ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2024.251.229-244isplta-430Research ArticleЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВОFORESTRYИспользование KASP- и HRM-маркеров для выявления полиморфизмов, влияющих на адаптивные признаки сосны и елиApplication of KASP and HRM markers for detecting polymorphisms affecting adaptive traits in Scots pine and Norway sprucehttps://orcid.org/0000-0002-2933-4456ВолковВ. А.VolkovV. A.

ВОЛКОВ Владимир Александрович – директор центра биоинформатики и геномных исследований; научный сотрудник научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологий, кандидат биологических наук

194021, Институтский пер., д 5, лит. У, Санкт-Петербург

194021, Институтский пр., д. 21, Санкт-Петербург

VOLKOV Vladimir. A. – PhD (Biological), Director of the Center for Bioinformatics and Genomic Research; researcher of the Research Department of Genetics and Biotechnology

194021. Institute per. 5. Let. U. St. Petersburg

194021. Institutskiy av. 21. St. Petersburg

vol-j@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2444-9502КаржаевД. С.KarzhaevD. S.

КАРЖАЕВ Дмитрий Сергеевич – младший научный сотрудник центра биоинформатики и геномных исследований, аспирант СПбГЛТУ; младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологий

194021, Институтский пер., д. 5, лит. У, Санкт-Петербург

194021, Институтский пр., д. 21, Санкт-Петербург 

KARZHAEV Dmitry S. – junior researcher at the Centre for Bioinformatics and Genomic Research, PhD student of SPbFTU; junior researcher of the Research Department of Genetics and Biotechnology

194021. Institute per. 5. Let. U. St. Petersburg

194021. Institutskiy av. 21. St. Petersburg

karzhaevd@gmail.comСафронычеваЕ. Д.SafronychevaE. D.

САФРОНЫЧЕВА Елизавета Дмитриевна – младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологий

194021, Институтский пр., д. 21, Санкт-Петербург

SAFRONYCHEVA Elizaveta D. – Junior researcher of the Research Department of Genetics and Biotechnology

194021. Institutskiy av. 21. St. Petersburg

esafronycheva@mail.ruТисМ. В.TisM. V.

ТИС Маргарита Витальевна – лаборант-исследователь научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологий

194021, Институтский пр., д. 21, Санкт-Петербург

TIS Margarita V. – Research assistant of the Research Department of Genetics and Biotechnology

194021. Institutskiy av. 21. St. Petersburg

ЧухланцеваК. В.ChukhlantsevaK. V.

ЧУХЛАНЦЕВА Ксения Витальевна – лаборант-исследователь научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологий

194021, Институтский пр., д. 21, Санкт-Петербург

CHUKHLANTSEVA Ksenia V. – Research assistant of the Research Department of Genetics and Biotechnology

194021. Institutskiy av. 21. St. Petersburg

ШаршавиковаВ. В.SharshavikovaV. V.

ШАРШАВИКОВА Вероника Владимировна – лаборант-исследователь научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологий

194021, Институтский пр., д. 21, Санкт-Петербург

SHARSHAVIKOVA Veronika V. – Research assistant of the Research Department of Genetics and Biotechnology

194021. Institutskiy av. 21. St. Petersburg

ПотокинаЕ. К.PotokinaE. K.

ПОТОКИНА Елена Кирилловна – ведущий научный сотрудник научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологий, доктор биологических наук

194021, Институтский пр., д. 21, Санкт-Петербург

POTOKINA Elena K. – DSc (Biological), Senior researcher of the Research Department of Genetics and Biotechnology

194021. Institutskiy av. 21. St. Petersburg

e.potokina@yahoo.comСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова; Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйстваРоссияSt.Petersburg State Forest Technical University; Saint-Petersburg Forestry Research InstituteRussian FederationСанкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйстваРоссияSaint-Petersburg Forestry Research InstituteRussian Federation2024280120250251229244Copyright © Волков В.А., Каржаев Д.С., Сафронычева Е.Д., Тис М.В., Чухланцева К.В., Шаршавикова В.В., Потокина Е.К., 20252025Волков В.А., Каржаев Д.С., Сафронычева Е.Д., Тис М.В., Чухланцева К.В., Шаршавикова В.В., Потокина Е.К.Volkov V.A., Karzhaev D.S., Safronycheva E.D., Tis M.V., Chukhlantseva K.V., Sharshavikova V.V., Potokina E.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/430

