We are recruiting local coordinators

MyGardenOfTrees'in arka planındaki bilim

MyGardenOfTrees, katılımcı bilim yöntemini kullanan geniş kapsamlı bir transplantasyon deneyidir. Bu deneyden elde edilen gözlemler, genomik verilerle birleştirilerek Avrupa'daki ormancılar için bir tahmin aracı oluşturmak için kullanılacaktır.

Rationale

Ormancılar yüzyıllardır orijin denemeleri yapmaktadırlar (bkz. Sözlük). Bu denemelerin amacı, belirli bir yerde türlerin ve orijinlerin büyüme performansını test etmek ve karşılaştırmak olmuştur. Ormancılar, dikim ve yeniden ağaçlandırma konusundaki seçimlerine rehberlik etmek için bu denemelerden elde edilen bulguları kullanmaktadırlar. Ancak bu denemelerde, türler ve orijinler yalnızca deneme alanının belirli (genellikle ideal) koşulları altında değerlendirilir ve gerçek orman koşullarına aktarılamaz. Ayrıca fidanlıklarda yetiştirilen fidanlar ile orijin denemeleri yapılmakta ve bu nedenle ormancıları doğal rejenerasyon konusunda bilgilendirememektedir.

MyGardenOfTrees, mikro bahçeler (bkz. Sözlük) adı verilen yüzlerce küçük orijin denemesinden oluşan bir ağ kurarak bu eksikliklere bir çözüm sağlamaya çalışır. Bu yaklaşımın ana avantajı, birçok orijin (genetik köken) ve saha koşulu (çevresel koşullar) kombinasyonunun test edilebilmesidir. Çeşitli kökenlerin performansı çok çeşitli ortamlarda değerlendirileceğinden, bulgular geniş mekansal ölçeklerde genelleştirilebilir.

MyGardenOfTrees'in "dağıtılmış kaynak denemesi" tasarımı. Tohumlar, türlerin dağılım alanı boyunca çeşitli alanlardan (tohum kaynakları) toplanacak ve yüzlerce küçük test alanına dağıtılacaktır. Bu şemanın kayın türleri (Fagus spp.) için şematik bir gösterim olduğunu ve tohum kaynaklarının ve test alanlarının gerçek konumunun olmadığını unutmayın.

Daha fazlasını okuyun (Bilim insanları için)

Neden tür yelpazesi çapında yeni bir transplantasyon yaklaşımına ihtiyacımız var?

Organizmaların çevrelerine nasıl uyum sağladığı evrimsel biyolojideki en temel sorulardan biridir ve iklim değişikliğinin yarattığı tehditler göz önüne alındığında son derece önemlidir. Çevresel adaptasyonlarla ilişkili temel karakterleri belirlemek ve bunların birbirleriyle ve çevreyle nasıl etkileşime girdiğini anlamak, orman ağaçları gibi kurucu ve kaynak üreten türler için özellikle acil bir görevdir. Literatürdeki yerel adaptasyonu değerlendiren mevcut deneyler, doğal ortamlarda ve özellikle tür dağılım aralığı sınırlarında, ölçeklenebilirlikten ve öngörülebilirlikten yoksundur. Peyzaj genetiği çalışmaları, çevresel gradyanlar boyunca adaptif lokusları ortaya çıkarabilir. Ancak bu tür çabalar, nötr modelin sınırlı varsayımları ve çoğu karakterin poligenik doğası tarafından engellenmektedir. Bu eksiklikleri gidermek adına, MyGardenOfTrees (i) adaptasyonun temel örüntülerini ve sebeplerini ortaya çıkarmak ve (ii) belirli bir konum için optimal tohum kaynaklarını seçmek için gen-çevre etkileşimlerini ve demografik yapıyı göz önünde bulunduran tahmine dayalı bir model oluşturmak amacıyla katılımcı bilim ve genomik araçlarını kullanan tür genelinde bir transplantasyon deneyi düzenleyerek bu alanda bir ilki gerçekleştirecek. Bunun için, çok sayıda (3 sene boyunca yaklaşık 500) mikro bahçe kuracak olan vatandaşlar ve ormancılardan oluşan katılımcı bir ağı geliştireceğiz. Yeni iklim koşullarında bitki performansını değerlendirmek için bahçe konumları, türün mevcut dağılım aralığının ötesinde, özellikle daha yüksek rakımlara ve enlemlere doğru olan yerleri de kapsayacaktır. Katılımcılar 5 yıllık bir angajmanı kabul eder; dolayısıyla bu proje, esas olarak ağaçlarda en yüksek seçilim baskısı altında olan erken hayatta kalma ve büyüme özelliklerinin izlenmesine ve analizine odaklanacaktır. Bununla birlikte, katılımcılar bu projenin zaman çerçevesinin ötesinde ağaçlarını tutmaya ve takip etmeye teşvik edilecektir.

