Beziehungen zwischen genetischer Variation und der Stabilität genetischer Ressourcen bei Waldbäumen: ein Metapopulationsansatz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Austausch adaptiv relevanter genetischer Varianten zwischen Populationen in zeitlich variierenden Umwelten erhöht in der Regel die Anpassungsfähigkeit und damit auch die Stabilität der sie umfassenden Metapopulation. Um die grundlegenden Zusammenhänge in Metapopulationen besser einzuschätzen, sollte im ersten Arbeitsprogrammpunkt die Stabilität von Metapopulationen in ihren Beziehungen zu Maßen der genetischen Variation (Diversität, Differenzierung) untersucht werden. Als Voraussetzung für eine Stabilitätsanalyse wurde eine neuartige, auf besondere Versuchsanordnungen anwendbare „Outlier“-Methode für die Identifizierung von solchen Genloci entwickelt, die in unterschiedlichen Umwelten differenzieller Selektion unterliegen. Zudem ergab sich im Rahmen einer Zusammenarbeit die Beteiligung an der Entwicklung einer „nearest neighbour“- Methode zur genetischen Abgrenzung von Populationen. Zusätzlich bot die Weiterentwicklung eines eigenen stochastischen Modells zur Charakterisierung des Genflusses bei Windbestäubung einen neuen Ansatz, um auf der Basis der Verteilung des Ursprungs von Pollen in einzelnen Populationen weitere Vorstellungen über die Stabilitätsbedingungen einer Metapopulation zu entwickeln. Ferner konnten Struktureigenschaften einer Metapopulation durch Vergleich zwischen Maßen der Aufteilung von Variation auf die Populationen (Apportionment vs. Differenzierung) quantifiziert werden. Zur Einschätzung der Stabilität von Metapopulationen durch Repulsivität des Extinktionszustandes (Arbeitsprogrammpunkt 2) wurden Möglichkeiten untersucht, wie Fekunditätsverluste durch Veränderung der Allokation von reduzierten reproduktiven Ressourcen ausgeglichen werden können. Zu diesem Zweck wurde ein verallgemeinertes Modell der Pollenverbreitung und Befruchtung entwickelt und analysiert, welches die Bestimmung optimaler Allokationen reproduktiver Ressourcen ermöglicht. Arbeitsprogrammpunkt 3 beinhaltet die Analyse der Auswirkungen von Fekundität, Pollen- und Samenverbreitung, Viabilität und Umweltstörungen auf genetische Variation und Stabilität. Hierfür wurden stochastische Metapopulationsmodelle entwickelt. Diese Analysen wurden in den obigen Arbeiten bereits integriert, wobei die Aufmerksamkeit eher auf die weiträumige Pollen- als auf die bei schwerfruchtigen Bäumen meist deutlich beschränktere Samenverbreitung gerichtet wurde. Für die Planung und das Monitoring von Erhaltungsmaßnahmen (Arbeitsprogrammpunkt 4) konnte anhand der neuen Methoden und Modelle empfohlen werden, die Windverhältnisse während der Pollenverbreitung bei der Auswahl von Bäumen für die Saatguternte zu berücksichtigen, für die Beurteilung von Metapopulationsstabilität solche Genloci auszuwählen, welche von differenzieller Viabilitätsselektion besonders betroffen sind, sowie zum Nachweis illegalen Holzhandels besondere Aufmerksamkeit auf individuelle genetische Unterschiede zwischen Bäumen eines geographischen Raumes zu richten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2016) Detecting differential viability selection between environments by analysis of compositional differentiation at different levels of genetic integration. Silvae Genetica 65(2):17-29
Gillet EM, Ziehe M, Gregorius H-R
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(2016) Wie Wind die genetische Variation im Saatgut beeinflussen kann. S. 56-65 in Liesebach M (Hrsg.): Forstgenetik und Naturschutz: 5. Tagung der Sektion Forstgenetik/Forstpflanzenzüchtung am 15./16. Juni 2016 in Chorin; Tagungsband. Braunschweig: Johann Heinrich von Thünen-Institut, 95 p. Thünen Report 45
Gillet EM, Ziehe M
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(2017) A nearest neighbour approach by genetic distance to the assignment of individual trees to geographic origin. Forensic Science International: Genetics 27:132-141
Degen B, Blanc-Jolivet C, Stierand K, Gillet E
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(2017) How wind can shape genetic variation and adaptability in metapopulations of wind-pollinated forest trees through its effect on pollen dispersal. Landbauforschung Applied Agricultural and Forestry Research 67(1):1-16
Gillet E
