Диагностика одно- и двулетних сеянцев карельской березы с помощью молекулярного маркера BpCW1, коррелирующего с признаком «узорчатая древесина»

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.

1. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская береза – уникальный биологический объект // Успехи современной биологии. 2019. Т. 139, № 5. С. 412-433. DOI: 10.1134/S0042132419050107.

2. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская береза: важнейшие результаты и перспективы исследований. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2021. 243 с.

3. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская берёза: загадки остаются // Успехи современной биологии. 2023. Т. 143, № 1. С. 91–104. DOI: 10.31857/S0042132423010118.

4. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Кузнецова Т.Ю. Карельская береза: биологические особенности, динамика ресурсов и воспроизводство. Петрозаводск: КарНЦ, 2013. 312 с.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Евдокимов А.П. Биология и культура карельской березы. Л.: ЛГУ, 1989. 228 с.

9. Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.

10. 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.

11. Косиченко Н.Е., Щетинкин С.В. Анатомическое строение искусственно индуцированной узорчатой древесины березы // Современные проблемы экологической анатомии растений. Ташкент, 1987. С. 122-124.

12. Любавская А.Я. Карельская береза. М.: Лесная промышленность, 1978. 158 с.

13. Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М.: Наука, 1973. 284 с.

14. 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.

15. 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.

16. Новицкая Л.Л. Карельская береза: механизмы роста и развития структурных аномалий. Петрозаводск: Verso, 2008. 144 с.

17. Побирушко В.Ф. Распространение и изменчивость березы карельской в Беларуси // Ботаника. 1992. Вып. 31. С. 31–39.

18. Попов В.К., Авраменко Р.С., Филоненко Е.В. Способ диагностики узорчатой древесины карельской березы. Патент РФ № 2063679. 1996. 5 с.

19. Сакс К.А., Бандер В.Л. Опыт по выращиванию карельской березы в Латвийской ССР // Лесная генетика, селекция и семеноводство. Петрозаводск, 1970. С. 294–300.

20. Соколов Н.О. Карельская береза. Петрозаводск: Гос. изд. Карело-Финской ССР, 1950. 116 с.

21. Соколов Н.О. Отбор и выращивание березы карельской в Ленинградской области с использованием самосева // Лесная генетика, селекция и семеноводство. Петрозаводск, 1970. С. 277-281.

22. 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.

23. 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.

24. Эглите Г.К., Ошкая В.П. Свободные аминокислоты карельской березы // Изв. АН Латв. ССР. 1973. № 1. С. 15–20.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. Pätiälä R. V. Pirun puristama visakoivu // Suomen Luonto. 1980. Vol. 39, no. 1. P. 3–5.

29. 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.

30. 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.

31. Saarnio R. Visakoivu – vuoden puu // Dendrologian seuran tiedotuksia. 1980. Vol. 11, no. 1. P. 4–14.