Bir mikro bahçe nasıl görünür?

Doğrudan tohumlama (bkz. Sözlük) adı verilen bir yaklaşımla, doğrudan ormandaki tohumlardan mikro bahçeler kurulacaktır. Her bir mikro bahçe, faktöriyel bir deneysel tasarıma dayalı olarak özenle seçilmiş bir orijinden 10 tohum içeren 100 sözde "tohumlama noktası" içerir. Tohum predasyonunu önlemek, böylece denemelerimizi korumak ve denemelerin yapıldığı ormanı yabancı tohumla kirletmemek için tohumlar bu amaca yönelik üretilmiş tohum koruyucularla korunmaktadır.

Fransa'dan bir mikro bahçe

Daha fazlasını okuyun (Bilim insanları için)

Bir mikro bahçenin şematik görüntüsü

Neden katılımcı bilim?

Yüzlerce mikro bahçeden oluşan bir ağı yönetmek, herhangi bir bilimsel ekibin kapasitesinin ötesindedir. MyGardenOfTrees, bu zorluğun üstesinden gelmek için katılımcı bir bilim yaklaşımı kullanır ve aynı zamanda ormancılara çeşitli orijinlerin çimlenmesini, hayatta kalmasını ve büyümesini gözlemleme ve iklim değişikliğine karşı savunmasız alanlarda yeniden ağaçlandırma için uygun kökenler bulmak için benzeri görülmemiş bir araştırma çabasına katılma fırsatı verir. Veriler, veritabanlarımıza bağlı ve ücretsiz olan ODK Collect/Enketo aracıyla uygulanan formlar kullanılarak katılımcılar tarafından toplanır.

Neden bu türler?

MyGardenOfTrees, Orta Avrupa göknarı (Abies alba Mill.) ve Avrupa kayınının (Fagus sylvatica L.) çeşitli kökenlerini inceliyor. Her iki tür de Avrupa'ya özgüdür ve Avrupa orman ekosistemleri için ekolojik ve ekonomik olarak anahtar türlerdir. MyGardenOfTrees ayrıca Doğu kayını (Fagus sylvatica subsp. orientalis (Lipsky) Greuter & Burdet) ve Doğu Karadeniz göknarı (Abies nordmanniana) gibi Akdeniz ve Doğu'daki kardeş türleri de araştırmaktadır. Performanslarının üstün olduğu tespit edilirse, ormancılar bu türleri destekli göç (bkz. Sözlük) adı verilen bir yönetim stratejisiyle ithal etmeyi düşünebilirler.

Göknar ve kayın türlerinin Avrupa ve Orta Doğu'daki dağılım alanı

Daha fazlasını okuyun (Bilim insanları için)

MyGardenOfTrees neden bu iki türü inceliyor?

