Genom modřínu odhaluje tajemství adaptace na změnu klimatu | Věda na Sibiři

Vědci získali data o genetické struktuře populací sibiřského modřínu na Uralu a Sibiři a objevili genetické mechanismy, které pomáhají modřínu adaptovat se na podmínky prostředí. Získaná data mohou pomoci zachovat rostlinné populace během klimatických změn. Výsledky studie byly publikovány v časopise Contemporary Problems of Ecology.

Modřín sibiřský (Larix sibirica Ledeb.) je jedním z klíčových druhů sibiřských boreálních lesů, jehož dřevo svými vlastnostmi předčí mnoho jiných jehličnatých druhů. Má vysoký ekologický a ekonomický význam. Velmi zajímavý je široký areál rozšíření modřínu sibiřského, který zahrnuje jak tundrové zóny na severu, tak lesní a lesostepní zóny Altaje a Sajanů na jihu. Modřín je také považován za jeden z nejslibnějších druhů pro umělé zalesňování a zalesňování. Genetické studium tohoto druhu je však komplikováno obrovskou velikostí jeho genomu: genetický kód je tvořen asi 12 miliardami nukleotidových párů – to je čtyřikrát více než u lidí. V poslední době se díky vývoji vysoce výkonných sekvenčních metod staly takové studie dostupnými a umožňují nám analyzovat velkou sadu genů a jejich interakcí.

Specialisté z Federálního výzkumného centra „Krasnojarské vědecké centrum Sibiřské pobočky Ruské akademie věd“ společně s kolegy ze Sibiřské federální univerzity a Ústavu rostlinné a živočišné ekologie Uralské pobočky Ruské akademie věd (Jekatěrinburg) studovali genetickou strukturu populací sibiřského modřínu rostoucích v různých zeměpisných šířkách s kontrastními klimatickými podmínkami. Vědci identifikovali genetické markery adaptace modřínu na podmínky prostředí.

Práce byla provedena s využitím klimatických dat, jako je průměrná roční teplota, vlhkost, rychlost větru a osvětlení. Tyto ukazatele se v různých oblastech biotopu modřínu značně liší: blíže k severním hranicím se délka teplého období a denního světla výrazně zkracuje, zatímco na jihu je deficit vláhy a sucha nejsou neobvyklá. Bylo provedeno hledání genů zapojených do lokální adaptace – vývoje těch adaptací, které pomáhají stromu přežít v nejobtížnějších přírodních a klimatických podmínkách.

Za tímto účelem bylo na základě genomu sibiřského modřínu, který dříve získali krasnojarští vědci, částečně sekvenováno 125 modřínů ze Sibiře a Uralu. Porovnáním stromů rostoucích v různých zeměpisných šířkách na západním a východním území se vědcům podařilo najít několik variací v genomu, které s vysokou mírou pravděpodobnosti vysvětlují, jak se modřín přizpůsobil různým životním podmínkám.

Vědci objevili dvacet jedna genetických variací, které mohou souviset s odolností vůči stresu a adaptabilitou na určité podmínky prostředí. Většina z nich se nachází v mitochondriálním genomu. Právě mitochondriální geny hrají rozhodující roli v lokální adaptaci rostlin na různé podmínky prostředí. Genetická analýza také ukázala, že analyzované populace sibiřského modřínu ze západního území jsou rozmanitější než populace z východního. U západní populace je také výraznější souvislost mezi genetickými rozdíly mezi populacemi modřínu a vzdáleností mezi jejich oblastmi pěstování a klimatickými podmínkami v těchto oblastech.

„Nalezli jsme devět jednonukleotidových polymorfismů, které jsou předmětem selekce, jejichž výskyt v populaci není neutrálně rozložen. Kromě toho bylo identifikováno 12 potenciálně adaptivních polymorfismů spojených s variabilitou faktorů prostředí. Využití genomických dat nám umožňuje získat přesnější obraz genetické struktury populací sibiřského modřínu a identifikovat nové genetické markery pro studium adaptace tohoto druhu na měnící se podmínky. Tyto informace jsou užitečné pro vývoj strategií pro zachování a obnovu rostlinných populací v kontextu klimatických změn a antropogenního dopadu,“ uvedla Serafima Valeryevna Novikovová, mladší výzkumná pracovnice Laboratoře genomického výzkumu a biotechnologie Kolského vědeckého centra SB RAS.

