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Genomweite Analyse der genetischen Variation der Buche über das Verbreitungsgebiet als Baustein für den Wald der Zukunft
Projekt
Förderkennzeichen: TI-FG-08-PID2380
Laufzeit: 01.06.2021
- 30.11.2023
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Das „Buchengenomik“ Projekt soll mithilfe genomischer Methoden einen Beitrag zur Anpassung von Waldbäumen an jetzige und zukünftige Umweltbedingungen unter Beibehaltung einer hohen biologischen Vielfalt leisten.
Die Anpassung von Waldbäumen an jetzige und zukünftige Umweltbedingungen unter Beibehaltung einer hohen biologischen Vielfalt ist für stabile Waldökosysteme von entscheidender Bedeutung. Die Geschwindigkeit des aktuellen Klimawandels stellt die Forstwirtschaft und die Forstpflanzenzüchtung dabei vor eine große Herausforderung – die Anpassung muss schnell erfolgen. Ziel des „Buchengenomik“ Projektes ist es, populationsgenomische Analysen und moderne Methoden der Phänotypisierung zu kombinieren, um einen Beitrag zur Anpassung der Rotbuche (Fagus sylvatica) an die sich ändernde Umwelt zu leisten. Dazu soll die natürliche genetische Variation der Buche über ihr Europäisches Verbreitungsgebiet erfasst werden. Für die populationsgenomische Charakterisierung der wichtigsten Laubbaumart Deutschlands sollen Buchenindividuen aus 100 verschiedenen Populationen sequenziert und genomweit analysiert werden. Durch Assoziation von Umweltvariablen der Populationen mit den genotypischen Daten der Individuen lassen sich mögliche anpassungsrelevante Regionen im Genom identifizieren. Eine Aufnahme von Phänotypen erlaubt zusätzlich die Identifizierung von genomischen Bereichen mit einem Einfluss auf verschiedene Merkmale und ermöglicht eine Abschätzung der Heritabilität und der genetischen Architektur. Hier sollen insbesondere neue Möglichkeiten der Phänotypisierung, wie beispielsweise die Erfassung der Phänologie mithilfe von Drohnen oder des Wasserhaushalts durch Messsensoren an den Bäumen, zum Einsatz kommen. Zusammen geben diese Daten wichtige Hinweise auf das natürliche genetische Potential der Rotbuche unter aktuellen und möglichen zukünftigen Klimabedingungen. Diese Hinweise können der Anpassung der Buche an den Klimawandel und der Erhöhung der genetischen Vielfalt zugutekommen und dazu beitragen, die Funktion der Wälder als CO2-Senke zu erhalten. Die langen Generationszeiten von Waldbäumen stellen die Forstpflanzenzüchtung vor eine große Herausforderung. Für eine verlässliche quantitative Bewertung und damit qualitativ nachweislich verbessertes Pflanzmaterial, welches für den Waldumbau im Angesicht des Klimawandels dringend und schnell benötigt wird, sind zeit- und ressourcenintensive Anbauversuche notwendig. Neue genomische Methoden bieten genau hier ein enormes Potential, da sie die Züchtung stark beschleunigen könnten. Durch kürzlich erfolgte technische Entwicklungen bei der Sequenzierung sowie die besondere Kombination klassischer Züchtungsforschung mit modernster Genomforschung am Thünen-Institut für Forstgenetik haben wir heute die einzigartige Möglichkeit, den Grundstein für die Forstpflanzenzüchtung der Zukunft zu legen. Über die Dringlichkeit der Anpassung der Wälder an den Klimawandel besteht Einigkeit, die notwendigen und richtigen Schritte dafür sind allerdings teilweise nicht so klar. Wie groß ist beispielsweise der potentielle genetische Einfluss auf die Stabilität von Waldökosystemen angesichts des Klimawandels und welchen Beitrag kann die Genetik für eine Anpassung leisten? Um diese Frage verlässlich beantworten zu können, müssen wir durch Genotyp-Phänotyp-Assoziationen die genetische Architektur relevanter Merkmale aufklären, also die Anzahl und die Effektgrößen der an der Ausprägung des Merkmals beteiligten Genorte. Wir müssen die Verteilung der beteiligten Genorte über das Verbreitungsgebiet charakterisieren und die Möglichkeiten neuer genetischer Kombinationen bewerten. So können wir Ziele definieren, die mit genetischen Methoden besonders schnell und effizient erreicht werden können. Gleichzeitig können wir aber auch Bereiche aufzeigen, bei denen der Fokus auf waldbaulichen oder anderen alternativen Maßnahmen liegen sollte. Ziel des „Buchengenomik“ Projektes ist es deshalb, die genetische Variation der Buche über ihr Verbreitungsgebiet zu charakterisieren. Gleichzeitig werden in einem „Common Garden“ Phänotypisierungen durchgeführt. Durch Genotyp-Umwelt und Genotyp-Phänotyp Assoziationen werden wir wichtige Erkenntnisse über die genetische Architektur verschiedener Merkmale gewinnen, die für die Entwicklung zukünftiger Züchtungsstrategien von entscheidender Bedeutung sind.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Waldbau
- Forstgenetik
