Wpływ działalności antropogenicznej na obecną strukturę genetyczną populacji drzew leśnych

• Authors: Justyna Anna Nowakowska

Title variants

EN

Antropogenic influence on the present genetic structure of forest tree populations

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

Działalność człowieka od zawsze miała wpływ na skład gatunkowy i strukturę genetyczną gatunków tworzących ekosystem leśny. Wyniki badań DNA potwierdzają wpływ obecnej i przeszłej gospodarki leśnej na obecny poziom zmienności genetycznej populacji drzew leśnych. Analiza molekularna pozwala określić pokrewieństwo genetyczne gatunków drzew leśnych, umożliwia badanie przepływu genów między pokoleniami, oraz odzwierciedla historię polodowcowej migracji gatunków z refugiów południowej Europy do Polski. Dzięki markerom DNA można precyzyjnie odróżnić mieszańce gatunkowe np. modrzewia japońskiego i europejskiego. Porównanie profili DNA kradzionego drzewa z pniakiem pozostawionym w lesie, dostarcza mocnych dowodów w sprawach dotyczących nielegalnego handlu drewnem. Genetyczna transformacja genomu drzew pozwala uzyskać drewno o zmienionej strukturze lignin, oraz zwiększoną asymilację CO2 w liściach. Modyfikacje genetyczne zmierzają też w kierunku wzmocnionej odporności hodowanych gatunków drzew na patogeny grzybowe lub szkodniki owadzie oraz na środki ochrony roślin na plantacjach drzew szybkorosnących GMO.

EN

Human activity has always had an impact on the species composition and genetic structure of species that make up the forest ecosystem. The results of DNA-based studies confirm the influence of current and past forest management on the current level of genetic variability of forest tree populations. Molecular analysis enables the study of gene flow between generations and reflects the history of post-glacial migration of species from southern refugia of Europe to Poland. Thanks to DNA markers, it is possible to precisely distinguish species hybrids, e.g. between Japanese and European larches. In timber trade market, the comparison of the DNA profiles of a stolen tree with a stump left in the forest provides strong evidence in judiciary pursuits concerning the illegal logging. Genetic transformation of the tree genome allows to obtain wood with altered lignin structure, higher increment and increased assimilation of CO2 in the leaves. Genetic modifications are also aimed at enhanced immunity of cultured tree species to fungal pathogens or insect pests and to plant protection products on fast-growing GMO trees.

Keywords

PL

drzewa leśne; markery DNA; inżynieria genetyczna; gospodarka leśna; drzewa leśne; markery DNA; inżynieria genetyczna; gospodarka leśna

EN

forest trees; DNA markers; genetic engineering; forest management

• Publisher: Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie
• Journal: Studia Ecologiae et Bioethicae
• Year: 2018
• Volume: 16
• Issue: 3
• Pages: 63-71

