ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2026.257.107-125isplta-687Research ArticleЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВОFORESTRYДиагностика одно- и двулетних сеянцев карельской березы с помощью молекулярного маркера BpCW1, коррелирующего с признаком «узорчатая древесина»Diagnostics of one- and two-year-old seedlings of curly birch using the molecular marker BPCW1, which correlates with the “patterned wood” traithttps://orcid.org/0009-0001-7015-5230СафронычеваЕ. Д.SafronychevaE. D.

ResearcherID: JNT-0110-2023 

194024, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург 

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

Safronycheva Elizaveta D. – Junior Researcher at the Center for Bioinformatics and Genomic Research; Junior Researcher at the Scientific Research Department of Genetics and Biotechnology

ResearcherID: JNT-0110-2023 

194024. Institute per. 5. St. Petersburg

194021. Institutsky av. 21. St. Petersburg

esafronycheva@mail.ruКаржаевД. С.KarzhaevD. S.

Каржаев Дмитрий Сергеевич – младший научный сотрудник Центра биоинформатики и геномных исследований; научный сотрудник научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологии

194024, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург 

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

Karzhaev Dmitry S. – Junior Researcher at the Center for Bioinformatics and Genomic Research; Researcher at the Scientific Research Department of Genetics and Biotechnology

194024. Institute per. 5. St. Petersburg

194021. Institutsky av. 21. St. Petersburg

karzhaevd@gmail.comВолковВ. А.VolkovV. A.

Волков Владимир Александрович – директор Центра биоинформатики и геномных исследований; научный сотрудник научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологии, кандидат биологических наук

194024, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург 

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

Volkov Vladimir A. – PhD (Biological), Director of the Center for Bioinformatics and Genomic Research; Researcher at the Scientific Research Department of Genetics and Biotechnology

194024. Institute per. 5. St. Petersburg

194021. Institutsky av. 21. St. Petersburg

volj@mail.ruТисМ. В.TisM. V.

Тис Маргарита Витальевна – младший научный сотрудник Центра биоинформатики и геномных исследований; лаборант-исследователь научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологии

194024, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург 

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

Tis Margarita V. – Junior Researcher at the Center for Bioinformatics and Genomic Research; Laboratory Research Assistant at the Scientific Research Department of Genetics and Biotechnology

194024. Institute per. 5. St. Petersburg

194021. Institutsky av. 21. St. Petersburg

margarita.tis@yahoo.comШаршавиковаВ. В.SharshavikovaV. V.

Шаршавикова Вероника Владимировна – лаборант-исследователь научно-исследовательского отдела генетики и биотехнологии

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

Sharshavikova Veronika V. – Laboratory Research Assistant at the Scientific Research Department of Genetics and Biotechnology

194021. Institutsky av. 21. St. Petersburg

veronikasharshavikova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2091-905XВетчинниковаЛ. В.VetchinnikovaL. V.

Ветчинникова Лидия Васильевна – главный научный сотрудник лаборатории лесных биотехнологий Института леса; ведущий научный сотрудник Центра биоинформатики и геномных, доктор биологических наук, доцент

ResearcherID: J-5665-2018 

185910, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск 

194024, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург 

Vetchinnikova Lidya V. – DSc (Biology), Chief Researcher, Laboratory for Forest Biotechnology, Forest Research Institute; Leading Researcher at the Center for Bioinformatics and Genomic Research, Associate Professor

ResearcherID: J-5665-2018 

185910. Pushkinskaya str. 11. Petrozavodsk 

194024. Institute per. 5. St. Petersburg 

vetchin@krc.karelia.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2578-6279ПотокинаЕ. К.PotokinaE. K.

Потокина Елена Кирилловна – профессор, доктор биологических наук

ResearcherID: AAN-1726-2020. Scopus AuthorID: 6603633906

194024, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург 

Potokina Elena K. – DSc (Biological), Professor

ResearcherID: AAN-1726-2020. Scopus AuthorID: 6603633906

194024. Institute per. 5. St. Petersburg 

e.potokina@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0001-8707-7526ЖигуновА. В.ZhigunovA. V.