Изменение климатических условий оказывает значительное влияние на лесные экосистемы, особенно на хвойные породы, такие как сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) и ель европейская (Picea abies), которые составляют основу лесов умеренной зоны. Адаптация этих видов к новым экологическим условиям требует учета генетической изменчивости ключевых адаптивных признаков. Настоящее исследование направлено на изучение однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) в генах-кандидатах, регулирующих фотопериодическую реакцию и циркадные ритмы, которые играют важную роль в физиологических процессах деревьев. В работе описываются разработка и тестирование молекулярных маркеров, основанных на методах KASP (Kompetitive Allele Specific PCR) и HRM (High Resolution Melting), для массового генотипирования деревьев. Были идентифицированы SNP в генах фоторецепторов PhyO и CRY1, а также в генах фотопериодической реакции PRR1 и PRR7. Аллельный полиморфизм этих генов демонстрирует географическую клинальность, что свидетельствует об их значительной роли в адаптации деревьев к широтным изменениям фотопериода и температурным градиентам. Результаты исследования подтверждают эффективность методов KASP и HRM для генотипирования, что позволяет использовать разработанные маркеры для мониторинга генетического разнообразия популяций и отбора наиболее адаптивных генотипов в селекционных программах. Такие подходы обеспечивают использование генетически приспособленного посадочного материала в лесовосстановительных мероприятиях, что особенно актуально в условиях меняющегося климата.

Climate change significantly impacts forest ecosystems, particularly coniferous species such as Scots pine (Pinus sylvestris) and Norway spruce (Picea abies), which form the basis of temperate forests. The adaptation of these species to new environmental conditions necessitates consideration of the genetic variability of key adaptive traits. This study investigates single nucleotide polymorphisms (SNPs) in candidate genes that regulate photoperiodic response and circadian rhythms, which are critical to tree physiological processes. The research describes the development and testing of molecular markers based on KASP (Kompetitive Allele Specific PCR) and HRM (High Resolution Melting) methods for high-throughput genotyping. SNPs were identified in the photoreceptor genes PhyO and CRY1 and the photoperiodic response genes PRR1 and PRR7. These polymorphisms exhibit geographic clinality, highlighting their significant role in tree adaptation to latitudinal gradients of light and temperature conditions. The findings confirm the efficiency of KASP and HRM methods for genotyping, enabling the use of these markers for monitoring genetic diversity and selecting resilient genotypes in breeding programs. Such approaches ensure the integration of genetically adapted planting material into reforestation efforts, which is particularly relevant in the context of changing climate conditions.