Dates

published

2018-09-30

Contributors

author

Justyna Anna Nowakowska

References

• Almeida A. M., Silva A. B., Arau S. S., Cardoso L. A., Santos D. M., Torne J. M. Silva J. M., M. J. Paul, Fevereiro P. S., 2007, Responses to water withdrawal of tobacco plants genetically engineered with the AtTPS1 gene: a special reference to photosynthetic parameters, Euphytica, vol. 154, 113–126.
• Bennett M. D., Leitch I. J., Price H. J., Johnston J. S., 2003, Comparisons with Caenorhabditis (∼100 Mb) and Drosophila (∼175 Mb) using flow cytometry show genome size in Arabidopsis to be ∼157 Mb and thus ∼25% larger than the Arabidopsis genome initiative estimate of ∼125 Mb, Annals of Botany, vol. 91(5), 547-557.
• Bradshaw, H. D., Ceulemans, R., Davis, J., Stettler, R., 2000, Emerging model systems in plant biology: poplar (Populus) as a model forest tree, Journal of Plant Growth Regulation, vol. 19(3), 306-313.
• Bräutigam K., Vining K. J., Lafon-Placette C., Fossdal C. G., Mirouze M., Marcos J. G., Fluch S., Fraga M. F., Guevara M. Á., Abarca D., Johnsen O., Maury S., Strauss S. H., Campbell M. M., Rohde A., Díaz-Sala C., Cervera M. T., 2013, Epigenetic regulation of adaptive responses of forest tree species to the environment. Ecology and evolution, vol. 3(2), 399-415.
• Campbell M. M., Brunner A. M., Jones H. M., Strauss S. H., 2003, Forestry’s fertile crescent: the application of biotechnology to forest trees, Plant Biotechnology Journal, vol. 1, 141-154.
• Celiński K., Pawlaczyk E., Wojnicka-Półtorak A., Chudzińska E., Prus-Głowacki W., 2013, Cross-species amplification and characterization of microsatellite loci in Pinus mugo Turra, Biologia, vol. 68(4), 621-626.
• Chomicz E., Nowakowska J.A., Tereba A., 2015, Forest decline has not reduced genetic diversity of naturally regenerated Norway spruce from the Beskids, Poland, Silvae Genetica, vol. 64(5/6), 270-278.
• Chudzinska E., Pawlaczyk E. M., Celinski K., Diatta J., 2014, Response of Scots pine (Pinus sylvestris L.) to stress induced by different types of pollutants–testing the fluctuating asymmetry, Water and environment journal, vol. 28(4), 533-539.
• Craft K. J., Owens J. D., Ashley A. V., 2007, Application of plant DNA markers in forensic botany: Genetic comparison of Quercus evidence leaves to crime scene trees using microsatellites, Forensic Science International, vol. 165, 64-70.
• García-Gil M. R., Floran V., Östlund L., Gull B. A., 2015, Genetic diversity and inbreeding in natural and managed populations of Scots pine, Tree Genetics & Genomes, vol. 11(2), 28.
• Hu W. J., Harding S. A., Lung J., Popko J. L., Ralph J., Stokke D. D., Tsai C. J., Chiang V. L., 1999, Repression of lignin biosynthesis promotes cellulose accumulation and growth in transgenic trees, Nature Biotechnology, vol. 17, 808-812.
• Jagielska A., 2008, Zastosowanie markerów genetycznych w identyfikacji gatunkowej modrzewia europejskiego (Larix decidua Mill.) i japońskiego (Larix kaempferi Sorg.) oraz ich mieszańców, Leśne Prace Badawcze, vol. 69(1), 21-25.
• Jouanin L., Goujon T., de Nadai V., Martin M.-T., Mila I., Vallet C. Pollet B., Yoshinaga A., Chabbert B., Petit-Conil M., Lapierre C., 2000, Lignification in transgenic poplars with extremely reduced caffeic acid O-methyltransferase activity, Plant Physiology, vol. 123, 1363-1374.
• Kellison R., 2007, Value-added products from forest biotechnology, Euphytica, vol. 154, 279-288.
• Kellison R. C., Balocchi C. E., Valenzuela S., Rodriguez J., 2007, Forest biotechnology: an extension of tree improvement, International Journal of Biotechnology, vol. 9, 448-459.
• Konecka A., Tereba A., Bieniek J., Nowakowska J. A., 2018, Porównanie zmienności genetycznej pokolenia matecznego i sztucznie wyhodowanego potomstwa sosny zwyczajnej na podstawie analiz DNA, Sylwan, vol. 162(1), 32-40.
