ed.) 1972: Erdőművelés - Irányelvek, eljárások, technológiák I. – Erdőfelújítás, erdőtelepítés, fásítás. Mezőgazdasági Könyvkiadó Vállalat, Budapest, 53–71.
  • Jombart T. & Ahmed I. 2011: adegenet 1.3-1: new tools for the analysis of genome-wide SNP data. Bioinformatics 27: 3070–3071. DOI: 10.1093/bioinformatics/btr521
  • Kamvar Z.N., Tabima J.F. & Grünwald N.J. 2014: Poppr: an R package for genetic analysis of populations with clonal, partially clonal, and/or sexual reproduction. PeerJ 2: e281. DOI: 10.7717/peerj.281
  • Keresztesi B. 1971: Magyar erdők. Akadémiai Kiadó, Budapest, 79 p.
  • Konar A., Choudhury O., Bullis R., Fiedler L., Kruser J.M., Stephens M.T., Gailing O., Schlarbaum S., Coggeshall M.V., Staton M.E., Carlson J.E., Emrich S. & Romero-Severson J. 2017: High-quality genetic mapping with ddRADseq in the non-model tree Quercus rubra. BMC Genomics (2017) 18: 417. DOI: 10.1186/s12864-017-3765-8
  • Lê S., Josse J. & Husson F. 2008: FactoMineR: an R package for multivariate analysis. Journal of Statistical Software 25(1): 1–18. DOI: 10.18637/jss.v025.i01
  • Li H. 2013: Aligning sequence reads, clone sequences and assembly contigs with BWA-MEM. arXiv preprint arXiv:1303.3997. DOI: 10.48550/arXiv.1303.3997
  • Luu K., Bazin E. & Blum M.G. 2017: pcadapt: an R package to perform genome scans for selection based on principal component analysis. Molecular Ecology Resources 17: 67–77. DOI: 10.1111/1755-0998.12592
  • Machar I., Vlckova V., Bucek A., Vozenilek V., Salek L. & Jerabkova L. 2017: Modelling of Climate Conditions in Forest Vegetation Zones as a Support Tool for Forest Management Strategy in European Beech Dominated Forests. Forests 8(3): 82. DOI: 10.3390/f8030082
  • Majer A. 1972: Célállományok jellemzése. In: Danszky I. (ed.) 1972: Erdőművelés - Irányelvek, eljárások, technológiák I. – Erdőfelújítás, erdőtelepítés, fásítás. Mezőgazdasági Könyvkiadó Vállalat, Budapest, 102–103.
  • Marees A.T., de Kluiver H., Stringer S., Vorspan F., Curis E., Marie‐Claire C. & Derks E.M. 2018: A tutorial on conducting genome‐wide association studies: Quality control and statistical analysis. International Journal of Methods in Psychiatric Research 27: e1608. DOI: 10.1002/mpr.1608
  • Masoudi-Nejad A., Tonomura K., Kawashima S., Moriya Y., Suzuki M., Itoh M. & Goto S. 2006: EGassembler: online bioinformatics service for large-scale processing, clustering and assembling ESTs and genomic DNA fragments. Nucleic Acids Research 34: W459-W462. DOI: 10.1093/nar/gkl066
  • Mátyás Cs. 1999: Molekuláris markerek alkalmazása az erdészeti növények nemesítésében. In: Hajósné Novák M. (ed.): Genetikai variabilitás a növénynemesítésben. Mezőgazda Kiadó, Budapest, 65-78.
  • Móricz N., Rasztovits E., Gálos B., Berki I., Eredics A. & Loibl W. 2013: Modelling the Potential Distribution of Three Climate Zonal Tree Species for Present and Future Climate in Hungary. Acta Silvatica et Lignaria Hungarica 9: 85–96. DOI: 10.2478/aslh-2013-0007 Teljes szöveg
  • Nagy K. (ed.) 2021: Nemzeti szisztematikus erdőleltár. Nemzeti Földügyi Központ, Erdészeti Főosztály, Budapest ISBN 978-615-6287-00-7
  • Nazareno A.G., Bemmels J.B., Dick C.W, & Lohmann L.G. 2017: Minimum sample sizes for population genetics: an empirical study from an Amazonian plant species. Molecular Ecology Resources 17(6): 1136-1147. DOI: 10.1111/1755-0998.12654
  • Nei M. 1973: Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National Academy of Sciences 70:3321-3. DOI: 10.1073/pnas.70.12.3321
  • Petit R.J., Brewer S., Bordács S., Burg K., Cheddadi R., Coart E., Cottrell J., Csaikl U.M., Deans J.D., Fineschi S., Finkeldey R., Glaz I., Goicoechea P.G., Jensen J.S., König A.O., Lowe A.J., Madsen S.F., Mátyás G., Munro R.C., Popescu F., Slade D., Tabbener H., van Dam B., Ziegenhagen B., de Beaulieu J.L. & Kremer A. 2002: Identification of refugia and postglacial colonisation routes of European white oaks based on chloroplast DNA and fossil pollen evidence. Forest Ecology and Management 156(1-3): 49-74. DOI: 10.1016/S0378-1127(01)00634-X