Hem göknar hem de kayın, Norveç ladini (Picea abies) gibi diğer baskın orman ağacı türlerinden daha fazla kuraklığa toleranslı oldukları için son zamanlarda iklim değişikliği bağlamında ilgi çekmiştir. Bununla birlikte, her iki türün de bizim Avrupa türlerimizden daha yüksek genetik çeşitliliğe sahip birkaç Akdeniz ve Doğu kardeş türü ve alt türü vardır. Genetik çeşitlilik, adaptasyon ve dayanıklılığın temelidir, bu nedenle bu kardeş türleri denemelerimize dahil etmek, Avrupa'daki yardımlı göç programlarının tasarımına değerli bilgiler getirecektir. Özellikle, Bulgaristan ve Yunanistan gibi çoklu temas bölgelerinde ve aynı zamanda Batı Avrupa ülkelerinde dikili Doğu kayını alanlarında Avrupa kayını ile yaygın olarak melezlenen Doğu kayını (Fagus sylvatica subsp. orientalis (Lipsky) Greuter & Burdet) üzerinde çalışacağız. Avrupa ülkeleri. Daha fazla gör.

İleri okumalar:

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).

Karakter gözlemlerini neden genomik verilerle tamamlıyoruz?

Türler aralığındaki farklı kökenler veya popülasyonlar ortak bir tarihi paylaşır: hepsi geçmişte bir süre yaşamış atalardan kalma bir popülasyonun torunlarıdır. Popülasyonlar, mevcut habitatlarını kolonize etme sürecinde birbirlerinden farklılaşarak genomlarında iz bırakmışlardır. Popülasyonlar arasındaki bu farklılıkların bazıları, her nesilde yalnızca sınırlı sayıda bireyin üremesi gerçeğinden dolayı nötr (veya rastgele), diğer farklılıklar ise doğal seçilimin sonucudur. MyGardenOfTrees, mikro bahçedeki gözlemleri yorumlamak için gerekli olacak olan bu iki süreci birbirinden ayırmak için genomik veriler toplar.

Daha fazlasını okuyun (Bilim insanları için)

Genomik veri

MyGardenOfTrees, iki çalışma türü için homojen genomik veriler üretecektir. Avrupa kayını, 542 Mb'lik orta boyutta bir genoma sahiptir ve montaj kalitesi yüksektir. Orta Avrupa göknarı, 18.16 Gb'lik bir giga-genoma sahiptir ve genom montajının kalitesi düşüktür. Bu farklılıklar dikkate alındığında iki tür için farklı yaklaşımlar kullanılacaktır. Avrupa kayını için, bir dizi ana ağacın tüm genom dizilimini gerçekleştireceğiz. Gümüş göknar için, biyo-coğrafi olarak onu temsil edecek 10 bireyin tam transkriptomu dizilenecek ve ardından 80K yakalama problarının tasarımı ve tür grupları başına 100-150 bireyden oluşan biyo-coğrafi olarak temsili bir alt küme üzerinde test edilecektir. Ardından, çeşitli ana ağaçların genotiplenmesi için SNP'leri içeren yaklaşık 40K hedef bölge seçilecektir.

İleri okumalar:

Mishra, B. et al. A reference genome of the European beech (Fagus sylvatica L.) Gigascience 7, giy063 (2018)
Mosca, E. et al. A Reference Genome Sequence for the European Silver Fir (Abies alba Mill.): A Community-Generated Genomic Resource. G3: Genes, Genomes, Genetics 9, 2039–2049 (2019)

Bilimsel ekibimiz tarafından tasarlanan ormancılar için bir tahmin aracı

Avrupa'daki yüzlerce bahçeden yapılan gözlemler, orijinlerin iklime uyumu hakkında genel sonuçlar çıkarmak için genomik verilerle bir araya getirilecek. MyGardenOfTrees, ormancıların yerel ortamlarında ekecekleri en iyi tohumları seçmelerine yardımcı olmak için web tabanlı bir uygulama olarak sunulan bir tahmin aracı da oluşturacak. MyGardenOfTrees ekibinin, katılımcılarına bir bütün olarak projenin faydalarını sağlaması esastır.

