Spirke (Pinus montana var. rostrata) und Gemeine Kiefer (Pinus sylvestris) sind nah verwandte Arten und haben von den Pyrenaeen im Westen ueber die Alpen bis zum Kaukasus im Osten ein gemeinsames Verbreitungsgebiet. Beide Arten koennen unter natuerlichen Bedingungen Hybriden bilden. Populationen hybridogenen Ursprungs sind relativ haeufig auf solchen Standorten zu finden, auf denen die 'reinen Arten' selten ueberleben, z.B. in Mooren und auf nassen Boeden. In der Literatur gibt es ausserdem zahlreiche Hinweise, dass Hybridisierung und Introgression im gemeinsamen Verbreitungsgebiet die genetische Variation von Populationen erhoehen. Dies koennte insofern eine grosse Bedeutung haben, als dadurch die Anpassungsfaehigkeit erhoeht wird. Im Zusammenhang mit Untersuchungen ueber die Vererbung von Wuchs- und Resistenzmerkmalen wurden im Jahre 1977 kontrollierte Kreuzungen zwischen Klonen der beiden Kiefernarten durchgefuehrt und das Saatgut 1981 ausgesaet. Die Jungpflanzen wurden 1984 in einem Feldversuch ausgepflanzt. An diesen Nachkommenschaften und ihren Elternklonen wurden in Zusammenarbeit mit der Genetischen Abteilung der Universitaet Poznan/Polen Vererbungsmuster von Proteinmarkern anhand von Antigenproteinen und Isoenzymen untersucht. Die Ergebnisse koennen zum besseren Verstaendnis von Evolutionsvorgaengen in natuerlichen Hybridschwaermen beitragen. Ergebnis: In den immunochemischen Untersuchungen zeigten die Hybriden unterschiedliche Aehnlichkeiten mit den jeweiligen Eltern. Einige Nachkommen hatten ausgepraegte muetterliche (maternale Vererbung), andere mehr vaeterliche Vererbungsmuster (paternale Vererbung). Wenige Hybriden verhielten sich intermediaer. In den Isoenzymanalysen wurden Abweichungen von den zu erwartenden Mendel-Aufspaltungen festgestellt. In einigen Kreuzungsnachkommenschaften war ein Ueberschuss an heterozygoten Individuen zu verzeichnen. Von besonderem Interesse waren Beobachtungen, dass sich sowohl bei den immunochemischen wie auch bei den isoenzymatischen Analysen sog. 'neue' Proteine nachweisen liessen, die bei den jeweiligen Eltern nicht vorhanden waren. Dieses Phaenomen konnte man bisher auch bei Kreuzungsnachkommenschaften anderer Baumarten beobachten. Die Ursachen sind allerdings noch nicht eindeutig geklaert.
Wesentliche Voraussetzung für das Gesamtvorhaben ist die Beprobung von jeweils 20 Vorkommen der beiden Modellarten Prunus spinosa und Corylus avellana in Deutschland und Süd- bzw. Südosteuropa. Während die Auswahl der Vorkommen mit Beteiligung aller Projektpartner erfolgt, wird die Beprobung vollständig von ISOGEN übernommen. Dabei ist Probenmaterial in ausreichender Menge und Qualität für genetische Untersuchungen sowie für die Anlage der Klonarchive bereitzustellen. Im Bereich der Untersuchung genetischer Marker übernimmt ISOGEN die Reihenuntersuchungen an Isoenzymen und AFLPs, Genmarker finden seit vielen Jahren als unverzichtbares Instrument im Bereich der Erhaltung genetischer Ressourcen Verwendung. Allgemein werden sie bei der Messung genetischer Vielfalt und Diversität innerhalb von Vorkommen, sowie der Messung genetischer Unterschiede zwischen Vorkommen und Regionen eingesetzt. Sie sind unverzichtbares Hilfsmittel für die Ausweisung und das Management genetischer Ressourcen (GEBUREK and TUROK 2005). Im Rahmen des hier beantragten Projektes steht dabei die geografisch/genetische Differenzierung von Herkünften im Vordergrund. Bei Untersuchungen von Schlehenvorkommen in Niedersachsen konnte mit Hilfe von Isoenzym-Genmarkern eine außergewöhnlich hohe genetische Differenzierung von Vorkommen nachgewiesen werden (KLEINSCHMIT et al. 2008). Untersuchungen in natürlichen Vorkommen mit Hilfe von AFLP-Fingerprint-Methoden wurden für beide Arten bisher nicht durchgeführt, lediglich für C. avellana sind erste Analysen zur Sortenidentifizierung bekannt (FERRARI et al. 2005). Dieses universelle d.h. auf beliebige Arten anwendbare Verfahren gewährleistet eine hohe Repräsentativität bzgl. des untersuchten Genoms. Dabei wird eine Vielzahl zufälliger Abschnitte aus dem Genom untersucht. Untersuchungen an verschiedenen Baumarten zeigten eine gute Eignung dieser Methode zur geographisch genetischen Differenzierung von Baumarten (CAO et al. 2006, LARA-GOMEZ et al. 2005, PAPAGE
Ziel des Projektes ist es zu sehen, ob unterschiedliche Reaktionen auf Trockenheit bei Rotbuche (Fagus sylvatica) und Schwarzkiefer (Pinus nigra) genetisch bedingt sind und ob auf dem Wege genetischer Untersuchungen eine Auswahl von Herkünften mit erhöhter Trockenresistenz getroffen werden kann. Im Projekt sollen DNA- und Isoenzymuntersuchungen durchgeführt werden. Zur Bestimmung der genetischen Diversität in den einzelnen Populationen kommen Mikrosatelliten-Genmarker der Kern-DNA und Isoenzymgenmarker zum Einsatz. So wird geprüft, wie hoch die genetische Diversität innerhalb der Populationen ist und wie stark sich die Populationen voneinander genetisch unterscheiden. Um der Frage nach anpassungsrelevanten Trockenstressgenen nachzugehen werden SNPs (single nucleotid polymorphisms) in Kandidatengenen untersucht. Dies geschieht durch die Sequenzierung bestimmter DNA-Abschnitte. Dadurch wird die Nukleotidabfolge in diesen DNA-Abschnitten bestimmt, Änderungen bei einem einzigen Nukleotid werden erkannt. Die statistische Auswertung erfolgt mit spezifischer Software. Einserseits werden über Bayesische Analysemethoden (STRUCTURE, BAPS) und über paarweise FST-Werte (Alequin) die populationsgenetische Struktur und demografische Einflüsse auf die Herkünfte basierend auf neutralen Markern abgeschätzt. Andererseits wird die genetische Diversität der Kandidatengene innerhalb der Herkünfte berechnet und ebenfalls demografische Einflüsse abgeschätzt (Arlequin, DnaSP). Weiters wird über 'Neutralitätstests' festgestellt, ob positive Selektion auf die Kandidatengene innerhalb der Herkünfte gewirkt hat.