  • Plomion C., Aury J.M., Amselem J., Leroy T., Murat F., Duplessis S. & Lesur I. 2018: Oak genome reveals facets of long lifespan. Nature Plants 4: 440–452. DOI: 10.1111/1755-0998.12425
  • R Core Team 2021: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. URL https://www.R-project.org/.
  • Rafalski J. A. 2002: Novel genetic mapping tools in plants: SNPs and LD-based approaches. Plant Science 162: 329–333. DOI: 10.1016/S0168-9452(01)00587-8
  • Raj A., Stephens M. & Pritchard J.K. 2014: fastSTRUCTURE: variational inference of population structure in large SNP data sets. Genetics 197: 573–589. DOI: 10.1093/genetics/197.2.NP
  • Rasztovits E., Móricz N., Berki I., Pötzelsberger E. & Mátyás Cs. 2012: Evaluating the performance of stochastic distribution models for European beech at low-elevation xeric limits. Időjárás 116(3): 173–194.
  • Robinson J.T., Thorvaldsdóttir H., Winckler W., Guttman M., Lander E.S., Getz G. & Mesirov J.P. 2011: Integrative genomics viewer. Nature Biotechnology 29: 24–26. DOI: 10.1038/nbt.1754
  • Rochette N.C., Rivera‐Colón A.G. & Catchen J.M. 2019: Stacks 2: Analytical methods for paired‐end sequencing improve RADseq‐based population genomics. Molecular Ecology 28: 4737–4754. DOI: 10.1111/mec.15253
  • Rubel F., Brugger K., Haslinger K. & Auer I. 2017: The climate of the European Alps: Shift of very high resolution Köppen-Geiger climate zones 1800–2100. Meteorologische Zeitschrift 26(2): 115–125.
  • Shastry B.S. 2009: SNPs: Impact on Gene Function and Phenotype. In: Komar A.A. (ed.): Single Nucleotide Polymorphisms. Methods in Molecular Biology. Humana Totowa, NJ, 3–4. eBook ISBN: 978-1-60327-411-1
  • Slade D., Kvorc Z.S., Ballian D., Gracan J. & Papes D. 2008: The Chloroplast DNA Polymorphisms of White Oaks of Section Quercus in The Central Balkans. Silvae Genetica 57(1-6): 227-234. DOI: 10.1515/sg-2008-0035
  • Stojanović D.B., Matović B., Orlović S., Kržič A., Trudić B., Galić Z., Stojnić S. & Pekeč S. 2014: Future of the Main Important Forest Tree Species in Serbia from the Climate Change Perspective. South-east European Forestry 5(2): 117–124. DOI: 10.15177/seefor.14-16
  • Title P.O. & Bemmels J.B. 2018: ENVIREM: an expanded set of bioclimatic and topographic variables increases flexibility and improves performance of ecological niche modeling. Ecography 41: 291–307. DOI: 10.1111/ecog.02880
  • Tóth E.G., Köbölkuti Z.A., Cseke K., Kámpel J.D., Takács R., Tomov V.T., Ábrán P., Stojnic S., Vastag E., Mataruga M., Daničić V., Tahirukaj E., Zhelev P., Orlovic S., Benke A. & Borovics A. 2021: A genomic dataset of singlenucleotide polymorphisms generated by ddRAD tag sequencing in Q. petraea (Matt.) Liebl. populations from Central-Eastern Europe and Balkan Peninsula. Annals of Forest Science 78: 43. DOI: 10.1007/s13595-021-01051-6
  • Ujváriné Jármay É. 1988: A nemesítési kutatásokról. Az Erdő 37(10): 436–440. Teljes szöveg
  • Winter D.J. 2017: rentrez: An R package for the NCBI eUtils API. The R Journal 9(2): 520–526. ISSN 2073-4859
  • Wu T.D. & Watanabe C.K. 2005: GMAP: a genomic mapping and alignment program for mRNA and EST sequences. Bioinformatics 21: 1859–1875. DOI: 10.1093/bioinformatics/bti310
  • Xiong S., Hao Y., Rao S., Huang W., Hu B. & Wang Y. 2009: Effects of cutoff thresholds for minor allele frequencies on HapMap resolution: A real dataset-based evaluation of the Chinese Han and Tibetan populations. Chinese Science Bulletin 54: 2069–2075. DOI: 10.1007/s11434-009-0302-4
  • Zanetto A. & Kremer A. 1995: Geographical structure of gene diversity in Quercus petraea (Matt.) Liebl. I. Monolocus patterns of variation. Heredity 75(5): 506–517. DOI: 10.1038/hdy.1995.167

