Herkunft

Hintergrund und Zielsetzung

Wir möchten für die vier Hauptbaumarten Fichte (Picea abies), Buche (Fagus sylvatica), Stieleiche (Quercus robur) und Traubeneiche (Quercus petraea) genetische Referenzdaten zur ursprünglichen, natürlich-räumlichen genetischen Differenzierung in Europa erstellen. Mit diesen Referenzdaten soll anhand von vergleichenden genetischen Inventuren in zugelassenen Saatguterntebeständen der geographische Ursprung ihres Ausgangsmaterials beurteilt werden. So möchten wir Risikobestände mit potentiell unzureichender Klimaanpassung erkennen und die genetische Basis besonders wüchsiger, angepasster Bestände identifizieren. Diese Ergebnisse dienen Empfehlungen zur Auswahl und weiteren Verwendung von Saatgutbeständen. Für jede Baumart sollen hierfür mit Hilfe neuer DNA-Sequenziertechniken mehrere Tausend variable Genbereiche (SNPs, InDels) identifiziert werden und nach einer Vorauswahl sollen dann 180 Genbereiche an 1000 Individuen je Art aus autochthonen Vorkommen genotypisiert werden. Auf diese Weise möchten wir genetische Referenzdaten zur ursprünglichen genetischen Zusammensetzung in Deutschland und dem angrenzenden europäischen Ausland generieren. Im zweiten Schritt werden dann je Baumart 100 Saatgutbestände beprobt, an denselben Genbereichen genotypisiert und mit den Referenzdaten verglichen.

Vorgehensweise

Die Ergebnisse haben direkte Relevanz für die forstliche Praxis (Waldbesitzer, Forstverwaltung, Baumschulen).

Daten und Methoden

Wir wollten ein Testverfahren schaffen, mit dem sich die genetisch bedingte Angepasstheit der Wälder und damit ihre Stabilität besser beurteilen lässt. Ein bedeutender Teil der Wälder ist aus nicht gebietsheimischem Saat- und Pflanzgut entstanden. Je nach Herkunft des Materials kann es sich dabei um Risikobestände oder um besonders angepasste Bestände handeln. Besonders wichtig sind diese Informationen für zugelassene Saatgutbestände, die das Vermehrungsgut für künftige Anpflanzungen liefern. Ziel war es, für die vier Hauptbaumarten Fichte (Picea abies), Buche (Fagus sylvatica), Stieleiche (Quercus robur) und Traubeneiche (Quercus petraea) genetische Referenzdaten zur ursprünglichen, natürlich-räumlichen genetischen Differenzierung in Europa zu erstellen. Zunächst sollten zur Bestimmung der genetischen Zusammensetzung der Baumbestände für jede Baumart mehrere hundert Einzelbasen-Polymorphismen (SNPs) als Genmarker entwickelt werden. Diese Genmarker kamen dann in der genetischen Inventur von Referenz- und Testdaten zum Einsatz: Je Baumart wollten wir 1000 Referenzproben einsammeln. Für jede Baumart sollten dabei jeweils 10 Individuen aus 100 über ganz Europa verteilten Herkünften bzw. autochthonen Beständen beprobt werden. In einem Praxistest wollten wir für jede der vier Baumarten 100 zugelassene Saatgutbestände auf ihren genetischen Ursprung hin untersuchen. In jedem dieser Bestände sollten ebenfalls 10 Individuen ausgewählt, an denselben SNPs wie das Referenzmaterial genotypisiert und dann im Vergleich mit den Referenzdaten auf den wahrscheinlichsten geographischen Ursprungsort hin untersucht werden. Durch einen Vergleich der genetischen Zusammensetzung von Beständen mit der ihrer Nachbarbestände sollten Bestände identifiziert werden, die aus ortsfremdem Material hervorgegangen waren.

Die Auswahl der Bestände des Referenzmaterials und der 100 Testbestände je Baumart sowie die Probennahmen in den Beständen führten wir gemeinsam mit den zuständigen forstlichen Versuchsanstalten der Bundesländer durch.

Ergebnisse

Wir entwickelten für jede der vier Baumarten zwischen 350 und 600 Einzelbasen-Polymorphismen (SNPs) für die genetischen Inventuren in Referenz- und Testbeständen. Bei den Stieleichen beprobten wir 3595, bei den Traubeneichen 2287, bei den Buchen 1969 und bei den Fichten 2000 Individuen in Deutschland und im europäischen Ausland. Die genetischen Inventuren ergaben für die Eichenarten und für die Buche ein ausgeprägtes räumliches genetisches Muster über mehrere hundert Kilometer. Mit zunehmendem geographischem Abstand zwischen den Bäumen nahm ihr genetischer Unterschied zu. Bei den Fichten konnten wir diesen Trend nicht in Deutschland, wohl aber im östlichen Teil des natürlichen Verbreitungsgebiets erkennen. Das Vorhandensein dieses räumlichen Musters ist die Voraussetzung für eine genetische Zuordnung zum Ursprungsgebiet und für die Identifizierung ortsfremden Materials.

Für alle vier Baumarten fanden wir zwischen 14% und 25 % Bestände, die sich in ihrer genetischen Zusammensetzung deutlich von den umgebenden Vergleichsbeständen unterschieden. Teilweise konnten diese Bestände genetisch anderen Regionen in Europa zugeordnet werden. Bei den Fichten in Deutschland zeigten die genetischen Daten wegen der häufigen Kunstverjüngung außerhalb des natürlichen Verbreitungsgebiets der Art ein insgesamt hohes Niveau genetischer Vermischung.

Bei den Stieleichen gab es in 8% und bei den Traubeneichen bei 15% der Fälle eine abweichende Artzuordnung aus den genetischen Daten im Vergleich zur morphologischen Artzuordnung bzw. zu den vorhandenen forstlichen Aufzeichnungen. Der Anteil von Hybriden zwischen Stiel- und Traubeneichen war aufgrund der genetischen Daten sehr gering (<2%). Zudem konnten wir in 23 % der Bestände beide Eichenarten im selben Bestand genetisch nachweisen. In weniger als 0,5% der Bestände der Stieleichen, Buchen und Fichten und bei 3% der Traubeneichenbestände in Deutschland beobachteten wir kritisch hohe Werte für den Verwandtschaftsgrad. Die Information zu den genetisch auffälligen Beständen werden wir an die forstlichen Versuchsanstalten der Bundesländer weitergeben, um deren Wüchsigkeit und Vitalität näher zu untersuchen und ggf. Saatgutbestände aus der Zulassung zu nehmen.