Daha fazlasını okuyun (Bilim insanları için)

Gen-çevre etkileşimlerini bir tahmin aracına entegre etme

MyGardenOfTrees'in denemelerinden elde edilen neredeyse tam faktöriyel tasarıma sahip transplantasyon verileri, popülasyonlar arasındaki genetik benzerliği ve bahçe konumları arasındaki çevresel benzerliği kullanan bir genomik tahmin (GT) modelinde kullanılacaktır. Bu araç, gelecekteki olası habitatları da içine alacak şekilde test edilmemiş popülasyonların ve herhangi bir habitatta test edilmemiş, yeni fakat genotiplemiş popülasyonların performansını test etmek için kullanılabilir. Yeni araç, mevcut modellerin iki ana sınırlamasının üstesinden gelecektir. Birincisi, orman ağaçlarındaki iklim değişikliği ile ilgili riskleri değerlendirmek için kullanılan mevcut tahmin çerçeveleri iklim verilerine dayanmakta ve dolayısıyla yerel adaptasyonu varsaymaktadır (tür dağılım modelleri veya iklim transfer fonksiyonları veya gen-çevre etkileşimleri). Bu yaklaşımla farklı soyların farklı fenotiplere (örn. büyüme modelleri) sahip olduğu yaygın olarak gözlemlense de, tarihsel ihtimallerin rolü genellikle göz ardı edilmektedir. İkincisi, mevcut modeller üretim potansiyelini artıran karakterlerine dayanmakta ve erken yaşam karakterlerini göz ardı etmektedir. Yeni araç, destekli göç uygulamasının gerekli olup olmadığına veya doğal yenilenmenin yeterli olup olmayacağına karar vermek ve doğrudan tohumlama kullanarak orman restorasyon kararlarına rehberlik etmek için dizayn edilecektir. Artan doğal rejenerasyon eksikliği göz önüne alındığında, gelecekte doğrudan tohumlama önem kazanabilir. Doğrudan tohumlama, saf meşcereleri karışık meşcerelere dönüştürüp, popülasyonların çeşitliliğini ve dayanıklılığını artırarak ekstrem çevre olayları tarafından oluşabilecek riskleri azaltmak için de etkili bir araç olabilir.

İleri okumalar:

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.

Finansman

Daha fazlasını okuyun (Bilim insanları için)

Katılımcı bilim yeterince titiz gözlemler sağlayabilir mi?

Başarılı katılımcı bilimin en önemli noktası, hedef katılımcı grup ile deneyin amacı arasında doğru eşleşmeyi yakalamaktır. Örneğin, uygulamalı tarım bilimlerinde çiftçilerden farklı iklim değişikliği senaryolarında yetiştirmek için mahsullerin test denemelerini yapmaları istenmiş ve böylelikle belirli bir hedef grubun bilgi ve motivasyonundan faydalanılmıştır. Orman ağaçları da tarım mahsulleri ve yabani türlerin özelliklerini paylaşmaktadır ve bu durum onları evrimsel açıdan katılımcı bir bilim projesi için ideal çalışma organizmaları yapar. Günümüzde insanlar tarafından dikilmiş ve yönetilmekte olan birçok orman ağacı popülasyonu da evrimsel ve ekolojik bir bakış açısıyla doğal olarak kabul edilebilir. Tüm bunların yanında, Avrupa'da çalışmakta olan ve ormanlarımızın geleceği konusunda endişe duyan ve bunun gibi bir deneysel projeye katılma konusunda fazlasıyla istekli olan çok sayıda ormancı bulunmaktadır.

Başarılı katılımcı bilimin bir başka yönü de standart veri toplamaktır. Bilim insanlarından oluşan ekibimiz tarafından oluşturulan ve kullanıcı dostu bir uygulamada (ODK Collect [Android] / Enketo [tüm platformlar]) bulunan anket formları sayesinde tüm veriler aynı formatta ve kullanıma hazır veri tabanlarında saklanmaktadır.

İleri okumalar:

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.

Report abuse