Жигунов Анатолий Васильевич – заведующий кафедрой лесных культур, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

194024, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург 

Zhigunov Anatolii V. – DSc (Agriculture), Head of the Department of Forest Crops, Professor

194021. Institute per. 5. St. Petersburg 

a.zhigunov@bk.ruСанкт-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 FederationКарельский научный центр РАН ; Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияKarelian Research Center of the RAS ; St.Petersburg State Forest Technical UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияSt.Petersburg State Forest Technical UniversityRussian Federation2026290420261257107125Copyright © Сафронычева Е.Д., Каржаев Д.С., Волков В.А., Тис М.В., Шаршавикова В.В., Ветчинникова Л.В., Потокина Е.К., Жигунов А.В., 20262026Сафронычева Е.Д., Каржаев Д.С., Волков В.А., Тис М.В., Шаршавикова В.В., Ветчинникова Л.В., Потокина Е.К., Жигунов А.В.Safronycheva E.D., Karzhaev D.S., Volkov V.A., Tis M.V., Sharshavikova V.V., Vetchinnikova L.V., Potokina E.K., Zhigunov A.V.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/687

Представлены результаты диагностики карельской березы Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti среди одно- и двулетних сеянцев, полученных в результате свободного опыления деревьев, произрастающих в Ленинградской области на территории Гатчинского постоянного лесосеменного участка. Использование молекулярного маркера BpCW1 позволило уже в первый год жизни выявить среди сеянцев потенциальных носителей узорчатой древесины, хотя ее косвенные признаки внешне проявляются у деревьев в среднем в возрасте 8 лет и позднее. Показано, что у 23 из 95 изученных сеянцев (24%) имеются продукты амплификации (476 п.н. или 476/530 п.н.), свойственные карельской березе. Установлено, что аллель, содержащий делецию, представлен главным образом (91,3%) в гетерозиготном (476/530 п.н.) состоянии и лишь небольшой процент (8,7%) – в гомозиготном (476/476 п.н.), независимо от возраста сеянцев. Количество потенциальных носителей узорчатой древесины среди двулетних сеянцев выше по сравнению с однолетними в 3,6 раза. Высказано предположение, что, небольшая доля растений с узорчатой древесиной в семенном потомстве карельской березы обусловлена, с одной стороны, их происхождением (от свободного опыления), а с другой – спецификой гистогенеза сеянцев в первые два года их развития. Из анализа ростовых показателей следует, что двулетние растения по средним значениям высоты и диаметра существенно превосходят однолетние (в шесть и три раза соответственно). На основании проведенной работы сделан вывод о возможности использования семян от свободного опыления для выращивания посадочного материала карельской березы при условии выявления среди них носителей признака «узорчатая древесина» с помощью молекулярного маркера BpCW1, что в раннем возрасте практически невозможно сделать другими методами, основанными на анализе только внешних (морфологических) или физиолого-биохимических признаков. В дальнейшем этот способ может использоваться как для решения научных задач, так и практического использования.

The results of diagnostics of curly birch (Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti) are presented among one- and two-year-old seedlings obtained as a result of open pollination of trees growing in the Leningrad Region on the territory of the Gatchina PLSU. Using the BpCW1 molecular marker, it was possible to identify potential carriers of figured wood among seedlings already in the first year of life, although its indirect characteristics become apparent in trees on average at the age of 8 years or later. It was shown that 23 of the 95 seedlings studied (24%) contained amplification products (476 bp or 476/530 bp) characteristic of curly birch. It was established that the allele containing the deletion is represented mainly (91.3%) in the heterozygous (476/530 bp) state and only a small percentage (8.7%) in the homozygous (476/476 bp) state, regardless of the age of the seedlings. However, the number of potential carriers of patterned wood is 3.6 times higher among two-year-old seedlings than among one-year-olds. It is hypothesized that the small proportion of plants with patterned wood in the seed progeny of curly birch is due, on the one hand, to their origin (from open pollination) and, on the other, to the specific histogenesis of seedlings during the first two years of their development. Analysis of growth indicators shows that two-year-old plants significantly exceed one-year-olds in average height and diameter (sixfold and threefold, respectively). Based on the conducted work, it is concluded that the use of open-pollinated seeds for growing curly birch planting material is feasible, provided that carriers of the “patterned wood” trait are identified among them using the BpCW1 molecular marker. This is virtually impossible to achieve at an early age using other methods based solely on the analysis of external (morphological) or physiologicalbiochemical characteristics. In the future, this method can be used both for solving scientific problems and for practical use.

