Genetische Erhebungen BWI

Hintergrund und Zielsetzung

Flächenrepräsentative deutschlandweite Stichproben für genetische Untersuchungen der Hauptbaumarten sind bisher nicht vorhanden. In der BWI 2022 wird daher die systematische Probennahme, Einlagerung und Bereitstellung von DNA für genetische Inventuren bei den Hauptbaumarten Buche, Stieleiche, Traubeneiche, Kiefer, Fichte, Weißtanne und Douglasieerfolgen. Das Ziel ist es, eine repräsentative Stichprobe der genetischen Zusammensetzung der sieben genannten Baumarten auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland zu gewinnen. Die Proben stehen den Bundesländern für genetische Untersuchungen zur Verfügung.

Die Proben sollen genetisch untersucht werden. Durch die Fortschritte in den Next-Generation-Sequencing-Technologien stehen mittlerweile zahlreiche Methoden zur Untersuchung der folgenden Aspekte zur Verfügung:

1. 1. Genetische Diversität (räumliche Verteilung, genetische Unterschiede, Identifikation von Vorrangflächen der Generhaltung mit hoher genetischer Vielfalt oder abweichender genetischer Zusammensetzung)
   2. Lokale Anpassung
      • Ursprung / Herkunft des Ausgangsmaterials der heutigen Bestände
      • Informationen zu Ausmaß und Richtung menschenbedingten Saatguttransfers
      • Prädisposition gegenüber Trockenstress, ausgewählten Schadinsekten und Pilzen
   3. Überprüfung der Einteilung von Herkunftsgebieten für forstliches Vermehrungsgut

Vorgehensweise

Insgesamt sollen 20.000 DNA-Proben der sieben Hauptbaumarten an einem Teil der Inventurtrakte gesammelt werden. Die Auswahl der Trakte erfolgt basierend auf den Daten der letzten BWI zum Vorkommen der Zielbaumarten. Sofern am jeweiligen Trakt vorhanden, sollen je Baumart 5 Individuen beprobt werden. Pro Baumart werden auf diese Art insgesamt 1.000 bis 5.000 Proben genommen. Der Stichprobenumfang je Baumart ist dabei proportional zum Flächenanteil wobei 1.000 Proben die Untergrenze für repräsentative Aussagen darstellt.

Als Material für die Probennahme eignen sich Blätter, Nadeln oder Knospen. Die Proben werden von Zweigen der Altbäume oder der Verjüngung entnommen und in auf Silikagel getrocknet. Für die Probeneinlagerung wird ein Proben- und DNA-Einlagerungszentrum eingerichtet. Zur standardisierten Erfassung und Beschriftung der Proben wird die bereits am Institut für Forstgenetik existierende Probendatenbank weitergeführt und erweitert. Das Material kann dann einem weiten Nutzerkreis - insbesondere den forstlichen Versuchsanstalten der Länder - für weitere Untersuchungen zur Verfügung gestellt werden. Die Einlagerung erfolgt so, dass eine Nutzung des Materials über mehrere Jahrzehnte für genetische Untersuchungen geeignet ist.

Molekulargenetische Methoden entwickeln sich rasant. Dies betrifft insbesondere die DNA-Sequenzierung mit „Next-Generation-Sequencing“ und die Entschlüsselung von Genen, die für Merkmalsausprägungen wichtig sind. Die gewonnen Proben können je nach Fragestellung mit einer Vielzahl molekularer Techniken bearbeitet werden. Die genetische Analyse kann beispielsweise mit DNA-Chips durchgeführt werden. Mit diesen können sehr effektiv für jede Probe Übereinstimmungen zu mehreren Tausend DNA-Zielsequenzen ermittelt werden. Die DNA-Zielsequenzen mit innerartlicher Variation (z. B. SNPs, InDels) können dabei anpassungsrelevante Gene, Gene von ökonomisch wichtigen Merkmalen oder „neutrale“ genetische Varianten mit Informationen zur geographischen Differenzierung, Artunterscheidung und zur Erfassung der genetischen Vielfalt beinhalten. Aktuell gibt es solche DNA-Chips bereits für Eichen und Kiefern in Europa sowie für verschiedene nordamerikanische Nadelbaumarten. DNA-Chips für weitere wichtige Baumarten werden voraussichtlich in den nächsten Jahren folgen. Mit diesen DNA-Chips beschränkt sich die Genotypisierung auf die drei Schritte DNA-Extraktion, Genotypisierung und Datenauswertung. Alle drei Schritte können dabei von mehreren Partnern durchgeführt werden.