Projekt 151-175

Författare: Sara von Arnold, Jens Sundström, David Clapham SLU och Curt Almqvist, Skogforsk

Våra barrträd genomgår en lång ungdomstid innan de naturligt börjar sätta kottar. För gran är denna ungdomsperiod 20-25 år och för tall 8-20 år. Detta gör att kottsättningen är en flaskhals som gör det omöjligt att bedriva förädlingen med en optimal generationstid med hänsyn tagen till både genetisk vinst och diversitet. För att effektivisera förädlingsarbetet är det viktigt att kunna stimulera träden att sätta kottar tidigt och för att kunna garantera hög och kontinuerlig produktion av frö i fröplantagerna är det viktigt med regelbunden och riklig kottsättning
När det gäller att åstadkomma tidig kottsättning är detta liktydigt med att tidigare¬lägga fasövergången mellan den juvenila, blomningsinkompetenta fasen och den mogna, blomningskompetenta fasen (t.ex. Robinson & Wareing 1969, Hackett 1985, Poethig 1990). Denna juvenila fas är för tall 8-20 år och för gran 20-25 år (se sammanställning i Almqvist & Ekberg 2000). Fasövergången sker sannolikt i skottens apikala meristem (celldelningszoner). Detta kan tolkas så att det är de kontinuerliga celldelningarna i det apikala meristemet som utgör den mekanism som driver mognadsprocessen framåt (Greenwood & Hutchison 1993). Ju högre cell¬delnings¬aktivitet desto snabbare uppnås den blomnings¬kompetenta fasen. Ur en förädlares synpunkt är det inte nödvändigt att verkligen uppnå en permanent övergång till den blomningskompetenta fasen, dvs. att plantorna blommar ”av sig själva” under naturliga förhållanden. Det som behövs är att man genom en korrekt behandling av plantmaterialet kan driva mognadsprocessen tillräckligt långt för att plantorna skall svara på en blomnings-stimulerande behandling. Det är också viktigt att de kottar som bildas producerar frö av hög kvalité.
Acroconagran är en genetisk varietet av vanlig gran. Dess vetenskapliga namn är Picea abies var. acrocona och i plantskolorna kallas den kottegran. Denna mutant sätter kott mycket mer regelbundet än vanlig gran och den bildar honkottar på toppskottet där normala granar aldrig anlägger kottar. Egenskapen att blomma tidigt överförs till avkomman och fröförökade acroconagranar har rapporterats blomma tidigt, redan vid fem års ålder (Fladung 1999).

Långsiktigt mål

1. Att identifiera gener som hos barrträd reglerar övergången från den juvenila, blomnings-inkompetenta fasen till den mogna, blomnings¬kompetenta fasen.
2. Att studera hur blomningsstimulering med bl.a. GA4/7 påverkar gen¬ut¬trycket hos blomningsgener.
3. Att fastställa att de identifierade generna är viktiga för trädens blomings¬kompetens.
4. Att utarbeta ympningsmetoder för tidig och riklig kottsättning.
5. Att utveckla metoder för att stimulera kottsättning i förädlingsprogrammet och stimulera   regelbunden och intensiv kottsättning i fröplantager. Metoderna ska vara praktiskt möjliga att integrera i Skogforsks förädlings- och förökningsprogram.

Mål för pilotprojektet

• Att odla upp plantor från inavelskorsningar av Acroconagran i fytotronen och i växthus.
• Att karaktärisera dessa plantors utveckling och fenologi under de första växtsäsongerna.
• Att samla in och lagra prover för senare analyser då vi vet i vilken grad av extrem tidighet i blomning respektive planta uppvisar.

Slutsats
Vi kan genom att inavla Acroconagranar få fram frön, vilka inom ett år (tre tillväxtperioder i fytotronen) växer upp till kottbärande plantor.
Vi kan inte identifiera de plantor som kommer att blomma tidigt på deras fenologi under de två första tillväxtperioderna. Identifiering kan endast göras när de reproduktiva knopparna har bildats.

154 Selektiv fröskörd i äldre klontester

Författare: Karl-Anders Högberg, Skogforsk

Projektets syfte
Testa en möjlighet att få ett förbättrat frömaterial av gran genom att skörda selektivt i äldre klontester.