карельская березаBetula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahtiсеменное потомстворостузорчатая древесинадиагностикаcurly birchBetula pendula Roth var. carelica (Mercklin) HämetAhtiseed progenygrowthpatterned wooddiagnosticsИсследование выполнено за счет средств Российского научного фонда (проект № 22-16-00096-П «Выявление генетических факторов, контролирующих признак «узорчатость древесины» у карельской березы с использованием высокопроизводительного генотипирования».).ReferencesВетчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская береза – уникальный биологический объект // Успехи современной биологии. 2019. Т. 139, № 5. С. 412-433. DOI: 10.1134/S0042132419050107.Ahokas H. Cytokinins in the spring sap of curly birch (Betula pendula f. carelica) and the non-curly form. J. Plant. Physiol., 1985, vol. 118, pp. 33–39.Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская береза: важнейшие результаты и перспективы исследований. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2021. 243 с.Eglite G.K., Oshkaya V.P. Free amino acids of Karelian birch. Izv. AN Latv. SSR, 1973, no. 1, pp. 15–20. (In Russ.)Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская берёза: загадки остаются // Успехи современной биологии. 2023. Т. 143, № 1. С. 91–104. DOI: 10.31857/S0042132423010118.Ermakov V.I. Mechanisms of adaptation of birch to Northern conditions. Leningrad: Nauka, 1986. 144 p. (In Russ.)Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Кузнецова Т.Ю. Карельская береза: биологические особенности, динамика ресурсов и воспроизводство. Петрозаводск: КарНЦ, 2013. 312 с.Evdokimov A.P. Biology and cultivation of curly birch. Leningrad: LSU, 1989. 228 p. (In Russ.)Ветчинникова Л.В., Жигунов А.В., Гудкова К.А., Савельев О.А. Современное состояние насаждений карельской березы в Ленинградской области // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2024. Вып. 250. С. 46–66. DOI: 10.21266/2079-4304.2024.250.46-66.Galibina N.A., Moshkina E.V., Nikerova K.M., Moschenskaya Y.L., Znamensky S.R. Peroxidase activity as indicator of the degree of figured wood in curly birch. Lesovedenie, 2016, no. 4, pp. 294–304. (In Russ.)Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Сафронычева Е.Д., Жигунов А.В. Особенности роста сеянцев карельской березы, полученных в результате свободного опыления, и выявление среди них носителей признака «узорчатая древесина» с помощью молекулярного маркера BpCW1 // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2025. Вып. 256. С. 397-413. DOI: 10.21266/2079-4304.2025.256.397-413.Gubaev R., Karzhaev D., Grigoreva E., Lytkin K., Safronycheva E., Volkov V., Nesterchuk V., Vetchinnikova L., Zhigunov A., Potokina E. Dissection of figured wood trait in curly birch (Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti) using high-throughput genotyping. Scientific Reports, 2024, vol. 14, pp. 50–58. DOI: 10.1038/s41598-024-55404-y.Галибина Н.А., Мошкина Е.В., Никерова К.М., Мощенская Ю.Л., Знаменский С.Р. Активность пероксидазы как индикатор степени узорчатости древесины карельской березы // Лесоведение. 2016. № 4. С. 294-304.Hynynen J., Niemistö P., Viherä-Aarnio A., Brunner A., Hein S., Velling P. Silviculture of birch (Betula pendula Roth and Betula pubescens Ehrh.) in Northern Europe. Forestry: International Journal of Forest Research, 2010, vol. 83, no. 1, pp. 103-119. DOI: 10.1093/FORESTRY/CPP035.Евдокимов А.П. Биология и культура карельской березы. Л.: ЛГУ, 1989. 228 с.Kosichenko N.E., Shchetinkin S.V. Anatomical structure of artificially induced figured birch wood. Contemporary Problems of Ecological Plant Anatomy. Tashkent, 1987, pp. 122-124. (In Russ.)Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.Lyubavskaya A.Ya. Curly birch. Moscow: Lesnaya Promyshlennost, 1978, 158 p. (In Russ.)Жигунов А.В., Ветчинникова Л.В., Губаев Р.Ф., Каржаев Д.С., Волков В.А., Потокина Е.К. BpCW1 – молекулярный маркер для выявления генотипов карельской березы на ранних стадиях развития. Патент РФ № 2823809. 2024. 7 с.Mamaev S.A. Forms of intraspecific variability of woody plants. Moscow: Nauka, 1973. 284 p. (In Russ.)Косиченко Н.Е., Щетинкин С.В. Анатомическое строение искусственно индуцированной узорчатой древесины березы // Современные проблемы экологической анатомии растений. Ташкент, 1987. С. 122-124.Nikerova K.M., Galibina N.A., Moschenskaya Y.L., Novitskaya L.L., Podgornaya M.N., Sofronova I.N. Participation of catalase and peroxidase in xylogenesis processes in curly birch. Lesovedenie, 2019, no. 2, pp. 115–127. DOI: 10.1134/S0024114819020086. (In Russ.)Любавская А.Я. Карельская береза. М.: Лесная промышленность, 1978. 158 с.Nikolaeva N.N. Formation of leaf apparatus in forms of Betula pendula Roth with different wood texture: author’s abstract. Diss. … Cand. Biol. Sci. St. Petersburg, 2004. 25 p. (In Russ.)Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М.: Наука, 1973. 284 с.Novitskaya L.L. Karelian birch: mechanisms of growth and development of structural anomalies. Petrozavodsk: Verso, 2008. 144 p. (In Russ.)Никерова К.М., Галибина Н.А., Мощенская Ю.Л., Новицкая Л.Л., Подгорная М.Н., Софронова И.Н. Участие каталазы и пероксидазы в процессах ксилогенеза у карельской березы // Лесоведение. 2019. № 2. С. 115-127. DOI: 10.1134/S0024114819020086.Pätiälä R.V. Pirun puristama visakoivu. Suomen Luonto, 1980, vol. 39, no. 1, pp. 3–5.Николаева Н.Н. Формирование листового аппарата у форм березы повислой (Betula pendula Roth) с разной текстурой древесины: автореф. дис. … канд. биол. наук. СПб., 2004. 25 с.Pobirushko V.F. Distribution and variability of curly birch in Belarus. Botanica, 1992, vol. 31, pp. 31-39. (In Russ.)Новицкая Л.Л. Карельская береза: механизмы роста и развития структурных аномалий. Петрозаводск: Verso, 2008. 144 с.Popov V.K., Avramenko R.S., Filonenko E.V. Method for diagnosis of figured wood in curly birch. Patent of Russian Federation No. 2063679. 1996. 5 p. (In Russ.)Побирушко В.Ф. Распространение и изменчивость березы карельской в Беларуси // Ботаника. 1992. Вып. 31. С. 31–39.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.Попов В.К., Авраменко Р.С., Филоненко Е.В. Способ диагностики узорчатой древесины карельской березы. Патент РФ № 2063679. 1996. 5 с.Ryynänen L. Cloning of Betula pendula and Betula pubescens by means of tissue culture. Bulletin of Finnish Forest Research Institute, 1988, no. 304, pp. 24-30.Сакс К.А., Бандер В.Л. Опыт по выращиванию карельской березы в Латвийской ССР // Лесная генетика, селекция и семеноводство. Петрозаводск, 1970. С. 294–300.Saarnio R. Visakoivu – vuoden puu. Dendrologian seuran tiedotuksia, 1980, vol. 11, no. 1, pp. 4-14.Соколов Н.О. Карельская береза. Петрозаводск: Гос. изд. Карело-Финской ССР, 1950. 116 с.Saks K.A., Bander V.L. Experience of cultivating curly birch in Latvian SSR. Forest Genetics, Breeding and Seed Production. Petrozavodsk, 1970, pp. 294-300. (In Russ.)Соколов Н.О. Отбор и выращивание березы карельской в Ленинградской области с использованием самосева // Лесная генетика, селекция и семеноводство. Петрозаводск, 1970. С. 277-281.Shchetinkin S.V. Histogenesis of figured birch wood (Betula pendula Roth var. carelica Merkl. and Betula pendula Roth): author’s abstract. Diss. … Cand. Agr. Sci. Voronezh, 1988. 24 p. (In Russ.)Щетинкин С.В. Гистогенез узорчатой древесины березы (Betula pendula Roth var. carelica Merkl. и Betula pendula Roth.): автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Воронеж, 1988. 