生物學：遺傳行為揭示了楊樹對生態系統和工業至關重要的作用！
研究一種有價值但易受傷害的楊樹種的科學家已經確定了導致該物種無法抵抗普遍致命疾病的遺傳機制。發表在“美國國家科學院院刊”上的這一發現可能會導致更成功的雜交楊樹品種，以增加生物燃料和林業生產，並保護本地樹木免受感染。
由美國能源部橡樹嶺國家實驗室和俄勒岡州立大學與美國能源部聯合基因組研究所和喬治亞大學共同領導的研究小組分析了被稱為Septoria病原體感染的純種黑楊木楊樹的遺傳反應。Septoria在樹幹和樹枝表面造成無法治癒的潰瘍或傷口，並在生長週期的早期殺死樹木。
“自20世紀初以來，工業界一直試圖種植楊樹的雜交品種- 包括穿過東部棉花和黑楊木製成的楊樹- 以生產生長速度更快的樹木，他們對許多地方種植的雜交楊樹的早期死亡感到困惑。該研究的主要作者是ORNL生物能源創新中心的Wellington Muchero說。
雜交品種具有經濟價值，因為它們的生長速度比純物種快三倍。如果雜交的楊樹存活下來，它們可以大大提高高價值，生物衍生材料，生物燃料和林業產品的生產，如紙漿和紙張，木材和單板。
黑色楊木楊樹原本生長在美國太平洋西北地區的河流系統中，那裡的Septoria尚未成為威脅。“我們的研究揭示了黑棉花的雙重打擊，”植物微生物界面專家Muchero說。“由於病原體在其原生地區並不普遍，這些樹木使它們的遺傳抗性機制分崩離析而沒有任何後果。”
黑楊木楊樹易受稱為Septoria的病原體的影響，導致潰瘍病或傷口在莖和枝上生長。科學家已經發現了導致樹無法抵抗普遍和致命疾病的遺傳行為。
“令人驚訝的是，我們發現導致易感性的基因在整個物種範圍內廣泛流行，”俄勒岡州立大學森林病理學高級作者兼助理教授Jared M. LeBoldus說。“如果在太平洋西北地區引入Septoria，這種抗性下降和易感性可能對生態系統有害。”
為了繪製黑色棉白楊的遺傳行為，俄勒岡州科學家使用數字圖像和疾病嚴重程度的測量結果評估了超過3,000種單獨的黑色三葉楊，以便對Septoria潰瘍病敏感。
ORNL科學家使用計算資源結合基因組測序和美國能源部聯合基因組研究所提供的超過一千個基因組的分析，這些基因組幫助識別每個黑色楊木中的抗性和易感基因。然後，研究小組在2800萬個已知突變的數據集和楊樹的遺傳譜之間進行了搜索，以確定哪些樹與那些預計對Septoria具有抗性或易感性的樹排成一行。
“在數十億次計算中，我們發現突變與疾病的抵抗或易感性一致，”Muchero說。“在ORNL，我們可以證明我們的結果在現實世界的田間條件下得以保持，並且來自西海岸的大多數黑棉花不能容忍Septoria病原體。”
然而，結果還確定了對該疾病具有抗性的單個樹木，可用於開發用於商業生產的抗性雜交種，以及為保護太平洋西北地區生態系統免受Septoria蔓延的干預策略提供信息。
Muchero和LeBoldus說，這項研究支持了國家科學院，工程和醫學院特設委員會發起的挑戰，以調查生物技術應對森林健康的潛力。
他們補充說：“基因研究可以幫助科學家和林業專家為病原體進入生態系統做好準備，幾乎沒有任何警告，並採用接種方法，並可能使有風險的物種免於被消滅。”
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