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Molekulargenetische Untersuchungen zur Variabilität der Fichte (Picea abies [L.] Karst.) in Deutschland

Molecular analyses of genetic variability of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) in the Federal Republic of Germany

  • Die Gemeine Fichte (Picea abies (L.) Karst.) zählt in Mitteleuropa zu den häufigsten und wirtschaftlich bedeutsamsten Baumarten. Aufgrund ihrer forstwirtschaftlichen Nutzbarkeit wird sie " insbesondere in Deutschland " weit über ihr natürliches Verbreitungsgebiet hinaus angebaut. Die Entwicklungsgeschichte der jeweiligen Populationen und die auf sie einwirkenden Standortfaktoren haben in Bezug auf ihre genetische Konstitution unterschiedlichen Einfluss ausgeübt. Wenn auch anhand morphologischer und isoenzymatischer Studien erste Kenntnisse zur Differenzierung der Fichte in ihrem europäischen Verbreitungsgebiet vorliegen, so muss vermutet werden, dass die bisher verwendeten Methoden nicht ausreichend in der Lage sind die genetische Variabilität der Fichte und die Differenzierung ihrer Populationen in ihrem deutschen Verbreitungsgebiet zu beschreiben. Ziel dieser Untersuchung war deshalb die Durchführung einer umfassenden populationsgenetischen Charakterisierung der Fichte in Deutschland auf Basis geeigneter molekulargenetischer Verfahren. Der Schwerpunkt lag insbesondere auf der Überprüfung möglicher genetischer Differenzierungen von Populationen und in der Darstellung ihrer genetischen Variabilität. Dazu wurden insgesamt vier PCR-gestützte Techniken eingesetzt: RAPD (random amplified polymorphic DNA), ISSR (inter simple sequence repeats), SSR (simple sequence repeats) und EST (expressed sequence tags). Die populationsgenetischen Analysen erfolgten an sieben Fichtenbeständen, deren Auswahl sowohl die gesamte Nord-Süd-Ausdehnung Deutschlands als auch die wesentlichen Höhenstufen berücksichtigte. Von jeder Fläche wurden 30 Individuen beprobt, morphologisch-biometrisch charakterisiert und populationsgenetisch analysiert. Als Probenmaterial für die genetische Analyse wurden Nadeln einjähriger Triebe verwendet. Die morphologisch-biometrische Analyse ergab bezüglich der Parameter Stammumfang, Baumhöhe, Trieblänge und -gewicht einjähriger Triebe sowie einiger daraus errechneter Relationen große Differenzierungen zwischen den untersuchten Populationen. Während sich die Bestände in den Höhenlagen durch niedrigen aber kräftigen Wuchs sowie vergleichsweise kurze und kompakt erscheinende Triebe auszeichneten, zeigten die Bäume der Niederungen eher ein verhältnismäßig schlankes Erscheinungsbild und lange Triebe bei niedrigen Triebgewichten. Die übrigen Bestände waren einem intermediären Typ zuzuordnen. Im Rahmen der populationsgenetischen Analyse wurden zahlreiche deskriptive und populationsgenetische Parameter zur Charakterisierung der Populationen verwendet. Während mit den dominanten Verfahren mit 14 (RAPD) bzw. 4 (ISSR) Primern 234 bzw. 36 Marker amplifiziert wurden, konnten mit Hilfe der jeweils 3 verwendeten SSR- bzw. EST-Primer 34 bzw. 9 Produkte nachgewiesen werden. Es konnte deutlich gemacht werden, dass die Detailbetrachtung der je nach Markersystem ermittelten populationsgenetischen Parameter zum Teil gegensätzliche Ergebnisse erbrachte. Während im Rahmen der ISSR-Analyse eine deutliche Differenzierung der Populationen innerhalb des natürlichen Verbreitungsgebietes gegenüber der Gruppe der künstlichen Bestände erbracht werden konnte, war dies mit den übrigen Markersystemen nicht nachvollziehbar. In der Gesamtbetrachtung aller Ergebnisse sind jedoch drei Schwerpunkte über alle verwendeten Methoden herauszuarbeiten: (1) zwischen den untersuchten Populationen bestehen lediglich geringe Differenzierungen, (2) die untersuchten Populationen zeichnen sich durch eine hohe bis sehr hohe genetische Variabilität aus, (3) die Variation der Grundgesamtheit ist durch die Variation innerhalb der Populationen begründet. Mit diesen Ergebnissen konnte auf Basis von DNA-Analysen die aus theoretischen Überlegungen sowie aus isoenzymatischen Untersuchungen stammenden Vermutungen hoher genetischer Variabilität von Fichtenpopulationen belegt werden. Darüber hinaus konnte deutlich gemacht werden, dass mit den verwendeten Markersystemen trotz großer morphologisch-biometrischer Differenzierung der untersuchten Bestände kein Zusammenhang zwischen Morphologie und Genetik nachweisbar ist. Erst die Entwicklung spezifischer EST-Marker wird die zur Zeit noch bestehende Lücke des funktionalen Zusammenhangs schließen können.
  • z.Z. nicht verfügbar

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Metadaten
Author:Markus Quack
URN:urn:nbn:de:hbz:385-2645
Advisor:Paul Müller
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2004/09/30
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2004/04/28
Release Date:2004/09/30
Tag:EST; ISSR; Morphologische Variabilität; Picea abies; SSR
Norway spruce; genetic variability
GND Keyword:DNS; Fichte; Forstgenetik; Genetische Variabilität; Populationsgenetik; RAPD; Satelliten-DNS; Umweltprobenbank
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften

$Rev: 13581 $