    • Open Acces - Nyílt hozzáférés

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

    Javasolt hivatkozás:

    Benke A., Köbölkuti Z. A., Cseke K., Borovics A. és Tóth E. Gy. (2022): Szárazságtűrésben szerepet játszó SNP-k azonosítása kocsánytalan tölgy populációkban: alapkutatási eredmények a fenntartható tölgygazdálkodásért. Erdészettudományi Közlemények, 12(2): 77-90. DOI: 10.17164/EK.2022.05

    12. évfolyam 2. szám,
    77-90. oldal

    DOI: 10.17164/EK.2022.05

    Közlésre elfogadva:
    2023. január 26.

    Kapcsolódó cikkek
    a folyóiratban

    11

    A szerzők további cikkei a folyóiratban

    9

    Témájukban kapcsolódó cikkek az Erdészettudományi Közleményekben*

  • Németh T. M., Szabó O. és Móricz N. (2021): Fiatal somogyi kocsánytalan tölgyek és csertölgyek szárazságérzékenységének összehasonlító vizsgálata. Erdészettudományi Közlemények, 11(1): 27-40.
  • 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.
  • Mátyás Cs., Kóczán-Horváth A., Antoine K. és Cuauhtémoc S. (2018): Kocsánytalan tölgy populációk fiatalkori magassági növekedése szimulált klímaváltozás hatására, egy származási kísérletsorozatban. Erdészettudományi Közlemények, 8(1): 131-148.
  • Berki I., Móricz N., Rasztovits E., Gulyás K., Garamszegi B., Horváth A., Balázs P. és Lakatos B. (2018): Fapusztulás és gyorsuló növekedés kocsánytalan tölgyeseinkben. Erdészettudományi Közlemények, 8(1): 119-130.
  • Illés G. (2018): A klímaváltozás nyomán bekövetkező fatermésváltozás becslése a kocsánytalan tölgy példáján. Erdészettudományi Közlemények, 8(1): 105-118.
  • Horváth B. (2016): A Soproni-hegyvidék gyertyános-kocsánytalan tölgyes erdeiben előforduló éjszakai nagylepkék állatföldrajzi jellemzői. Erdészettudományi Közlemények, 6(2): 151-159.
  • Bárdos B., Nahóczki L., Molnár D., Frank N., Köveskuti Z. és Folcz Á. (2015): A kocsánytalan tölgy (Quercus petraea (Matt.) Liebl.) vízhajtás-képzésének vizsgálata ernyős felújító vágásokban. Erdészettudományi Közlemények, 5(1): 71-83.
  • Berki I., Rasztovits E. és Móricz N. (2014): Erdőállományok egészségi állapotának értékelése – egy új megközelítés. Erdészettudományi Közlemények, 4(2): 149-155.
  • Bidló A., Szűcs P., Horváth A., Király É., Németh E. és Somogyi Z. (2014): Telepített kocsánytalan tölgy és akác fiatalosok hatása a talaj szénkészletére néhány dunántúli erdőtelepítés példáján. Erdészettudományi Közlemények, 4(2): 121-133.