Resultat
I normalfallet samlades kottar från två träd per klon in, men i några fall endast från ett träd/klon och i ytterligare några fall tre eller fyra träd/klon. Antalet insamlade kottar per klon varierade från 9 till 29. Minst 100 frön erhölls från alla kloner utom två och genomsnittet landade på över 250 frön/klon. Detta motsvarar ungefär 125 frön per träd. Skillnaderna i fröskörd mellan grupperna var små.
Etableringen av fältförsöken har gått mycket bra. Planteringsårets väderlek var gynnsam för plantetableringen och tillsammans med bekämpningsåtgärder mot snytbagge och vegetation blev avgången det första året minimal. Totalt registrerades endast 2 döda plantor av sammanlagt 923 inventerade i enträdsparcellerna. Två plantor bedömdes vara mycket svaga och 20 plantor bedömdes vara i något nedsatt kondition. Flerträdsparcellerna inventerades inte, men avvek inte från enträdsparcellerna i synintryck.
Höjdmätningen i försök 1404 visade att plantornas tillväxt varit förhållandevis god med en medelhöjd av samtliga mätta plantor på 39,9 cm. En tydlig trend förelåg mot att plantor från klonerna i Askenäsförsöket hade en högre medelhöjd än mätarsorterna. Undantaget var plantorna från Bredinge, vars höjd var i paritet med de utvalda halvsyskongrupperna. Signifikanta skillnader kunde påvisas och i absoluta tal rör det sig om en knapp decimeter lägre plantor för mätarsorterna (exklusive Bredinge).

Diskussion
Kottskörden från de utvalda klonerna blev begränsad och med ett genomsnitt på 125 frön per träd kan inte en skörd, så som den gjorts i den här studien, räcka för massförökning genom fröplantor. Om klontesten gallras och om man då gynnar de bästa klonerna blir en skörd naturligtvis större, men det är sannolikt att man i vilket fall som helst måste tillämpa vegetativ förökning för att tillgodogöra sig genetiska vinster i massförökning. Möjligen kan man komma upp i stora frömängder vid en slutavverkning efter ett mycket bra blomningsår.
Resultatet i överlevnad och vitalitet måste anses vara mycket bra och förutsättningarna för lyckade försök är goda. Skillnaderna i planthöjd efter en säsong mellan materialgrupperna går inte att dra några stora växlar på eftersom odlingen i plantskolan betyder mycket för resultatet. Det kan möjligen tyckas överraskande att plantage Maglehem skiljer sig så pass mycket från Bredinge och inte alls från mätarsorterna. Skillnader kan dock ha uppstått i plantodlingen, samplet är litet och flera års tillväxt återstår innan det går att dra slutsatser från försöken. Att de tre materialgrupperna från Askenäsförsöket inte skiljer sig åt mer kan ha samma förklaring, men här finns andra faktorer som kan vara med och spela in, såsom okänt faderskap och icke-additiva genetiska effekter. Återigen får slutsatser vänta tills försöken växt ett antal år i fält.
Försökens grundsyfte är att undersöka i vad mån gamla klontester kan fungera som kompletterande frökällor i utbudet av förädlat granmaterial. Det blir mycket spännande att följa utvecklingen ur denna synvinkel.
Försöken kommer också att tjäna som demonstrationsförsök av några olika förädlingsnivåer med praktiskt tillgängliga plantmaterial.
Till sist kan nämnas att försöken också kan vara en möjlighet att testa hur förädling utan kontrollerade korsningar skulle kunna fungera. Bland plantorna finns de med toppkloner som fäder och i takt med att klonidentifiering med DNA-teknik blir allt billigare kan faderskapsbestämning i efterhand bli ett alternativ till kontrollerade korsningar. Materialet passar i detta sammanhang bra för sådana undersökningar.

 

162 Test av genetisk markörbaserad selection I tallförädlingen (Testing for MAS value in Pinus sylvestris breeding)

Författare: Rosario Garcia Gil, SLU

Results:
1.- Due to the fast advances of the high-throughput sequencing and genotyping
methodologies, the original plan of genotyping only few candidate genes was extended to
the much more ambitious and more powerful approach of Genorne Wide Selection
(GWS). In this new approach, all the genorne (instead of few candidate genes) is
analyzed for a c}ense set of random markers. In conifers, this approach has never been
applied before so the first step was to develop the kind of markers suitable to perform
GWS analysis. The new markers are called complexity reduction genomic markers and
are bas ed on random mutations spread in the low complexity part of the genorne (genes
and intergene regions). For its development we built up a genomic library on DNA
digested with restriction enzymes sensitive to methylation (do not cut the more complex
part of the genorne that way getting rid off it) that way we avoided the high complexity
part of the genorne which is believed to be composed ofretrotransposons (Gymny,
Gypsy ... ). The development of this novel and complex methodology has consumed most
of the funding. However, we think that the positive results that came out justify the effort
(Whetten et al., in preparation). Now we are designing the next step which will be to
genotype the whole pedigree and search for association with growth. The growth curves
were reconstructed in aparallel project also funded by Föreningen Skogsträdsförädling
(ChunKao et al., 2009). Provided we will have a novel and dense set ofnovel markers,
we also think that it will be also worth to make more phenotypic measurements on this
pedigree.

