Naučni pristup projekta MyGardenOfTrees

Dizajn "raspoređenih testova provenijencija" projekta MyGardenOfTrees. Seme će se sakupljati sa nekoliko lokacija u arealu vrsta (izvori semena) i rasporediti na stotine malih testnih lokacija. Ovaj primer se odnosi na bukvu (Fagus spp.), a ne stvarne lokacije izvora semena i mesta testiranja.

Pročitajte više (namenjeno naučnicima)

Zašto participativni naučni pristup?

Kako se organizmi prilagođavaju okruženju je osnovno pitanje u evolucionoj biologiji i od najveće je važnosti imajuću u vidu pretnje klimatskih promena. Identifikovanje ključnih osobina uključenih u proces adaptacije i razumevanje njihove interakcije međusobno i sa životnom sredinom je posebno bitno za temeljne vrste i vrste bitne za proizvodnju resurse, kao što je šumsko drveće. Postojeći eksperimenti koji procenjuju lokalnu adaptaciju odlikuju se nedovoljnom predvidljivošću u prirodnom okruženju, posebno kada je reč o marginalnim vrstama. Studije genomike životne sredine mogle bi otkriti adaptivne lokuse u različitim gradijentima životne sredine, ali im otežavaju pretpostavke o neutralnom modelu i visoko poligenskoj prirodi većine osobina. Da bi se rešili ovi nedostaci, MyGardenOfTrees će biti prvi eksperiment koji se odnosi na širok raspon vrsta i koristi participativni naučno-istraživački pristup i genomiku da: (i) otkrije glavne obrasce i pokretače adaptacije i (ii) izgradi model predviđanja za odabir optimalnih izvora semena za date lokacije koje predstavljaju interakciju gen-staništa i demografiju.

Mreža učesnika, stručnjaka u šumarstvu, radi na uspostvljanju velikog broja (otprilike 500 za tri godine) malih testnih lokacija, nazvanih mikro-vrt. Da bi se procenile performanse biljaka u novim klimatskim uslovima, baštenske lokacije će takođe pokrivati lokacije van trenutnog dometa distribucije vrste, posebno prema višim nadmorskim visinama i geografskim širinama. Učesnici prihvataju angažman u sledećih 5 godina; ovaj projekat će se iz tog razloga uglavnom fokusirati na praćenje i analizu ranih osobina preživljavanja i rasta, koje su pod najvećim pritiskom selekcije drveća. Ipak, učesnici će biti ohrabreni da čuvaju i prate svoje drveće van vremenskog okvira ovog projekta.

Obrazloženje projekta

Stručnjaci u šumarstvu vekovima sprovode testove provenijencija (videti Rečnik pojmova). Cilj tih testiranja je praćenje i poređenje rasta različitih vrsta i provenijencija na određenoj lokaciji. Rezultati testiranja koriste se za pomoć pri odabiru prilikom sadnje i pošumljavanja. U ovim testiranjima, vrste i provenijencije ocenjuju se samo u specifičnim (često idealnim) uslovima i ne mogu se primeniti na stvarne uslove u šumi. Pored navedenog, testovi provenijencija često se sprovode na sadnicima iz rasadnika, te se ne mogu dobiti prave informacije vezane za prirodnu obnovu šuma.

Projekat MyGardenOfTrees pokušava obezbediti rešenje za nevedene nedostatke uspostavljanjem mreže od stotinu malih testova provenijencija, tzv. mikro-vrtova (videti Rečnik pojmova). Osnovna prednost navedenog pristupa je mogućnost testiranja mnogih kombinacija genetskog porekla i uslova u staništu. Imajući u vidu da se sprovođenje provenijencija procenjuje u širokom rasponu oblasti, rezultati istraživanja se mogu primeniti na velikim prostornim skalama.

Kako izgledaju mikro-vrtovi?

Mikro-vrtovi se uspostavljaju iz semena sakupljenog direktno iz šume, a taj pristup je poznat kao direktna setva (videti Rečnik pojmova). Svaki mikro-vrt sadrži 100 tzv. setvenih mesta (tačaka) koje sadrže po 10 semenki pažljivo odabranih provenijencija, čiji izbor se temelji na faktorskom dizajnu eksperimenta. Seme je zaštićeno posebno kreiranim štitnicima semena kako bi se sprečio pristup predatora i kako bi se izbegla kontaminacija šume stranim semenom.

Mikro-vrt u Francuskoj

Pročitajte više (namenjeno naučnicima)

Zašto participativni naučni pristup?

