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Projektdauer: 2014 - 2017

PiCadapt – Adaptive genetische Variation der Arve entlang von Umweltgradienten im Bereich der alpinen Baumgrenze

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Einzelne junge Arven rücken an der heutigen Baumgrenze weiter nach oben. Foto: Sabine Brodbeck (WSL)
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Vermessen und Entnehmen einer Nadelprobe an einer juvenilen Arve oberhalb der Baumgrenze bei Zermatt. Foto: Sabine Brodbeck (WSL)
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Arvensämlinge an einem tief gelegenen Arvenstandort im geschlossenen subalpinen Wald. Foto: Felix Gugerli (WSL)
Das SNF-Projekt PiCadapt untersucht die Variation in Genen der Arve (Pinus cembra) in Bezug auf die Anpassung entlang Umweltgradienten. Als Schlüsselart des Baumgrenzen-Bereichs in vielen Gebieten der Alpen kommt der Arve ein wichtige Rolle zu bei der Waldentwicklung als Folge des Klimawandels.

Wenn man verstehen will, wie Tier- und Pflanzenarten auf zukünftige Klimaveränderungen reagieren, hilft es, Muster und Mechanismen auf genomischer Ebene zu untersuchen. Bisherige Studien beschränkten sich hauptsächlich auf sogenannte Modellorganismen, die oft nur eine beschränkte ökologische Relevanz haben. Diese Untersuchungen haben gezeigt, wie Individuen und Populationen  auf genetischer Ebene an ihre lokalen Umweltbedingungen angepasst sind. Dennoch bleibt unklar, ob und wie es einer Art gelingt, die lokal angepassten Genvarianten dorthin auszubreiten, wo in Zukunft die geeigneten Standorte vorkommen werden.

Junge Arven (Pinus cembra) müssen sich bereits heute unter Klimabedingungen etablieren, die sich stark von denen unterscheiden, die bei der Etablierung der heutigen adulten Bestände herrschten. Im Projekt PiCadapt sammeln wir deshalb Proben von juvenilen und adulten Arven entlang mehrerer Höhengradienten in den Alpen. Mittels modernster Sequenzierungsmethoden wollen wir in einer breiten Palette von Genen Variation identifizieren und quantifizieren. Damit können wir das Vorkommen von Genvarianten sowohl zwischen adulten und juvenilen Kohorten wie auch zwischen tief- und hochgelegenen juvenilen Populationen vergleichen. Wir erwarten, dass es als Folge der grossen Unterschiede in Temperatur und Niederschlag, die die verschiedenen Bäume erleben, grosse Unterschiede in der genetischen Zusammensetzung dieser Kohorten und Populationen gibt.
Im Detail wollen wir folgende Fragen beantworten:

  • Können wir Gen-basierte Polymorphismen (so genannte SNPs) mit verschiedenen Umweltgradienten im ganzen Verbreitungsgebiet von P. cembra assoziieren?
  • Zeigen adulte und juvenile Kohorten von P. cembra verschiedene Allel- und Genotypfrequenzen in Genen, die bei der Anpassung an die lokalen Bedingungen ein Rolle spielen?
  • Unterscheiden sich Allel- und Genotypfrequenzen an mutmasslich adaptiven Gen-Orten zwischen juvenilen P. cembra Populationen entlang von Umweltgradienten?
  • Sind Allele in adulten Arven, die eine Anpassung an die tieferen Lagen zeigen, auch in juvenilen Populationen in hohen Lagen präsent, so dass letztere an zukünftige Klimabedingungen angepasst sind?
  • Können wir die Assoziationen von Polymorphismen und Umweltvariation in einem erweiterten Populationsset in den Alpen bestätigen?
Weitere Informationen zu ähnlichen Projekten in unserer Forschungsgruppe:
  • Ökologische Genetik der Arve
  • QuercAdapt: Zusammenhang zwischen ökologischen Gradienten und adaptiver genetischer Variation bei Eichen.
  • GeneScale; Hochaufgelöste digitale Höhenmodelle für Landschaftsgenomik auf verschiedenen räumlichen Skalen.
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Stichworte Pinus cembra, Arve, Zirbe, Genomik, Transkriptome, Adaptation, Validierung, Umweltassoziation

 

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