Projekt
GenMon - Genetische Systeme von Waldbäumen im zeitlichen und räumlichen Wandel

Genetische Vielfalt ist eine wesentliche Grundlage von Waldbaumpopulationen, sich aus eigener Kraft an verändernde Umweltbedingungen anzupassen.

Sie ist damit das Fundament für die langfristige Stabilität und Produktivität von Waldbeständen.

Ansteigende Jahresmitteltemperaturen können zu einer verlängerten Vegetationsperiode führen. Mit dem Klimawandel häufen sich zudem extreme Wetterereignisse wie Stürme, Starkniederschläge, Nassschnee, Dürren oder Spätfröste. Diese Störereignisse beeinflussen das Austriebsgeschehen sowie das Blüh- und Fruktifikationsverhalten der Wälder. Andauernde, durch Spätfrost induzierte Blühausfälle führen zu einer geringeren oder gänzlich fehlenden Samenausreifung. Diese Selektionseffekte können zu einer genetischen Verarmung bei den Nachkommenschaften führen. Umgekehrt kann eine Zunahme sommerlicher Trockenheit zu einer häufigeren Blüh- und Samenausbildung in den Beständen führen, die wiederum mit Zuwachs- und Vitalitätseinbußen bei den fruktifizierenden Bäumen einhergehen können.

Optimal ist ein fortwährendes und intaktes Blüh- und Fruktifikationsgeschehen, das mit einer vitalen, zahlreichen und konkurrenzfähigen natürlichen Verjüngung einhergeht.

Zuerst wird der gegenwärtige Zustand des genetischen Systems erfasst. In regelmäßigen Abständen werden die zeitlichen und räumlichen Veränderungen festgestellt. Das genetische System wird durch Prozesse wie Drift, Migration, Selektion sowie das Paarungssystem beeinflusst.

Über ausgewählte Indikatoren (Prüfgrößen, die den Zustand und die Funktionsfähigkeit dieser Systeme beschreiben) und Verifikatoren (über das genetische Monitoring erhobene Feststellungsgrößen) werden die Funktionsweisen und Regulationsmechanismen überprüft. Genetisches Monitoring kann damit die über den Genotyp beeinflusste physiologische Reaktionsfähigkeit der Bestände sichtbar machen und somit als ein Frühwarnsystem im Klimawandel verstanden werden.

Mit dem Verbundprojekt GenMon wurde erstmalig ein deutschlandweites genetisches Monitoringnetz für die beiden forstlichen Hauptbaumarten Rotbuche (Fagus sylvatica - FSY) und Gemeine Fichte (Picea abies - PAB) aufgebaut.

Auf jeder Monitoringfläche wurde ein genetischer Fingerabdruck an mindestens 250 Altbäumen und 400 Verjüngungspflanzen gewonnen. Außerdem wurde an 20 Samenbäumen das Saatgut genetisch analysiert.

Für die genetischen Analysen wurden moderne, neutrale und hochvariable Kernmikrosatteliten-Genmarker eingesetzt. Für jeden Bestand wurden populationsgenetische Parameter wie zum Beispiel die genetische Vielfalt und Diversität oder die Allelverteilungen berechnet.

Die qualitativen Eigenschaften der Absaaten in einem guten Samenjahr wurden mittels Saatgutprüfung erhoben. Darüber hinaus wurden über einen Zeitraum von drei Jahren das Blühverhalten, der Austriebsverlauf, das Ausmaß der Fruktifikation sowie die Vitalität an mindestens 20 fixen Altbäumen bonitiert.

Intakte genetische Systeme sind die Voraussetzung für den Erhalt der genetischen Vielfalt und damit für eine erfolgreiche Anpassung von Waldbaumpopulationen an sich ändernde Umweltbedingungen.

Die eingesetzten neutralen Mikrosatelliten-DNA-Marker gewährleisten eine permanente Überwachung von Mechanismen, die der Weitergabe und Erzeugung genetischer Information dienen. Damit liefern sie auch Hinweise über negative Effekte wie zum Beispiel den Verlust genetischer Vielfalt durch Veränderungen in der Populationsstruktur oder der Paarungs-, Reproduktions- und Ausbreitungssysteme. Eine Identifizierung dieser Effekte kann dazu beitragen, diesen negativen Auswirkungen durch waldbauliches Handeln gegenzusteuern.

Bei der Buche ließen sich bei den jährlichen Austriebsbonituren in zahlreichen Beständen extreme Früh- und Spättreiber nachweisen. Das genetische Material dieser Individuen wurde für die Konstruktion neuer adaptiver Genmarker eingesetzt. Das sind Marker, die das Merkmal „Austriebstermin“ unter Anwendung modernster Technologien (z.B. Next Generation Sequencing „NGS“) an Abschnitten der DNA sichtbar machen sollen.

Die Entwicklung genetischer Marker und ihre Erprobung im Hinblick auf eine Korrelation mit adaptiven phänotypischen Merkmalen tragen wesentlich zur Beurteilung der klimatischen Anpassungsfähigkeit von Waldbeständen bei.