2.- CyanilAdenosyl di-phospate (CAD) is a gene which encodes several enzymes
involved in pyrimidine biosynthesis. The products of CAD, cinnamyl alcohols, are the
precursors of lignin, a major cell wall polymer of plant vascular tissues.
CAD was genotyp ed in all grandparents of the pedigree. At the same time, we studied the
level of genetic variation for wood energy content in increment core samples where
heating value, density, C, N and H content were estimated.
The energy content data and the growth data are being analyzed together with CAD
genotypic data in order to search for association between CAD candidate gene and the
phenotypic data. This method will result on the estimation of the involvement of CAD in
the observed genetic variation for growth and energy content.
The parents and offsprings of the pedigree are in cue to be genotyped for CAD gene as a
side project of the main application (funding will be applied for this extra project).

3.- As a side product of this project, there has been also done an effort in comparing the
low complexity genome between Scots pine and Loblolly pine. The results of such
investigation are relevant in order to understand pine synteny among the most important
Euroasian pine species and the most economically important pine species. The output of
this research will useful as a bridge to exchange marker information among both species
and therefore increasing the potential of our results.

Vision
The main output of this project has been the development of a dense set of novel genomic
molecular markers. These markers will be applied in a Genome Wide analysis in the
Scots pine pedigree in order to test for its potential for their implementation in the
analysis of ec0t:l0mically important traits like growth. The output of this project is leading
us to a much more powerful approach than expected in the original goal, therefore, we
plan to apply more funding to have the capacity for genotyping the whole pedigree for
our molecular markers and also to score other phenotypic traits like diameter, wood
properties and phenology.
An added value to this project is that a new statistical model has been developed by a
PhD student at the Forest Genetics Research School (Hallander et al 20 l O) which will be
applied to find association between the new genomic markers and the growth curve data
plus to all the new phenotypic data we may be able to afford.
In synchrony with the future of the next part of this project is the sequencing of the whole
spruce genome which will be carried out in UPSc. As part of the steering committee and
as the major responsible of the Scots pinefNorway spruce comparative genome, I can
only foresee an increasing potential of our results.
In few words, the support given by Föreningen Skogsträdsförädling to my group has been
of enormous relevance in the advance of Scots pine genomic research and its application
in tree breeding. As it looks now, with the new statistical and genomic tools available we
are more optimistic on the applicability of modern genomic tools in the Swedish breeding
program maybe as part of the new Swedish forest paradigm.

163 A Avelsvärdering av tillväxt hos tall baserat på kovariansfunktioner

Författare: Patrik Waldmann

Effektiv avel vid tidig ålder förutsätter att det går att förutsäga avelsvärde vid produktionsålder från juvenila mätningar. Höjdtillväxt, vilken är den viktigaste karaktären inom de flesta skogsträdsavelsprogram, har hittills mest analyserats baserat på mätdata skattat vid enstaka tillfällen. Den högre prediktiva styrkan som förmodas fås genom att använda hela tillväxtkurvan har sällan använts för att få bättre skattningar över olika åldrar. Syftet med det här projektet var att rekonstruera höjdtillväxt genom att nerifrån succesivt mäta avståndet mellan grenkransarna i en F2-population från tallförädlingsprogrammet vid Skogforsk, samt att utveckla nya effektiva datorintensiva statistiska metoder för skattning av den genetiska basen bakom höjdtillväxt.

Projektet har resulterat i en publicerad artikel (Wang et al. 2009) och en teknisk rapport (Waldmann 2010). I Wang et al. (2009) implementerades en s.k. random regression (RR) metod som tillämpades på det rekonstruerade höjdtillväxt datat vilket mättes på F2-individer bestående av 899 träd. Både Legendre-polynomer och B-splines användes som basfunktioner i RR-analysen. Resultatet visade att heritabiliteten generellt sett ökade med åldern. Den genetiska korrelationen minskade med åldersavståndet ner till ca 0.4 mellan år 1 och 16, men från 6-7 års åldern och därefter var korrelationen ganska stabil på höga värden nära 1. Slutsatsen är att det inte går att prediktera höjdtillväxt med precision från avkommeförsök inom de fem första åren. Efter det ser det ganska lovande ut, åtminstone för den initiala tillväxtfasen. Tyvärr är det ganska svårt att ta fram avelsvärden för hela tillväxtkurvan med RR-metoden.

