Det adaptive potensialet i epigenetisk regulering av vekstrytme hos gran

Forests play a major role as carbon storage and source of renewable biomass for the bioeconomy. Effective buildup of the forest resources depends on trees that are adapted to the climate, and able to take advantage of the higher temperatures and prolonged growing season we expect from climate change. Genetic selection in the tree breeding programs is important for the adaptation of trees. However, as the trees exhibit long generation intervals, this is a slow mechanism compared to the rapid climatic changes that we expect. Fortunately, the most commercially important tree species in Northern Europe, Norway spruce, host a mechanism that regulates phenology faster than the genetic selection that might be more important for the short-term adaptation. The mechanism is called "epigenetic regulation" and research have shown that phenology in spruce is altered according to the temperatures during the very early stages of a tree’s life - the embryogenesis. This gives an increased plasticity to climatic changes, but we do not know if this regulation is enough to fully "catch up" with the large changes we expect. Therefore, we have established experiments were embryogenesis and seed maturation have been performed under various natural occurring climatic conditions in Norway. From these experiments we hope to be able to make statistical models that can tell us how much influence the epigenetic regulation has for the progeny’s performance. For forestry, and the bioeconomy, these models will be used in tools for decision making for optimal choice of improved forest reproductive materials to fully take advantage of the growth potential in the boreal forests also under climatic change.

Frø fra frøplantasjer, foredlet plantemateriale, brukes til foryngelse av 90 % av hogstarealene i Norge. Når foredlet frø brukes riktig i forhold til klimatilpasning skal det gi betydelig økt produksjonspotensiale i skogen. I Horizon-2020 prosjektet «B4EST» skal det blant annet etableres beslutningsstøtteverktøy for nettopp riktig bruk av foredlet materiale for optimalisering av foredlingsgevinsten. Granas klimatilpasning er genetisk og epigenetisk regulert. Den genetiske reguleringen følger i hovedsak de storskala klimagradientene en har fra sør til nord, og fra lavland til fjell og er en relativt treg mekanisme i forhold til raske klimaendringer. Men granas tilpasning er også påvirket av en mye raskere mekanisme i form av epigenetisk regulering. Det har vist seg at embryogenesen og frømodningen er en følsom fase, avkom reprodusert i et varmt miljø vil være mer tilpasset et varmere klima med lengre vekstsesong enn avkom reprodusert i et kaldt miljø selv om genetikken ellers er lik. Betydningen for granas klimatilpasning, evolusjon og økologi kan potensielt være stor. Men vi vet ikke hvor sterk reguleringen er i forhold til forventede klimaendringer. Nå er det imidlertid viktig å kvantifisere utslaget av den epigenetiske reguleringen i forhold til naturlige miljøforskjeller og få et uttrykk for hvordan dette påvirket det adaptive potensialet hos treslaget generelt. I B4EST skal det utvikles verktøy for beslutningsstøtte på bakgrunn av modeller for granas respons på klimavariasjon. Men det finnes i dag ikke nok kunnskap til å legge inn effekten av epigenetisk regulering i slike verktøy. Dette prosjektet vil derfor benytte data fra eksisterende forsøk til å sette verdier (parametere) og studere varigheten av den epigenetiske reguleringen slik at den kan legges inn i de modellene som er grunnlag for verktøyene. Parametre og varighet vil også bli overført til avlsverdianalysene ved Stiftelsen det norske Skogfrøverk slik at disse blir mer nøyaktige i framtiden.