24 с.Schetinkin S.V., Schetinkina N.A. On the formation of figured wood in curly birch. Current Problems of Forest Complex: collection of sci. works, 2018, vol. 51, pp. 180-186. (In Russ.)Щетинкин С.В., Щетинкина Н.А. К формированию узорчатой древесины карельской березы // Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. науч. тр. 2018. Вып. 51. С. 180-186.Sokolov N.O. Curly birch. Petrozavodsk: State Publishing House of KarelianFinnish SSR, 1950. 116 p. (In Russ.)Эглите Г.К., Ошкая В.П. Свободные аминокислоты карельской березы // Изв. АН Латв. ССР. 1973. № 1. С. 15–20.Sokolov N.O. Selection and cultivation of curly birch in Leningrad region using self-seeding. Forest Genetics, Breeding and Seed Production. Petrozavodsk, 1970, pp. 277–281. (In Russ.)Ahokas H. Cytokinins in the spring sap of curly birch (Betula pendula f. carelica) and the non-curly form // J. Plant. Physiol. 1985. Vol. 118. P. 33–39.Vetchinnikova L.V., Titov A.F. The Karelian Birch: a Unique Biological Object. Uspekhi sovremennoi biologii, 2019, vol. 139, no. 5, pp. 419–433. DOI: 10.1134/S0042132419050107. (In Russ.)Gubaev R., Karzhaev D., Grigoreva E., Lytkin K., Safronycheva E., Volkov V., Nesterchuk V., Vetchinnikova L., Zhigunov A., Potokina E. Dissection of figured wood trait in curly birch (Betula pendula Roth var. carelica) using high-throughput genotyping // Scientific Reports. 2024. Vol. 14. P. 50-58. DOI: 10.1038/s41598-024-55404-y.Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Curly birch: main results and research perspectives. Petrozavodsk: Karelian Research Centre of RAS, 2021. 243 p. (In Russ.)Hynynen J., Niemistö P., Viherä-Aarnio A., Brunner A., Hein S., Velling P. Silviculture of birch (Betula pendula Roth and Betula pubescens Ehrh.) in Northern Europe // Forestry: International Journal of Forest Research. 2010. Vol. 83. No. 1. P. 103–119. DOI: 10.1093/FORESTRY/CPP035.Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Curly Birch: Some Secrets Remain. Uspekhi sovremennoi biologii, 2023, vol. 143, no. 1, pp. 91–104. DOI: 10.31857/S0042132423010118. (In Russ.)Pätiälä R. V. Pirun puristama visakoivu // Suomen Luonto. 1980. Vol. 39, no. 1. P. 3–5.Vetchinnikova L.V., Titov A.F., Kuznetsova T.Yu. Curly birch: biological characteristics, resource dynamics, and reproduction. Petrozavodsk: KarNC, 2013. 312 p. (In Russ.)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 // Journal of Oil Palm Research. 2006. Vol. 18. P. 296-304.Vetchinnikova L.V., Zhigunov A.V., Gudkova K.A., Savelyev O.A. Contemporary state of curly birch plantations in Leningrad region. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, 2024, iss. 250, pp. 46–66. DOI: 10.21266/2079- 4304.2024.250.46-66. (In Russ.)Ryynänen L. Cloning of Betula pendula and Betula pubescens by means of tissue culture // Bulletin of the Finnish Forest Research Institute. 1988. No. 304. P. 24–30.Vetchinnikova L.V., Titov A.F., Safronycheva E.D., Zhigunov A.V. Features of growth of curly birch seedlings obtained by open pollination and identification of carriers of figured wood trait using molecular marker BpCW1. Izvestia SanktPeterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii, 2025, iss. 256, pp. 397-413. DOI: 10.21266/2079-4304.2025.256.397-413. (In Russ.)Saarnio R. Visakoivu – vuoden puu // Dendrologian seuran tiedotuksia. 1980. Vol. 11, no. 1. P. 4–14.Zhigunov A.V., Vetchinnikova L.V., Gubaev R.F., Karzhaev D.S., Volkov V.A., Potokina E.K. BpCW1 - molecular marker for early identification of curly birch genotypes. Patent of Russian Federation No. 2823809. 2024. 7 p. (In Russ.)

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