Genomiska metoder inom skogsträdsförädling

Skogsgenomik avser användning av forskningsmetoder som studerar hela arvsmassan vid skogsforskning och i dess tillämpningar. Genomiska metoder har utvecklats med stormsteg de senaste åren och implementeras nu också inom skogssektorn. 

De viktigaste metoderna inom förädlingen av skogsträd är kontrollerad korsning och  avkommetestning, och i dem är det viktigt att man med säkerhet känner till släktskapsförhållandena mellan individerna. Med genomiska metoder kan man snabbt och säkert identifiera släktskapsförhållanden.  Dessutom ger de utslag för genetisk variation som inverkar på tillväxten, kvaliteten, odlingssäkerheten och motståndskraften mot skadeinsekter och sjukdomar samt gör det möjligt att mäta genetisk mångfald.  

Betecknande för de egenskaper som är intressanta med tanke på förädling är att de är multifaktoriella, det vill säga att de är ett resultat av hundratals olika gener, vars exakta läge i dna:t inte alltid är känt. Med genomiska metoder kan man ändå beräkna enskilda individers förädlingsvärde utifrån dna:t. 

Ett genchip (dna-chip) innehåller tusentals kända positionsbestämda variationer i arvsmassan (enbaspolymorfier, SNP). Med ett chip kan man på ett snabbt och kostnadseffektivt sätt identifiera genotypen av hundratals träd i alla dessa positioner. Det finns genchip för till exempel gran och tall. Chippen lämpar sig särskilt väl för barrträden, vars hela arvsmassa är så stor att helgenomsekvensering skulle vara en alltför dyr eller tekniskt komplicerad lösning.  

Helgenomsekvensering innebär bestämning av dna-sekvensen i en individs nästan hela genuppsättning. Tillämpningarna är desamma som för genchip, men precisionen är bättre. Helgenomsekvensering är en lämplig metod för till exempel björk, som har betydligt färre gener är barrträden. 

Helgenomstudie (Genome Wide Association Study, GWAS) är en vanlig metod inom genomiken. Den går ut på att man hos samma individer och familjer analyserar både en egenskap och hela genomsekvensen, eller en del av den, till exempel med ett genchip. I en helgenomstudie kan man identifiera de variationer i arvsmassan som inverkar på den studerade egenskapen. Resultaten hjälper att förstå egenskapens genetiska bakgrund (hur många gener som inverkar på den) och mekanism (genernas molekylära funktion). 

Genredigering är en metod för precisionsmodifiering av dna:t hos en organism med hjälp av guide-RNA och enzym som kan klippa i dna. Metoden har tillämpats inom trädforskning, men genredigerade plantor saluförs inte i Finland. 

Transgena träd kan produceras med gentekniska metoder där dna från andra organismer förs in i genomet. I Finland har man tagit fram transgena björkar och aspar för forskning. Forskningen kring och användningen av transgena träd är strängt reglerad. Transgena plantor finns inte i det skogsodlingsmaterial som används i Finland i dag. 

Förädling utan korsningar (Breeding without Breeding, BwB) är en metod där man inte använder kontrollerade korsningar, utan urvalet görs i befintliga försök som anlagts med fritt pollinerat frö eller i vanliga odlingsbestånd. Man väljer ut individer efter fenotypiska kriterier och fastställer deras släktskapsförhållanden med hjälp av dna-markörer. De utvalda individernas förväntade förädlingsvärden räknas ut utifrån fenotypdata och släktskapsdata. Släktskapsförhållandena kan fastställs mest tillförlitligt då de utvalda individerna härstammar från ett begränsat antal föräldraträd. BwB lämpar sig bäst för situationer där korsningar av en eller annan orsak inte kan genomföras eller inte är motiverade, men det ändå finns lämpliga avkommor för fortsatt urval och tillräckliga resurser för genotypning av dem. 

Med genomiskt urval avses beräkning av förväntade förädlingsvärden och urval utgående från dna-markörer. Metoden används i ökande omfattning inom husdjursavel och förädling av odlingsgrödor.  Den bygger på tusentals dna-markörer, av vilka åtminstone en del är kopplade till gener som styr den egenskap som är föremål för förädlingen. 

För tillämpning av metoden behöver man ett stort antal individer vars dna-genotyp är känd och som har ett förädlingsvärde som räknats ut på vanligt vis utifrån fenotypdata. Förädlingsvärdet för individen fastställs då som summan av dna-markörernas beräknade effekt på förädlingsvärdet, och det kan också räknas fram för individer om vilka endast dna-genotypen är känd.  

Den mest lovande tillämpningen för skogsträd verkar vara komplettering av traditionella förädlingsvärderingar med genomdata. Det är möjligt att få fram exaktare förädlingsvärden genom att de verkliga släktskapsförhållandena mellan träden i urvalspoolen fastställs med en genomisk släktskapsmatris. Förutsättningar för användning av genomiskt urval är bland annat trädslagets biologiska egenskaper, särskilt när det når blomningsålder, samt kostnaderna, logistiken och exaktheten hos genomiskt beräknade prognoser av förädlingsvärdet jämfört med traditionella förädlingsvärderingar. Med tanke på att tillämpa metoden i praktiken finns det problem med alla de här aspekterna.