I Waldmann (2010) implementerades en alternativ hierarkisk Bayesiansk statistisk metod som tillämpades på samma data som i Wang et al. (2009). Denna metod som kodats i programmet WinBUGS är baserad på s.k. Gibbs sampling och mycket generell samt flexibel. Metoden delas upp i tre nivåer som är hierarkiskt sammankopplade. I den första nivån reduceras varje individs höjdtillväxt över de 16 åren till en andragrads polynomfunktion (bestående av skärningspunkt, lutning och kvadratisk tillväxt). Den andra nivån består av en vanlig multivariat genetisk individmodell över de tre polynomerna (som här kan ses som tre olika karaktärer). I den tredje nivån kopplas alla parametrar ihop med a-priori fördelningar. Resultatet visade att de två första polynomerna inte hade någon heritabilitet, medan den kvadratiska tilväxten hade en heritabilitet på 0.184. Det visade sig dessutom att det inte var några genetiska korrelationer mellan de olika polynomerna. Det är också mycket enkelt att ta fram avelsvärde inte bara för de olika polynomerna utan för hela tillväxtkurvan med denna metod. Slutsatsen är att detta är mycket lovande resultat som innebär att det förmodligen går att selektera för kvadratisk tillväxt hos tall. Fler studier på andra populationer och utvärdering av om det räcker med ca 15 år för att prediktera slutavverkningshöjd bör dock göras.

168 Fröplantagekonferens

Författare: Dag Lindgren, SLU

Konferensen ägde rum 26-28 september 2007 i Umeå. Den lockade 90 deltagare från 27 länder, 36 föredrag och 17 posters. Konferensen resulterade i en konferensskrift med 35 bidrag, vilket torde vara det moderna lättillgängliga dokument i världen, som innehåller mest fröplantageinformation. Konferensen avslutades med Finnvid Preschers disputation (se projekt 109). Vid konferensen bildades IUFRO 2.09.01 Working Party Seed orchards, som ordnade en uppföljande fröplantagekonferens i Korea 8-11 september 2009. Kyu-Suk Kang (projekt 1) var arrangör och arbetsgruppens förste koordinator.

Konferensskriften finns på
http://pub-epsilon.slu.se/151/01/ZProcFinalFeb08.pdf

Information om arbetsgruppen på
http://www.iufro.org/science/divisions/division-2/20000/20900/20901/

 

169 Pollineringssituationen i tallfröplantagen Västerhus

Författare: Dag Lindgren

Vi skulle undersöka pollenkontamination och andra inslag i pollineringssituationen i tallfröplantagen Västerhus (Fries et al 2008).

Pollenkontaminationen i fröplantagen Västerhus visade sig vara 50%!!. (Torimaru et al 2009, Fries m fl 2010). Liknande kontaminationsnivåer har funnits i tidigare undersökningar. Men tidigare undersökningar har varit mycket osäkrare. Framförallt genom att med isozymer, som använts för 20 år sedan, bevisar man bara hälften av kontaminationen, resten är en korrektion för vad som inte kan bevisas men förmodas vara där. Korrektionen blir mycket liten med de moderna metoderna. Det är således säkerställt att pollenkontamination kommer att bli ett mycket betydande och icke bemästrat problem även i de plantager som nu anläggs. Pollenkontaminationen kan nu betraktas som allvarligare än i de första omgångarna fröplantager, eftersom den genetiska vinsten blir 2-3 ggr större nu än i de plantager som anlades för 50 år sedan, så blir produktionsförlusten av kontamination också flera gånger större. Västerhus kan ses som en modern plantage som anlagts ungefär som TreO plantagerna, och med vetskap om att pollenkontaminationen är hög, men detta har alltså inte lett till märkbar reduktion av problemet.

En grundligare analys av materialet har gjorts i Torimaru et al (2010) och i någon mån Fries m fl (2010), några punkter:
• Vi hittade inget mönster i kontaminationsfrekvens beträffande avstånd till plantagens kant i någon riktning. Vi hade trott att kontaminationen skulle vara större i plantagens kant, och det är nog så, men effekten kanske inte är så stor och kan inte påvisas i detta material.
• Det kan inte påvisas att självpollineringsnivån blir påtagligt högre när det är en vanlig klon, dvs det verkar som en stor del av självpollineringen härrörde inom rameten, vilket i sin tur kan tas som ett argument för färre kloner.
• Pollinering sker ofta från de närmaste rameterna men även längre bort belägna har betydelse.
• Ett riktningsmönster av pollinering iakttogs, ympar åt sydost verkade betydelsefullast som fäder. Detta verkar stämma med dominerande vindriktning.
• Kloner med hög pollenproduktion bidrar också mycket till pollineringen (dvs det är meningsfullt att skatta pollenproduktionen klonvis).

Jag rekommenderar fortsatta liknande fröplantagestudier för att förstå kontaminationsproblematiken bättre och ge underlag till ytterligare åtgärder för att förbättra situationen.

Kontakt

• Föreningen Skogsträdsförädling
• Uppsala Science Park
• 75183 UPPSALA
• Mobil 070 - 322 65 12
• Tel 018 - 18 85 21