• Naydenov K., Senneville S., Beaulieu J., Tremblay F., Bousquet J., 2007, Glacial variance in Eurasia: mitochondrial DNA evidence from Scots pine for a complex heritage involving genetically distinct refugia at mid-northern latitudes and in Asia Minor, BMC Evolutionary Biology, vol. 7(1), 233.
• Nowakowska J., 2004, Zastosowanie roślin transgenicznych w leśnictwie – perspektywy i zagrożenia, Biotechnologia, vol. 3(66), 78-86.
• Nowakowska J. A., Borys M., Oszako T., 2013, Detection of Heterobasidion annosum (s. str.) and H. parviporum in infected Picea abies (L. Karst.) stumps based on DNA analysis, Problems of Forensic Sciences, vol. 93, 465-480.
• Nowakowska J. A., Pasternak T., 2014, Zastosowanie analiz DNA drewna w postępowaniu karnym, wyd. CILP, Warszawa.
• Nowicka A., Ukalska J., Simińska J., Szyp-Borowska I., 2013, Characterization and mapping of QTL used in breeding of Scots pine (Pinus sylvestris L.), Folia Forestalia Polonica Seria A-Forestry, vol. 55(4), 168-173.
• Orlikowski L. B., Oszako T., Ptaszek M., 2011, Zagrożenie szkółek leśnych przez gatunki Phytophthora, Sylwan, vol. 155(5), 322-329.
• Petit R. J., Brewer S., Bordács S., Burg K., Cheddadi R., Coart E., Cottrell J., Csaikl U. M., van Dam B., Deans J. D., Espinel S., 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., Taurchini D., de Vries S. G. M., Ziegenhagen B., Beaulieu J. L., Kremer A., 2002, Identification of refugia and post-glacial colonization routes of European white oaks based on chloroplast DNA and fossil pollen evidence, Forest Ecology Management, vol. 156, 49-74.
• Polok K., Zwijacz-Kozica T., Zieliński R., 2016, Weryfikacja pochodzenia drzewiastych form kosodrzewiny na terenie Tatrzańskiego Parku Narodowego na podstawie polimorfizmu miejsc insercji transpozonów, Sylwan, vol. 160(7), 573-581.
• Sperisen C., Büchler U., Mátyás G., 1998, Genetic variation of mitochondrial DNA reveals subdivision of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.), in: Karp A., Isaac P. G., Ingram D. S. (eds.) “Molecular tools for screening biodiversity”, Springer, Dordrecht, 413-417.
• Sanford J. C., 1990, Biolistic plant transformation, Physiologia Plantarum, vol. 79(1), 206-209.
• Stein A. J., Rodríguez-Cerezo E., 2010, Low-level presence of new GM crops: an issue on the rise for countries where they lack approval, AgBioForum, vol. 13(2), 173-182.
• Strauss S. H., Campbell M. M., Pryor S. N., Coventry P., Burley J., 2001, Plantation certification and genetic engineering: FSCs ban on research is counterproductive, Journal of Forestry, vol. 99(12), 4-7.
• Tereba A., Woodward S., Konecka A., Bieniek J., Nowakowska J. A., 2017, Analysis of the DNA profile of ash (Fraxinus excelsior L.) to provide evidence of illegal logging, Wood Science and Technology, vol. 51(6), 1377-1387.
• Wachowiak W., Prus-Głowacki W., 2008, Hybridisation processes in sympatric populations of pines Pinus sylvestris L., P. mugo Turra and P. uliginosa Neumann, Plant Systematics and Evolution, vol. 271(1-2), 29-40.
• Wójkiewicz B., Litkowiec M., Wachowiak W., 2016, Contrasting patterns of genetic variation in core and peripheral populations of highly outcrossing and wind pollinated forest tree species, AoB Plants, vol. 8.
• Vornam B., Kuchma O., Kuchma N., Arkhipov A., Finkeldey R., 2004, SSR markers as tools to reveal mutation events in Scots pine (Pinus sylvestris L.) from Chernobyl, European Journal of Forest Research, vol. 123(3), 245-248.
• Zimin A., Stevens K. A., Crepeau M. W., Holtz-Morris A., Koriabine M., Marçais G., Neale D. B., 2014, Sequencing and assembly of the 22-Gb loblolly pine genome, Genetics, vol. 196(3), 875-890.
• EU Forest Law Enforcement, Governance and Trade Action Plan (FLEGT), http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:52003DC0251, dostęp 28.05.2018.
• FAO. 2004, Preliminary review of biotechnology in forestry, including genetic modification. Forest Genetic Resources Working Paper FGR/59E. www.fao.org/docrep/008/ae574e/ae574e00.htm, dostęp 28.05.2018.

Identifiers

DOI

10.21697/seb.2018.16.3.06