Clonal variation in Scots pine (Pinus sylvestris) and in transgenic silver birch (Betula pendula)

The aim of this study is to assess the clonal variation in Scots pine (Pinus sylvestris L.) clones and in transgenic lines of silver birch (Betula pendula Roth) and its causes, with special attention to the effects of cloning and transgenesis in tree breeding programmes. The parental effect on cloning success variation was studied in an experiment where Scots pine embryogenic lines were initiated from immature seeds of a full diallele cross. The evaluation was made after culture initiation, on maintenance medium and by mature embryo production. Growth and stem straightness of Scots pine clones were assessed in a 10-year field trial established with rooted cuttings. The effect of a single gene transfer, the sugar beet chitinase IV gene (chiIV), was assessed on plant growth, susceptibility to fungal diseases and development of root associated fungal communities and phenology, in a 3-year field trial established with micropropagated transgenic silver birch lines and wild-type clones. The results of the somatic embryogenesis experiment with Scots pine showed that the initiation success, as well as maturation, was more affected by the genotype of the mother than the one of the father, while during the proliferation period the mother s effect decreased and the father s increased. The field trial with Scots pine showed that the tree s genotype, more than the propagation method, has an effect on the plant behaviour in the field. In silver birch transgenic lines, the introduction of a single gene (chiIV) led to a reduction in growth and quality characteristics, although no significant changes occurred regarding fungal disease resistance, ectomycorrhizal colonization or fungal community structure, as compared to the natural variation occurring in wild type clones. The conclusion was that the variation in the success of Scots pine embryogenesis and in the growth of rooted cuttings is strongly affected by genotype and, hence, the rooted cuttings are suitable for testing height growth in breeding programmes. A single chiIV gene transfer did not improve significantly fungal disease resistance in silver birch or interfere with root associated fungal community. However, the variation in adaptive traits among silver birch transgenic lines is at the same level with the variation detected in randomly selected wild-type silver birches and single transgenic lines may be selected in breeding programmes.Tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida männyn kloonien ja siirtogeenisten rauduskoivulinjojen muuntelua ja sen syitä. Eritysesti huomiota kiinnitettiin kloonaamisen ja siirtogeenin aiheuttamiin vaikutuksiin jalostusohjelmissa. Vanhempien genotyypin merkitystä kloonien tuottamisen yhteydessä tutkittiin kokeessa, jossa männyn embryogeeniset linjat aloitettiin dialleeli-risteytyksestä peräisin olevista, vielä kehittyvistä siemenistä. Viljelmien menestymistä arvioitiin kolmessa vaiheessa: aloitusvaiheessa, ylläpitoviljelyssä ja somaattisten alkioiden kypsymisvaiheessa. Männyn kloonien pituuskasvua ja rungon muotoa arvioitiin 10-vuotisessa kenttäkokeessa, jossa verrattiin juurrutettuja pistokkaita samaa alkuperää oleviin siementaimiin. Yksittäisen geenisiirron, sokerijuurikkaan kitinaasi IV geenin, vaikutusta siirtogeenisen rauduskoivun kasvuun, sienitautien kestävyyteen, juuriston sieniyhteisön rakenteeseen ja puun fenologiaan tutkittiin 3-vuotisessa mikrolisättyjen siirtogeenisten ja villityyppisten rauduskoivujen kenttäkokeessa. Tulokset osoittivat, että männyn somaattisten alkioiden menestymiselle aloitus- ja kypsymisvaiheessa äidin genotyypin vaikutus oli suurempi kuin isän. Äidin genotyypin vaikutus väheni ylläpitoviljelyn aikana, jolloin isän vaikutus tuli enemmän esille. Männyn kenttäkokeelta saadut tulokset osoittivat, että männyn pituuskasvussa puun genotyypillä oli suuri merkitys riippumatta siitä oliko puu alkujaan juurrutettu pistokas vai siementaimi. Siirtogeenisyys rauduskoivulla aiheutti pituuskasvun heikkenemistä ja fenologisia poikkeavuuksia verrattuna kontrolleihin. Muissa tutkituissa ominaisuuksissa siirtogeeniset puut eivät poikenneet satunnaisesti valituista villityypin rauduskoivuista ja siirtogeenisten linjojen muuntelu oli samalla tasolla villityypin koivujen kloonien kanssa. Päätelmänä tuloksista voidaan sanoa, että sekä männyn somaattinen embryogeneesi että juurrutettujen pistokkaiden kasvu on suuresti riippuvainen genotyypistä. Siitä johtuu että männyn pistokkaista tuotettuja klooneja voidaan käyttää jalostusohjelmissa pituuskasvun arvioimiseen. Yksittäisen kitinaasigeenin siirtäminen rauduskoivuun ei parantanut juurikaan rauduskoivun kestävyyttä sienitauteja vastaan, mutta se ei myöskään häirinnyt sieniyhteisöä juuriston yhteydessä. Rauduskoivun siirtogeeniset linjat olivat kuitenkin yhtä muuntelevia kuin villityypin koivut, joten ne soveltuvat valintaan koivun jalostusohjelmissa