Kako se organizmi prilagođavaju okruženju je osnovno pitanje u evolucionoj biologiji i od najveće je važnosti imajuću u vidu pretnje klimatskih promena. Identifikovanje ključnih osobina uključenih u proces adaptacije i razumevanje njihove interakcije međusobno i sa životnom sredinom je posebno bitno za temeljne vrste i vrste bitne za proizvodnju resurse, kao što je šumsko drveće. Postojeći eksperimenti koji procenjuju lokalnu adaptaciju odlikuju se nedovoljnom predvidljivošću u prirodnom okruženju, posebno kada je reč o marginalnim vrstama. Studije genomike životne sredine mogle bi otkriti adaptivne lokuse u različitim gradijentima životne sredine, ali im otežavaju pretpostavke o neutralnom modelu i visoko poligenskoj prirodi većine osobina. Da bi se rešili ovi nedostaci, MiGardenOfTrees će biti prvi eksperiment koji se odnosi na širok raspon vrsta i koristi participativni naučno-istraživački pristup i genomiku da: (i) otkrije glavne obrasce i pokretače adaptacije i (ii) izgradi model predviđanja za odabir optimalnih izvora semena za date lokacije koje predstavljaju interakciju gen-staništa i demografiju.

Schematic view of a micro-garden

Zašto participativni naučni pristup?

Nijedan naučni tim nema kapacitet upravljanja mrežom od stotinu mikro-vrtova širom Evrope. Iz tog razloga projekat MyGardenOfThrees koristi participativni naučni pristup, istovremeno omogućavajući stručnjacima iz šumarstva da prate procese klijanja, preživljavanja i rasta različitih provenijencija i da zajedno sa izuzetnim naučnim naporima pronađu prikladne provenijencije za pošumljavanje na mestima koja su osetljiva na klimatske promene. Podaci se prikupljaju pomoću obrazaca, koji su deo besplatne aplikacije ODK Collect/Enketo, i na taj način su direktno povezani sa našom bazom podataka.

Pročitajte više (namenjeno naučnicima)

Može li participativni naučni pristup obezbediti kvalitetne rezultate zapažanja?

Da bi se uspešno implementirao participativni naučni pristup, potrebno je obezbediti odgovarajuću ciljanu grupu koja će učestvovati u projektu. Slična metodologija je već primenjivana u poljoprivredi, kada su poljoprivrednici testirali otpornost različitih sorti povrća i useva na klimatske promene. Od poljoprivrednika je očekivano da sprovedu eksperimente useva za uzgoj u klimatskim promenama, a na taj način su stekli nova saznanja i motivaciju. Šumsko drveće ima karakteristike i useva i divljih vrsta što ih čini idealnim organizmima za projekat evaluacijske prirode sa participativnim naučno-istraživačkim pristupom. Šumama se uglavnom gazduje te su veštački obnovljene, no većina populacije šumskog drveća se smatra prirodnom ako se posmatra evolucijska i ekološka perspektiva. Širom Evrope radi veliki broj obrazovanih stručnjaka u šumarstvu koji su motivisani za učešće u ovom eksprmentalnom projektu.

Drugi aspekt uspešnog participativnog naučnog pristupa jeste standardizovan način prikupljanja podataka. Zahvaljujući obrascu upitnika koji je kreirao naš tim naučnika, a koji je prilagođen korisnicima dostupnim preko aplikacija (ODK Collect [Android] / Enketo [sve platforme]), svi podaci imaju istu formu i pripremljeni su za bazu podataka koja će se dalje koristiti.

Više informacija:

van Etten, J. et al. 2019. Crop variety management for climate adaptation supported by citizen science. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 116, 4194–4199.
Isaac, M. E. & Martin, A. R. 2019. Accumulating crop functional trait data with citizen science. Scientific Reports 9, 1–8.

Zašto baš ove vrste?

Projekat MyGardenOfTrees proučava nekoliko provenijencija obične jele (Abies alba Mill.) i obične bukve (Fagus sylvatica L.). Obe vrste su poreklom iz Evrope i ekološkog i ekonomskog aspekta su izuzetno važne za evropke šumske ekosisteme. Projekat MyGardenOfTrees takođe istražuje mediteranske i orijentalne srodne vrste, kao što su orijentalna bukva (Fagus sylvatica subsp. orientalis (Lipsky) Greuter & Burdet) i kavkaska jela (Abies nordmanniana). Ako se utvrdi da je njihov učinak bolji, stručnjaci u šumarstvu mogu da razmotre unos ovih vrsta kroz planove upravlja pomoću potpomognute migracije (videti Rečnik pojmova).

Površina obične jele i obične bukve u Evropi i na Bliskom Istoku.

Pročitajte više (namenjeno naučnicima)

Zašto MyGardenOfTrees proučava baš ove vrste?

