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Adaptive genetische Differenzierung in Picea chihuahuana M. verursacht durch unterschiedliche Kupferkonzentrationen im Oberboden

Quelle: Forstarchiv 83; 1, 48-51 (2012)
Autor(en): WEHENKEL C, MARTINEZ-GUERRERO J H, PINEDO-ALVAREZ A, CARRILLO A

Kurzfassung: Die mexikanische Chihuahua-Fichte (Picea chihuahuana M.) ist die am südlichsten vorkommende Fichtenart der Welt. Die geschützte Art umfasst etwa 43.000 Individuen, inklusive aller mannbaren Bäume und Naturverjüngung. Kupfer ist ein wichtiges Bodenelement und Bestandteil der wichtigen Proteine Superoxid-Dismutase, Polyphenoloxidase, Cytochromkomplex und Plastocyanin, die am Elektronentransfer beteiligt sind. Bestimmte Konzentrationen dieses Elements in Pflanzenpopulationen könnten gerichtete Selektion erzwingen, auf welche die Populationen mit Anpassung reagieren. Diese Hypothese wurde am Beispiel der in kleinen und isolierten Populationen vorkommenden Chihuahua-Fichte, die auf unterschiedlichen Böden stockt, getestet. In dieser Studie wurden fünf Populationen von Picea chihuahuana im Bundesstaat Durango, Mexiko, auf adaptive genetische Differenzierung untersucht, welche vermutlich durch unterschiedliche Kupferkonzentrationen im Oberboden verursacht wurde. Der Kupferkonzentration des Oberbodens wurde für jede Population mithilfe von DTPA und einem Spektralfotometer bestimmt. Es wurde Nadelmaterial von 254 Individuen einer modifizierten AFLP-Analyse unterzogen. Die „Ausreißer“-Genorte wurden unter Nutzung der genotypischen Differenzierung zwischen den Populationen (δ) und ihren Komponenten (Dj) und Permutationstests unter Beachtung der Falsch-Positiv-Raten identifiziert. Der Zusammenhang zwischen der relativen Häufigkeit des rezessiven Genotyps und der Kupferkonzentration wurde mittels der Covariation (C) berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die genetische Differenzierung der fünf Populationen an einem von 319 untersuchten Genorten sehr wahrscheinlich durch direkten oder indirekten Einfluss von Kupfer im Oberboden verursacht wurde. Dies lässt sich durch seine große Wirkung als Mikroelement erklären. Auf der Basis der Studienergebnisse schlussfolgern wir, dass die Wechselwirkung von Bodenfaktoren und genetischen Strukturen in Waldbäumen ein interessantes Forschungsgebiet in der Zukunft darstellt.


Adaptive genetic differentiation in Picea chihuahuana M. caused by different copper concentrations in the top soil

Abstract: Chihuahua spruce (Picea chihuahuana M.) which occurs in Mexico, has the most southerly distribution of all spruce species in the world. The protected species comprises altogether about 43,000 individuals, including all adult and juvenile trees. Copper is an important soil element and a component of the important proteins superoxide dismutases, polyphenol oxidase, cytochrome complex and plastocyanin that are involved in plant metabolism. Certain concentrations of this element in a plant population may force directed selection, to which the population reacts with adaptation. This hypothesis may be tested using small populations of Chihuahua spruce, which occur in isolated communities on different soils. In this study, five populations of Picea chihuahuana in Durango State, Mexico, were examined with regard to adaptive genetic differentiation which was presumably caused by different copper concentrations in the top soil. The copper concentration was determined for every population by DTPA and spectrophotometer. Needle samples of 254 individuals were analyzed using modified AFLP technology. Outlier loci were detected using the genotype differentiation δ among populations and its components Dj, and permutation tests considering false discovery rates. The relationship between the relative frequency of the recessive genotype and copper concentration was measured by the covariation. The results show that the genetic differentiation of 5 populations at one of 319 scanned gene loci was very likely caused by direct or indirect influence of copper in the top soil. This may be explained by the big impact of copper as an essential microelement. Based on the results of the study, we conclude that the interaction of soil factors and genetic structures presents an interesting field of research relating to forest trees in the future.

© DLV München

 

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