Untersuchung genetischer Variation im Hinblick auf Anpassungsvorgänge in Nachkommenschaften aus drei Trockeneichenvorkommen und aus einem zugelassenen Saatguterntebestand in Rheinland-Pfalz



Uni Göttingen , Abt. für Forstgenetik und Forstpflanzenzüchtung; Az.: Göttingen 01/11



Zielsetzung: 


In einem Eichen-Nachkommenschaftsversuch der FAWF Rheinland-Pfalz im Forstamt Westrich mit vier Herkünften: zwei Trockeneichen- Bestände von der Mosel (Alken1&2), einem Trockeneichen- Bestand von der Our (Gemünd), sowie einem Furniereichen-Bestand aus dem Pfälzerwald (Sonderherkunft Pfälzerwald) sollen genetische Analysen an potentiell adaptiven Genmarkern und an einem Funktionsgen durchgeführt werden. Mit vergleichenden Analysen von genetischer Variation und morphologischen Daten sollen adaptive Prozesse in den Nachkommenschaften untersucht werden.
Folgende Hypothese wird untersucht:
Nachkommen aus Trockeneichenbeständen zeigen unter Trockenstress eine höhere Angepasstheit oder Anpassungspotential als Nachkommen aus Referenzbeständen mit nachhaltig guter Wasserversorgung. Dieser Sachverhalt spiegelt sich auch in den genetischen Strukturen der Kollektive wider.
Geprüft wird die Hypothese auf der Basis folgender Parameter:
Überlebensrate der Kollektive, Vitalität der lebenden Pflanzen, Wuchshöhe der überlebenden Pflanzen, genetische Differenzierung der vier Nachkommenschaften sowie genetische Differenzierung nach Vitalitätsstufen


Methoden: 


Erhebung und Auswertung morphologischer Daten
Bei der Beprobung wurde für jede Pflanze der Vitalitätszustand anhand des Belaubungsgrades geschätzt. Dazu wurden 5 Klassen von I-V (I kaum, II wenig, III durchschnittlich, IV gut und 5 voll belaubt) gebildet. Die Höhe wurde in Stufen von 5 cm gemessen. Auffällige Merkmale wie Insektenfraß, Mehltau oder Blattverfärbungen wurden gesondert notiert. Für jedes der vier Vorkommen wurden die Bestandesmittelwerte bezüglich Vitaltät und Höhe ermittelt, sowie der prozentuale Anteil überlebender Pflanzen. Ein Zusammenhang zwischen Vitalität und Höhe wurde im Vergleich der Höhenverteilungen in den 5 Vitalitätsstufen per Regressionsanalyse geprüft. 

DNA-Analysen
Von insgesamt 169 Proben wurde DNA extrahiert. In der Untersuchung wurde ein Set von Markern eingesetzt, das bereits in der Untersuchung 2009 etabliert wurde. 
Das Marker Set besteht aus zwei kernkodierten SSRs, die im Hinblick auf Anpassungsvorgänge neutral sind und vier ausgewählten kernkodierten SSRs, die direkt im Bereich von potentiell adaptiven Genen lokalisiert sind, sowie einem Bereich des Dehydrin 3 (Dhn3) Gens, das hinsichtlich der An- bzw. Abwesenheit eines Indels (von Insertion/Deletion) charakterisiert wird. 
Die Proben wurden amplifiziert und mit Hilfe eines automatischen Sequenzers (Abi 3100) ausgewertet. Die genetische Variation am Genort Dehydrin3 wird mit einem 2% Agarosegel und durch Anfärbung mit Ethydiumbromid dargestellt. 

Grundlage des Vergleichs in den vier Bestandesabsaaten sind die genetischen Strukturen an den einzelnen Genorten (Häufigkeitsverteilungen der Allele). Für die Berechnung der verschiedenen Variationsparameter wurden die Programme GSED (Gillet 2011), Genealex (Peakall and Smouse 2006) und NTSYS vers. 2.01d (Applied Biostatistics) verwendet.


Ergebnisse: 


Die Untersuchungen im Nachkommenschafts-Versuch im Forstamt Westrich zeigen bemerkenswerte und hochsignifikante Unterschiede zwischen den Nachkommen aus den drei Trockeneichenvorkommen Alken 1, Alken 2 und Gemünd sowie den Referenznachkommen der SHK Pfälzerwald (Forstamt Johanniskreuz). So zeigen die Trockeneichen aus Gemünd die höchste Überlebensrate und die größte mittlere Wuchshöhe zum Zeitpunkt der Auswertung im Jahr 2011. Diese Nachkommenschaft ist genetisch stark differenziert und zeigt an den adaptiven Genorten große Unterschiede zu den anderen drei Vorkommen vor allem aber zur SHK Pfälzerwald. So liegt z.B. die Häufigkeit des Allels Dehydrin31 in der Nachkommenschaft Gemünd mit ca. 83% um 50% über der SHK mit lediglich 33%. Darüberhinaus weisen alle drei Nachkommenschaften aus Trockeneichenbeständen einen höheren Anteil für dieses Allel auf. Eine strenge Korrelation bezüglich der Überlebensrate ist nicht vorhanden, so folgt die SHK Johanneskreuz bezüglich der Überlebensrate direkt nach Gemünd obwohl hier das adaptiv bevorzugte Allel Dhn31 nur mit 33%  vorkommt. 

Weitere Analysen zwischen den genetischen Strukturen der vitalsten und den nur durchschnittlich bzw. weniger vitalen Pflanzen zeigten einen deutlich erhöhten Anteil des Allels Dhn31 in den vitalen Pflanzen. Bei den gegebenen Pflanzenzahlen war dieser Unterschied nur auf einem Signifikanz-Niveau von 6% abzusichern (üblicherweise 5%). Mit weiteren Untersuchungen an artdifferenzierenden Genmarkern sollten diese Ergebnisse weiter abgesichert werden.