I jela i bukva su izuzetno interesantne sa aspekta klimatskih promena jer su otpornije na sušu od ostalih dominantnih šumskih vrsta drveća, poput smrče (Picea abies). Međutim, obe vrste imaju nekoliko srodnih mediteranskih i orijentalnih vrsta i podvrsta koje imaju veću genetsku raznolikost od naših evropskih vrsta. Upravo je genetska raznolikost osnova priligađavanja i otpornosti, te uključivanje ovih vrsta u naša testiranja doprinosi novim saznanjima sa ciljem kreiranja programa potpomognute migracije u Evropi. Posebno ćemo proučavati orijentalnu bukvu (Fagus sylvatica subsp. orientalis (Lipsky) Greuter & Burdet), koja obično ima hibride sa evropskom bukvom u njihovim kontaktnim zonama, kao što su Bugarska i Grčka, ali i na veštačko zasađenim lokacijama orijentalne bukve na zapadu Evrope.

Više informacija:

Vitali, V., Büntgen, U. & Bauhus, J. Silver fir and Douglas fir are more tolerant to extreme droughts than Norway spruce in south-western Germany. Global Change Biology 23, 5108–5119 (2017).
Vitasse, Y. et al. Contrasting resistance and resilience to extreme drought and late spring frost in five major European tree species. Global Change Biology 25, 3781–3792 (2019).

Zašto rezultatima opažanja testiranja dodajemo podatke iz oblasti genomike?

Različite provenijencije ili populacije, širom različitih oblasti, imaju zajedničku istoriju: svi predstavljaju potomke jedne populacije predaka koja je postojala u poršlosti. Tokom procesa kolonizacije sadašnjih staništa, populacije su počele da se razlikuju jedna od druge, što je vidljivo u podacima iz njihovih genoma. Neke od tih razlika su slučajne, imajući u vidu da se u svakoj generaciji razmnožava konačan broj jedinki, dok su druge razlike rezultat prirodne selekcije. Projekat MyGardenOfThrees prikuplja genomske podatke kako bi se ustanovila razlika između ovih procesa, što će dalje biti potrebno za analizu zapažanja iz mikro-vrta.

Pročitajte više (namenjeno naučnicima)

Alat za predviđanje kreiran od strane našeg naučnog tima

Zapažanja iz stotine mikro-vrtova širom Evrope kombinovaće se zajedno sa podacima iz oblasti genomike kako bi se dobili opšti zaključci o prilagođenosti provenijencija na klimatske promene. Projekat MyGardenOfThrees kreiraće alat za predviđanje, u formi web aplikacije za stručnjake u oblasti šumarstva, kako bi im se olakšao odabir najboljeg semena za sadnju u njihovom okruženju. Za tim projekta MyGardenOfThrees izuzetno je važno da svi učesnici projekta učešćem steknu određenu dodatnu vrednost.

Pročitajte više (namenjeno naučnicima)

Integrisanje genetsko-stanišnih interakcija u alat za predviđanje

Podaci o sadnicima sa gotovo potpunim faktorskim dizajnom dobijeni sa oblasti testiranja projekta MyGardenOfThrees koristiće se u modelu predviđanja genoma (PG) koji istražuje genetsku sličnost između populacija i sličnosti uslova staništa lokacija mikro-vrtova. Novi alat se može koristiti za predviđanje performansi novih (genotip) populacija koje nisu testirane ni u jednom staništu. Novi alat može da savlada dve glavne prepreke postojećih modela. Postojeći okviri predviđanja za procenu rizika povezanih sa klimatskim promenama za šumsko drveće bazirani su na klimatskim podacima i iz tog razloga pretpostavljau lokalno prilagođavanje (modeli distribucije vrsta ili funkciije prenosa klime). Često se zapostvaljaju uloge nepredviđenih situacija, iako se uočava da različiti sojevi imaju različite fenotipove, na primer obrazac rasta. Drugo, postojeći modeli baziraju se na proizvodnim svojstvima, dok se rana svojstva zanemaruju. Iz tog razloga će novi alat biti primeren za donošenje odluka o tome treba li razmotriti potpomognutu migraciju ili će prirodno obnavljanje biti dovoljno, a doprineće donošenju odluka o obnovi šuma direktnom setvom. Direktna setva bi mogla da dobije na značaju u budućnosti, imajući u vidu smanjen obim prirodnog obnavljanja šuma. Direktna setva takođe može biti efiksan alat za ublažavanje rizika povezanih sa esktremnim procesima poput pretvaranja čistih sastojina u mešovite čime se povećava njihova raznolikost i otpornost.

Više informacija:

Crossa, J. et al. 2017. Genomic selection in plant breeding: methods, models, and perspectives. Trends in Plant Science 22, 961–975.
Resende, R.T. et al. 2021. Enviromics in breeding: applications and perspectives on envirotypic-assisted selection. Theoretical and Applied Genetics 134, 95–112.

Finansiranje

Report abuse