Genetische Diversität der Kiefer in Deutschland

Federführendes Institut FG Institut für Forstgenetik

Blick in den Kronenraum eines Kiefernwaldes in Brandenburg

Genetische Diversität und Struktur der Kiefer in Deutschland – Eine Grundlage für den Schutz und die nachhaltige Nutzung der genetischen Vielfalt

Im Zuge der 4. Bundeswaldinventur wurden deutschlandweit Proben für die genetische Inventur der Kiefer gesammelt. Die flächenrepräsentative Probennahme ermöglicht einen umfassenden Überblick über die genetische Vielfalt der Art.

Hintergrund und Zielsetzung

Die Waldkiefer (Pinus sylvestris) ist neben der Fichte die wichtigste Nadelbaumart für den Wald in Deutschland. Sie stellt nur geringe Ansprüche an den Boden und ist ausgesprochen unempfindlich gegen Trockenheit und Frost. Wegen dieser Unempfindlichkeit gegenüber klimatischen Extremen sowie ihrer relativ hohen Sturmfestigkeit gilt sie als gut an den Klimawandel angepasste heimische Baumart.

Anhand der deutschlandweit eingesammelten Proben wird eine hochaufgelöste Karte der genetischen Vielfalt und Struktur der Waldkiefer erstellt. Die Erstellung einer solchen Karte gibt Aufschluss über die aktuelle genetische Vielfalt der Kiefer in Deutschland, die räumliche Verteilung dieser genetischen Vielfalt und den Zusammenhang zwischen genetischer Struktur und Umwelt- sowie Standortfaktoren. Die Kenntnis der genetischen Variation und ihrer Muster ist eine notwendige Grundlage für die nachhaltige Nutzung und Erhaltung forstgenetischer Ressourcen. Das Vorhaben dient daher der genetisch nachhaltigen Bewirtschaftung der Kiefer, dem Schutz lokaler genetischer Variation und bildet die Grundlage für ein Monitoring künftiger Veränderungen.

Vorgehensweise

Die Grundlage des Vorhabens bilden zwei SNP-Arrays: Der PiSy50K-Array analysiert 47.712 SNPs aus dem Kerngenom, aber keine mitochondrialen SNPs und wird daher durch einen MassArray mit bis zu 40 SNP aus dem mitochondrialen Genom ergänzt. Dieser kombinierte Ansatz ermöglicht die Analyse unterschiedlicher Aspekte und Fragestellungen bei der Quantifizierung der genetischen Diversität und die Rekonstruktion genetischer Strukturen.

Das Projekt wird durch vier Arbeitspakete strukturiert:

Arbeitspaket 1: Vorbereitung der SNP-Analyse, dies beinhaltet die Extraktion, Qualitätskontrolle, Konzentrationsanpassung, Sortierung und weitere Vorbereitung der Proben für die nachfolgenden SNPAnalysen sowie die Koordinierung der Analysen mit den Sequenzierdienstleistern.

Arbeitspaket 2: SNP-Analyse aller 5000 Proben, die Sequenzierungen werden durch externe Dienstleister ausgeführt. Das Arbeitspaket beinhaltet die Koordinierung der Sequenzierungen zwischen Thünen-Institut und Dienstleister, die Qualitätskontrolle der gelieferten Sequenzdaten und das SNP-calling, also die Auswertung der Sequenzen.

Arbeitspaket 3: Auswertung der SNP-Daten, dies beinhaltet die Quantifizierung der genetischen Vielfalt, die Untersuchung ihrer räumlichen Verteilung, die Identifikation genetischer Gruppen, die Korrelation genetischer Vielfalt mit Herkunftsgebieten und Standortfaktoren, sowie die Untersuchung von Genotyp-Umwelt-Assoziationen.

Arbeitspaket 4: Zusammenfassende Auswertung und Ableitung von Schlussfolgerungen, dies beinhaltet die Zusammenführung der Ergebnisse aus AP3 und die Ableitung von Schlussfolgerungen Bezug auf den Schutz der genetischen Vielfalt sowie die genetisch nachhaltige Bewirtschaftung der Kiefer.