Migration und Hybridisierung der Pappelarten im Wiener Raum. Barbara Fussi, Berthold Heinze, Institut für Genetik, BFW (Wien)

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Kajetan Fischer
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1 Migration und Hybridisierung der Pappelarten im Wiener Raum Barbara Fussi, Berthold Heinze, Institut für Genetik, BFW (Wien)

2 Übersicht 2 Pappelarten Populus tremula (Zitterpappel, Aspe) Wiener Wald Populus alba (Silberpappel) Donauauen Genetische Untersuchung möglicher Ursprungspopulationen der Wiener Pappeln

3 Populus tremula

4 Populus alba

subtropische Temperaturen, Küste mit Pappeln Sarmatmeer: trockenes, savannenartiges Klima, Pappeln

5 Erstes Auftreten von Pappeln im Wiener Raum Erdzeitalter Alpine Gebirgsbildung (Mesozoikum 225 Mio) Erste Pappelarten (Tertiär 60 Mio) Heutige Pappelarten (5-10 Mio) Wiener Raum Tortonmeer (Tertiär) : subtropische Temperaturen, Küste mit Pappeln Sarmatmeer: trockenes, savannenartiges Klima, Pappeln an Flußläufen Pannonsee: warm gemäßigtes, feuchtes Klima, Pappeln und andere sommergrüne Ufervegetation

Eiszeit Wechsel von Kalt- und Warmzeiten Kaltzeiten: Wiener Stadtgebiet und Wiener Raum nie vergletschert Ablagerung von Schotter (wenige Fossilien)

6 Eiszeit Wechsel von Kalt- und Warmzeiten Kaltzeiten: Wiener Stadtgebiet und Wiener Raum nie vergletschert Ablagerung von Schotter (wenige Fossilien) Warmzeiten: Klima wie heute und deutlich wärmer Wahrscheinlich, aber nicht bewiesen: wenige Baumarten könnten die Kaltzeiten an geschützten Standorten überdauert haben

7 Der Fall Pappeln Nicht geklärt, ob Pappeln während der Eiszeit in Ö überdauerten, bzw. in den interglazialen Warmzeiten einwanderten letzte Kaltzeit in Europa (vor Jahren), Willis et al.: 7 verschiedene Baumarten aus Ungarn Funde von verkohlten Resten (Lagerfeuer)

8 Einwanderung der Pappel nach der Eiszeit Zitterpappel als Pionierbaumart an vorderster Front des Wanderungsgebiets der Gehölze Hinweis auf Refugium: Zitterpappel laut cpdna ziemlich einheitlich über Europa verteilt (aus Taberlet et al. 1998)

9 Pollendaten von B.C. Skandinavien: am Rand des rückziehenden Gletschers findet man Birken-Pappel-Wald Durchaus auch auf Alpengletscher übertragbar NW-Rand der Alpen: 9.000BC Pappelpollenfunde

10 Migration Wanderung Zitterpappel vor Silberpappel den Wiener Raum besiedelt Wann hat die Silberpappel die Zitterpappel an bestimmten Standorten verdrängt? Wie konnte die Silberpappel in diese Habitate vordringen? Pflanzenmaterial aus: Österreich, Tschechien, Slowakei, Ungarn, Kroatien, Rumänien, ev. Serbien, Italien

12 Methoden PCR und RFLP 4 DNA Fragmente des Chloroplastengenoms 4 Restriktionsenzyme Ergeben 8 Polymorphismen

13 Erbgut der Chloroplasten Plastide werden mütterlich vererbt also über Samen, nicht über Pollen Eroberung neuer Habitate über Samen Chloroplasten-DNA (cpdna): gibt Auskunft über Wanderung von Pflanzenarten in der Vergangenheit Über langen Zeitraum ziemlich stabil Innerhalb einer Art können Populationen durch die Mutation einer Sequenz an einer bestimmten Stelle unterschieden werden

14 Haplotypen von Populus tremula in Europa (Bittkau 2001, Cytofor) 21 verschiedene Haplotypen Blauer Typ ist der älteste Wenig Differenzierung, außer in SO- Europa

15 Vergleich Populus nigra (Schwarzpappel), Cottrell et al.2005 Populationen in sehr dynamischem Zustand wechselnde Flussdynamik Haplotypen, die später kommen, können in neu geschaffenen Habitaten aufkommen Flussüberschwemmungen Haplotypen, die nur im Norden vorkommen: alte ausgebreitet, neue Standorte entstanden, neue Haplotypen konnten Standorte besiedeln, alte sind ausgestorben