Výzkum byl podpořen Ruským fondem pro základní výzkum (projekt č. 19-04-00964).

Skupina vědeckých komunikací Federálního výzkumného centra sibiřské pobočky Ruské akademie věd

Popis modřínu

Larch – dlouhověký strom, který je na jaře pokrytý smaragdově zbarveným jehličím a na podzim je shazuje, protože se již z měkce zelené zbarvil do žluté.

Modřín je vysoký a mohutný strom vysoký 45-50 m, jehož kmen, překvapivě rovný, může dosáhnout průměru více než 1 metr. Jehličí je ploché, měkké a ne příliš dlouhé. Jehličí se nachází jednotlivě na starých výhonech a ve svazcích na mladých. Kuželovitá koruna mladých stromů se s věkem mění – obrysy šišky se rozmazávají a strom se stává rozložitým. Větve se od kmene rozprostírají téměř vodorovně. Jednotlivé stromy mají rozložitější korunu než ty, které rostou v hustých lesích, jež mají úzkou korunu díky vysoko vztyčeným větvím.

Modřín plodí šiškami různého pohlaví až po dosažení věku 12–15 let. Kvetení a rašení listů začíná současně, koncem dubna – začátkem května.

Samčí šišky jsou žluté nebo červené klásky. Dozrávají v září a otevírají se na jaře nebo v létě, aby uvolnily pyl. Již prázdné a suché mohou zůstat na větvích dlouho, často až do dalšího semenného roku, který se opakuje každé 3–5 let.

Samičí šišky jsou větší než samčí, válcovitého tvaru. Zpočátku jsou červené, růžové nebo zelené, po opylení zhnědnou. K opylování dochází na jaře nebo v létě, v závislosti na klimatických podmínkách regionu.

Modřín milující světlo a rychle rostoucí má silný rozvětvený kořenový systém, boční kořeny mu dodávají odolnost vůči větru. Je nenáročný, mrazuvzdorný, může růst jak v bažinaté, vlhké půdě, tak i v kamenité půdě. Cítí se skvěle na horských svazích a v oblastech s permafrostem.

Kůra tohoto mohutného stromu může dosáhnout tloušťky 10 cm.

Průměrná délka života stromů je 300-400 let, ale v přírodě se vyskytují i modříny, jejichž věk tato čísla dvakrát překračuje.

Druhy modřínů

Věda zná více než 20 druhů modřínu. Nejběžnější jsou tyto druhy:

Roste v západní a východní Sibiři. Větve jsou umístěny kolmo ke kmeni a na koncích se ohýbají nahoru. Má obzvláště cenné dřevo odolné proti opotřebení, na rozdíl od modřínů rostoucích v relativně teplých oblastech.

Běžný na Dálném východě a v Číně. Nejodolnější a nejodolnější druh s krátkými jehličími dlouhými 3 cm. Roste dobře i v bažinatých oblastech a na místech s chudou půdou.

Roste v Japonsku a Koreji. Modrozelené jehličí dosahuje délky 5 cm. Má tenkou kůru na kmeni a silnou kůru na větvích a má ráda jílovitou a hlinitou půdu.

Roste v chladných oblastech Evropy, na svazích Alp a Karpat. Největší druh dosahuje výšky 50 metrů. Hustota dřeva je menší než u jeho sibiřského příbuzného.

Rostoucí zeměpis

Modřín je rozšířený ve východní Sibiři a na Dálném východě. Jeho biotop zahrnuje Kanadu a severovýchod Spojených států, smíšené lesy severní a západní Evropy a svahy Alp a Karpat.

Dřevěný majetek

Modřín je cenná dřevina a je vynikající surovinou pro výrobu řeziva.