  • Horváth B. és Lakatos F. (2014): Éjszakai nagylepkék diverzitásának vizsgálata különböző korú gyertyános-kocsánytalan tölgyes erdőállományokban. Erdészettudományi Közlemények, 4(1): 185-196.
  • Czúcz B., Gálhidy L. és Mátyás Cs. (2013): A bükk és a kocsánytalan tölgy elterjedésének szárazsági határa. Erdészettudományi Közlemények, 3(1): 39-53.

    • A szerzők további megjelent cikkei az Erdészettudományi Közleményekben

  • Benke A., Cseke K. és Borovics A. (2011): Dunántúli Leuce nyár populációk genetikai vizsgálata RAPD és cpDNS markerekkel. Erdészettudományi Közlemények, 1(1): 83-93.
  • Cseke K., Benke A. és Borovics A. (2011): Nyár genotípusok azonosítása DNS ujjlenyomatuk alapján. Erdészettudományi Közlemények, 1(1): 107-114.
  • Cseke K., Bordács S. és Borovics A. (2011): Egy elegyes tölgyes taxonómiai és genetikai szerkezetének elemzése. Erdészettudományi Közlemények, 1(1): 95-105.
  • Cseke K., Jobb Sz., Koltay A. és Borovics A. (2014): A tölgypusztulás genetikai szerkezetre gyakorolt hatása. Erdészettudományi Közlemények, 4(2): 135-147.
  • Bordács S., Nagy L., Pintér B., Bach I., Borovics A., Kottek P., Szepesi A., Fekete Z., Wisnovszky K. és Mátyás Cs. (2013): Az erdészeti genetikai erőforrások állapota és szerepe a XXI. század elején Magyarországon. Erdészettudományi Közlemények, 3(1): 21-37.
  • Mátyás Cs. és Borovics A. (2014): „Agrárklíma”. Erdészettudományi Közlemények, 4(2): 7-8.
  • Borovics A., Illés G., Juhász J., Móricz N., Rasztovits E., Nimmerfroh-Pletscher B., Unghváry F., Pintér T., Pödör Z. és Jereb L. (2018): Erdészeti klímaközpont kialakításának szükségessége és lépései. Erdészettudományi Közlemények, 8(2): 5-8.
  • Kollár T. és Borovics A. (2021): A magyarországi hosszú lejáratú erdészeti tartamkísérleti hálózat fenntartásának korszerű irányelvei, adatfeldolgozási módszerei és legfontosabb eredményei. Erdészettudományi Közlemények, 11(2): 95-114.
  • Kocsis Z., Németh G., Börcsök Z., Polgár A., Király É., Kóczán Zs. és Borovics A. (2022): A faipari folyamatok szénlábnyom-elemzéséhez kapcsolódó logisztikai és energiafelhasználási konverziós faktorok megadása. Erdészettudományi Közlemények, 12(1): 57-73.

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