16 Phylogeografie der Flussbarbe (Karpfenfisch), Koltlík & Berrebi 2001

17 Hybridisierung (Populus x canescens, Graupappel)

18 Deckschuppen an den Blütenständen bei verschiedenen Pappelarten Populus alba Populus tremula Populus x canescens

19 Genmigration Einkreuzung von Erbgut der Zitterpappel in die Silberpappel (durch Pollen, Lexer et al. 2005) Hybrid F1 Bestäubt der Hybrid eine Silberpappel, dann entstehen Nachkommen, die zu ¾ das Erbgut der Silberpappel und zu ¼ das Erbgut des Hybriden tragen Nachkommen kreuzen in die Silberpappel ein, mit der Zeit haben Silberpappeln einen gewissen Anteil an fremdem Erbgut

20 Blätter von Graupappelsämlingen

21 Molekulargenetische Artbestimmung DNA wird aus jungen Blättern gewonnen PCR (millionenfache Vervielfältigung eines bekannten Teilabschnittes des Erbgutes) Teilabschnitt wird mit einem Enzym behandelt und in 2 kleinere Stücke zerschnitten Unterschiede beruhen auf dem Vorhandensein oder Fehlen einer Stelle in der Abfolge des genetischen Codes

Unterscheidung von Zitterpappel und Silberpappel/Graupappel DNA wird aus jungen Blättern gewonnen PCR (millionenfache Vervielfältigung eines bekannten Teilabschnittes des Erbgutes) Teilabschnitt wird

22 Unterscheidung von Zitterpappel und Silberpappel/Graupappel DNA wird aus jungen Blättern gewonnen PCR (millionenfache Vervielfältigung eines bekannten Teilabschnittes des Erbgutes) Teilabschnitt wird mit einem Enzym behandelt und in 2 kleinere Stücke zerschnitten Unterschiede beruhen auf dem Vorhandensein oder Fehlen einer Stelle in der Abfolge des genetischen Codes M Populus alba M Populus tremula

23 Haplotypen Rein mütterlicher Genotyp Verzweigungsbäume (Phylogramme) werden erstellt Lexer et.al. 2005

24 Unterscheidung P.alba und P.canescens Tragen den gleichen cpdna-haplotypen Chloroplast wird über Mutter=Samenträger vererbt (P.alba ist mütterlicher Anteil der P.canenscens Bäume) Mikrosatelliten zur alba/canescens Unterscheidung (20 verschiedene Marker)

25 Untersuchung über Vermengung der Kerngenome (Nuclear admixture analysis) Statistische Zuordnung der Genotypen von P.x canescens zu P.alba oder P.tremula Morphologische Graupappeln zeigen hohen Prozentsatz an Genvermischung (Kern-Mikrosatelliten) Zeigen eine große Variation von Hybridgenerationen Zeigen Rückkreuzung zu P.alba

26 P.x canescens Hybride zeigen Rückkreuzung zu P.alba P.x canescens zeigt große Variation von Hybridgenerationen Hybride der ersten Generationen liegen zwischen P. alba und P. tremula Lexer et al. 2005

27 Chloroplastendaten (Lexer et al. 2005) Vermischung der 2 Arten über Pollen von P.tremula und Samen von P.alba Begründung: Samen von Zitterpappeln werden geringe Strecken verbreitet im Vergleich zu deren Pollen Wechselnde Standortsbedingungen in der Au durch Überflutung sorgen für neue Besiedelungsmöglichkeiten können von P.x canescens genutzt werden Geografische Nähe von P.alba und P.x canescens

Unterwanderung der Gene in die jeweils andere Art

29 Zusammenfassung Einwanderung der Silberpappel die Donau herauf soll bewiesen werden Graupappel: die Unterwanderung der Gene in die jeweils andere Art über Samen und Pollen soll geklärt werden ZP SP SP ZP SP SP ZP

30 Dank Finanzierung des Projektes durch den Jubiläumsfonds der Stadt Wien für die Österreichische Akademie der Wissenschaften Christian Lexer, Kew Gardens London, Bereitstellung von DNA-Proben Nationalpark Donauauen, Hilfe beim Probensammeln MitarbeiterInnen des Instituts für Genetik, Fotos, Laborarbeit, Gartenarbeit

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