Modřín se v zimě kácí, protože právě tehdy se strom opatrně zbavuje vlhkosti, aby při příchodu mrazu nepraskl.

Modřínové dřevo má příjemnou červenou barvu, je trvanlivé, odolné vůči mechanickým nárazům a hnilobě. Díky své hustotě má nízkou absorpci vlhkosti, vlhkost je 82 %.

Zatímco pobyt ve vodě má negativní vliv na jiné druhy dřeva, modřín se při kontaktu s vlhkostí pouze zpevní. Důvodem je pryskyřice, která prostupuje celým kmenem modřínu.

Po řezu má kmen stromu jasný a kontrastní pruhovaný vzor složený z letokruhů, což zvyšuje jeho jakostní vlastnosti a dekorativnost. Výrobci nábytku si modřínu pro tuto krásnou texturu velmi váží, ačkoli jeho vysoká hustota ztěžuje mechanické zpracování materiálu.

Pryskyřice má antiseptické vlastnosti, které umožňují dřevu odolávat houbovým infekcím, plísním a hmyzím škůdcům. Tyto vlastnosti dřeva minimalizují použití chemických ochranných prostředků.

Kde se modřín používá?

Modřínové dřevo lze popsat třemi slovy: pevnost, krása a dlouhá životnost. Všechny výše uvedené výhody dřeva řadí modřín do kategorie elitních stavebních materiálů.

Díky své odolnosti a pevnosti je modřínové dřevo nepostradatelným materiálem pro pražce a piloty, telegrafní sloupy a hydraulické konstrukce. Schopnost odolávat ničivým účinkům vody, zejména slané vody, přispívá k širokému využití modřínu při stavbě dřevěných lodí.

Modřínové dřevo se od nepaměti používá ke stavbě domů a kostelů. Díky své vysoké požární odolnosti a nízké tepelné vodivosti se zdá, že modřín byl stvořen samotnou přírodou pro použití při stavbě lidských obydlí.

Je nenahraditelný při interiérových i exteriérových úpravách, při stavbě koupelen, saun, teras, altánů, při výrobě dveří, schodů, okenních rámů a nábytku.

Pod ochranným nátěrem se obsah vlhkosti modřínového dřeva nemění, což umožňuje jeho použití na parkety.

Modřín se také používá k vytápění, protože dřevo při spalování uvolňuje hodně tepla.

Vlastnosti zpracování dřeva

Zpracování dřeva probíhá v několika fázích:

1. Sklizeň – čištění kmene od kůry a větví;
2. Řezání klád;
3. Sušení

Všechny výhody modřínu, které z něj činí vysoce kvalitní dřevo, způsobují určité potíže při zpracování.

• Pryskyřice, která modřín činí pevným, ztěžuje jeho řezání: silně se zpryskyřicí zbarví a řezný nástroj selhává. Obsah pryskyřice ve dřevě je 22,6 %.
• Modřín je náchylný k rychlému smršťování – během atmosférického sušení dřevo praská a deformuje se. A dlouhodobé sušení za nízkých teplot vede ke ztrátě krásné barvy a ztmavnutí dřeva. Proto se proces provádí ve speciálních komorách se senzory, které řídí teplotu, vlhkost a další nezbytné podmínky pro kvalitní sušení řeziva;
• Rozdíl mezi hustotou běli a jádrového dřeva je také jedním z problematických bodů při zpracování dřeva. Nejčastěji se tento problém řeší odstraněním běli;
• Modřín je obtížně lepitelný druh dřeva a má ve srovnání s jinými jehličnany nejnižší lepicí schopnost.

Modřín, zástupce čeledi borovicových, se stal symbolem spolehlivosti, vznešenosti a krásy. Příjemná jehličnatá vůně, mikroklima vytvořené fytoncidy vyzařovanými modřínem, šetrnost k životnímu prostředí – to vše je příjemným bonusem k bezvadné kvalitě výrobků vyrobených z tohoto nádherného stromu.