Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Gran (Picea abies) har länge varit ett viktigt trädslag för den svenska skogsnäringen. Skogsbruket står inför en oviss framtid och med ett alltmer ostadigt klimat behövs ett genetiskt material som kan klara dessa nya prövningar. Målet är ett stort utbud av granmaterial med egenskaper som god tillväxt, högklassig virkeskvalitet och den alltmer nödvändiga förmågan att stå emot skadeinsekter och patogena svampar. En del i detta arbete för granens framtid är somatisk embryogenes (SE) som är en form av vegetativ förökning. SE är i sig en kostsam och tidskrävande process vilket gör att behovet av att välja ut träd med god initieringsframgång är av högsta prioritet. I denna studie undersöktes individer tillhörande olika trädfamiljer, gällande deras kapacitet i SE-initieringsförmåga.

Resultatet från studien kommer utgöra en grund för att i ett annat projekt undersöka om initieringsfrekvensen kan sammankopplas (associeras) med molekylära markörer i en ’Genome-Wide Association Study (GWAS)’. Studien ingår därmed i ett forskningsprojekt ’GWAS: Marker-based earlier selection for high somatic embryo-initiation in Norway spruce’ för den efterföljande associationsstudien. Projektet är finansierat av ’UPSC Komptenscentrumprojekt’ tillsammans med Umeå Plant Science Centre (UPSC), Sveriges lantbruksuniversitet, Skogforsk och SweTree Technologies.

Materialet till projektet utgjordes av omogna embryon från grankottar från olika moderträd plockade i klonarkiv i Ekebo (Svalöv) samt Maltesholm (Tollarp). Försöken genomfördes i Skogsmästarskolans laboratorium i Skinnskatteberg sommaren 2022. Under åtta veckor testades 101 trädindivider gällande deras initieringsförmåga. Resultaten kontrollerades därefter var tredje och var sjätte vecka och all information sammanställdes i en databas. Utvecklingsstadiet hos de zygotiska embryona (fröembryon) var av betydelse för resultaten. Små och outvecklade embryon var svårhanterliga för den laborativa processen vilket försvårade extraktionsprocessen. Förvaringen av kottarna hade en avgörande betydelse och lagringsförhållandena bör förbättras inför framtida studier. Problem med mögel, luftfuktighet och angrepp av sjukdomar och larver gav ett delvis defekt arbetsmaterial vilket påverkade den totala mängden användbart datamaterial som kunde samlas in.

Skillnader kunde observeras mellan trädindivider gällande initieringsfrekvens. Av studiens 101 träd visade 66 träd initiering. Av de 35 träd där initiering helt uteblev hade embryon från 13 träd dock testats på ett icke optimalt sätt. Knappt en tredjedel (30 procent) av de 66 träden uppvisade lyckad initiering på en nivå mellan 10 och 20 procent av testade embryon. Något mer än en tredjedel (36 procent) uppvisade en initieringsandel på 30 till 40 procent. För knappt en tredjedel (33 procent) av träden registrerades en initieringsnivå på över 40 procent av. Endast ett testat träd hade 100 procent lyckade initieringar.

Norway spruce (Picea abies) is an important tree species in Swedish forestry. With the uncertain future that forestry faces in an increasingly unstable climate, there is a need for genetic material that can withstand these new challenges. The goal is to secure good supply of Norway spruce genetic material and further improve traits such as optimal growth, high timber quality, and ability to resist pathogens and insect attacks. One potentially important part of the work of securing the future of Norway spruce in commercial forestry is somatic embryogenesis (SE), a form of vegetative propagation. SE is still a costly and time-consuming process, making the need to select trees with good initiation capacity a top priority. This study examined the SE initiation capacity of different tree families.

The results will be utilized in a different study investigating whether initiation ability could be associated with certain molecular markers in a Genome-Wide Association Study (GWAS). The study was performed as one component within the project ‘GWAS: Marker-based earlier selection for high somatic embryo initiation in Norway spruce’. The project was financed by ‘UPSC Conpetence Centre’ in collaboration with Umeå Plant Science Centre (UPSC), The Swedish University of Agricultural Sciences, Skogforsk (the Forestry Research Institute of Sweden), and SweTree Technologies.

The investigated material consisted of immature embryos from seed of Norway spruce cones harvested from mother trees collected in the clone archives Ekebo (Svalöv) and Maltesholm (Tollarp). The experiment was carried out in the laboratory at the SLU School for Forest Management in Skinnskatteberg during the summer of 2022. During eight weeks 101 trees were tested regarding their initiation ability and thereafter the development was monitored every three and six weeks. The recorded information was compiled in a database. The stage of development of the zygotic embryos (seed embryos) had a major impact on the results; small and undeveloped embryos were difficult to handle in the laboratory process and made the embryo extraction process much more difficult. Storage conditions negatively affected parts of the cone material and should be further improved in future studies. Problems with mold, non-optimal humidity, and infestation of diseases and larvae resulted in partly defective sample material for a subset of trees, which affected the total amount of usable data obtained in this study.

Differences were observed regarding initiation ability of different trees. Of the total 101 trees in the study, 66 trees showed initiation. However, of the 35 trees that failed to initiate at all, embryos from 13 trees had been tested in a sub-optimal way. Slightly less than one third of the trees (30 percent) showed initiation rates of 10 to 20 percent of tested embryos. More than one-third (36 percent) showed initiation rates of 30 to 40 percent. For one-third (33 percent) of the trees, initiation rates were above 40 percent. Only one tested tree had 100 percent successful initiations.