сосна обыкновеннаяель европейскаяоднонуклеотидные полиморфизмымолекулярные маркерыKASPHRMфотопериодическая реакцияциркадные ритмыгенетическое разнообразиеадаптивные признакилесовосстановлениеклиматические измененияScots pineNorway sprucesingle nucleotide polymorphismsmolecular markersKASPHRMphotoperiodic responsecircadian rhythmsgenetic diversityadaptive traitsreforestationclimate changeИсследование выполнено за счет средств федерального бюджета в рамках государственного задания ФБУ «СПбНИИЛХ» (№ 053-00012-24-00).ReferencesКоролева Т.С., Константинов А.В., Шунькина Е.А. Угрозы и социальноэкономические последствия изменения климата для лесного сектора // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2015. № 3. С. 55-71.Chen J., Källman T., Ma X., Gyllenstrand N., Zaina G., Morgante M., Bousquet J., Eckert A., Wegrzyn J., Neale D., Lagercrantz U., Lascoux M. Disentangling the roles of history and local selection in shaping clinal variation of allele frequencies and gene expression in Norway spruce (Picea abies). Genetics, 2012, vol. 191, no. 3, pp. 865–881.Chen J., Källman T., Ma X., Gyllenstrand N., Zaina G., Morgante M., Bousquet J., Eckert A., Wegrzyn J., Neale D., Lagercrantz U., Lascoux M. Disentangling the roles of history and local selection in shaping clinal variation of allele frequencies and gene expression in Norway spruce (Picea abies) // Genetics. 2012. Vol. 191, no. 3. P. 865–881.Chen J., Tsuda Y., Stocks M., Källman T., Xu N., Kärkkäinen K., Huotari T., Semerikov V.L., Vendramin G.G., Lascoux M. Clinal variation at phenology-related genes in spruce: parallel evolution in FTL2 and Gigantea. Genetics, 2014, vol. 197, no. 3, pp. 1025–1038.Chen J., Tsuda Y., Stocks M., Källman T., Xu N., Kärkkäinen K., Huotari T., Semerikov V.L., Vendramin G.G., Lascoux M. Clinal variation at phenology-related genes in spruce: parallel evolution in FTL2 and Gigantea // Genetics. 2014. Vol. 197, no. 3. P. 1025–1038.Koroleva T.S., Konstantinov A.V., Shun’kina E.A. Threats and socio-economic impacts of climate change for the forest sector. Proceedings of the Saint Petersburg Forestry Research Institute, 2015, no. 3, pp. 55-71. (In Russ.)Kujala S.T., Savolainen O. Sequence variation patterns along a latitudinal cline in Scots pine (Pinus sylvestris): signs of clinal adaptation? // Tree Genetics & Genomes. 2012. Vol. 8. P. 1451–1467.Kujala S.T., Savolainen O. Sequence variation patterns along a latitudinal cline in Scots pine (Pinus sylvestris): signs of clinal adaptation? Tree Genetics & Genomes, 2012, vol. 8, pp. 1451–1467.Rahimah A.B., Cheah S. C., Rajinder S. Freeze-drying of oil palm (Elaeis guineensis) leaf and its effect on the quality of extractable DNA // J. Oil Palm Res. 2006. Vol. 18. P. 296–304.Rahimah A.B., Cheah S.C., Rajinder S. Freeze-drying of oil palm (Elaeis guineensis) leaf and its effect on the quality of extractable DNA. J. Oil Palm Res., 2006, vol. 18, pp. 296–304.Ranade S.S., García-Gil M. R. Molecular signatures of local adaptation to light in Norway spruce // Planta. 2021. Vol. 253. P. 1–18.Ranade S.S., García-Gil M.R. Molecular signatures of local adaptation to light in Norway spruce. Planta, 2021, vol. 253, pp. 1–18.Ranade S.S., García-Gil M. R. Clinal variation in PHY (PAS domain) and CRY (CCT domain)—Signs of local adaptation to light quality in Norway spruce // Plant, Cell & Environment. 2023. Vol. 46, no. 8. P. 2391–2400.Ranade S.S., García-Gil M.R. Clinal variation in PHY (PAS domain) and CRY (CCT domain)—Signs of local adaptation to light quality in Norway spruce. Plant, Cell & Environment, 2023, vol. 46, no. 8, pp. 2391–2400.Rweyongeza D.M., Yeh F.C., Dhir N.K. Genetic parameters for bud flushing and growth characteristics of white spruce seedlings // Silvae Genetica. 2010. Т. 59, no. 1–6. P. 151–158.Rweyongeza D.M., Yeh F.C., Dhir N.K. Genetic parameters for bud flushing and growth characteristics of white spruce seedlings. Silvae Genetica, 2010, Т. 59, no. 1–6, pp. 151–158.Way D.A., Oren R. Differential responses to changes in growth temperature between trees from different functional groups and biomes: a review and synthesis of data // Tree physiology. 2010. Vol. 30, no. 6. P. 669–688.Way D.A., Oren R. Differential responses to changes in growth temperature between trees from different functional groups and biomes: a review and synthesis of data. Tree physiology, 2010, vol. 30, no. 6, pp. 669–688.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.