Populationsgenetik & Evolutionäre Ökologie als Grundlagen in Biodiversitätsforschung und Naturschutz. Dr. Lars Opgenoorth
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- Hildegard Johanna Arnold
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1 Populationsgenetik & Evolutionäre Ökologie als Grundlagen in Biodiversitätsforschung und Naturschutz Dr. Lars Opgenoorth
2 Hessische Landesnaturschutztagung 1 Warum Genetik im Naturschutz?
3 Hessische Landesnaturschutztagung 1 Warum Genetik im Naturschutz? biologische Vielfalt umfasst die Vielfalt innerhalb von Arten und zwischen den Arten und die Vielfalt von Ökosystemen (CBD 1992) Genetische Vielfalt ist die Voraussetzung für Merkmalsvielfalt von Organismen und damit für Anpassungen an unterschiedliche Umweltbedingungen und Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Umweltbedingungen.
4 Hessische Landesnaturschutztagung 2 Was ist Genetische Vielfalt? Genetische Variationen sind Unterschiede in der genetischen Zusammensetzung z.b. von Individuen, Populationen oder Arten.
5 Hessische Landesnaturschutztagung 2 Was ist Genetische Vielfalt? Genetische Variationen sind Unterschiede in der genetischen Zusammensetzung z.b. von Individuen, Populationen oder Arten. 1. Neutrale genetische Variation Verwandtschaftsverhältnisse, Demographie, neutrale Evolution
6 Hessische Landesnaturschutztagung 2 Was ist Genetische Vielfalt? Genetische Variationen sind Unterschiede in der genetischen Zusammensetzung z.b. von Individuen, Populationen oder Arten. 1. Neutrale genetische Variation Verwandtschaftsverhältnisse, Demographie, neutrale Evolution 2. Funktionelle genetische Variation Anpassungen an Umwelt, adaptive Evolution
7 Hessische Landesnaturschutztagung 3 Methoden der Natuschutzgenetik Neutrale genetische Marker Iso-/Alloenzyme AFLPs Mikrosatelliten SNPs Gen-Sequenzierung Vs. Anpassungsrelevante Marker SNPs Gen-Sequenzierung Exome Capture Transkriptomanalyse Genomanalyse
8 Hessische Landesnaturschutztagung 3 Methoden der Natuschutzgenetik Neutrale genetische Marker Iso-/Alloenzyme AFLPs Mikrosatelliten SNPs Gen-Sequenzierung GTACTACTACTACTACTAC 6 GTACTACTACTAC 4 Vs. Anpassungsrelevante Marker SNPs Gen-Sequenzierung Exome Capture Transkriptomanalyse Genomanalyse
9 Hessische Landesnaturschutztagung 3 Methoden der Natuschutzgenetik Neutrale genetische Marker Unterscheidung von Individuen Populationen (Unter-)Arten Beschreibung von Zuständen Populationsstruktur Populationsgröße Inzuchtdepression Genetische Vielfalt und Prozessen Genfluss Hybridisierung Genetische Drift Vs. Anpassungsrelevante Marker Unterscheidung von s.o. Anpassung Anpassungsfähigkeit Beschreibung von Zuständen s.o. und Prozessen s.o. Selektion Adaptive Radiation
10 Hessische Landesnaturschutztagung 4 Beispiele I & II - Genetisches Monitoring Auerhuhnbestände im Bayerisch/ Böhmischen Grenzgebirge Arnica montana L. Bestände in Hessen
11 Hessische Landesnaturschutztagung 5 Fragen aus dem genetischen Monitoring Auerhuhn Wie viele Auerhühner gibt es noch im Bayerisch-/Böhmischen Grenzgebirge? Ist die Population langfristig überlebensfähig und sind die Teilpopulationen noch ausreichend vernetzt? Kontakt: Sascha Rösner Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
12 Hessische Landesnaturschutztagung 6 Nicht-invasive Beprobung auf Landschaftsniveau Winter > Kotproben ~ 70 Helfer/innen 10 Mikrosatelliten-Marker Kontakt: Sascha Rösner Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
13 Hessische Landesnaturschutztagung 7 Verteilung der Proben Landschaftsschutzgebiete Šumava Nationalpark Nationalpark Bayerischer Wald 550 Kotproben genotypisiert 219 Genotypen, 184 mehrmals gefunden Kontakt: Sascha Rösner Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
14 Hessische Landesnaturschutztagung 7 Verteilung der Proben Landschaftsschutzgebiete Šumava Nationalpark ~ 230 Vögel Nationalpark Bayerischer Wald ~ 150 Vögel ~ 540 Auerhühner Genfluss, keine Subpopulationen Max. Distanz: 34 km Mittlere Aktionsräume: 1,5 km² Hähne 2,4 km² Hennen 0,13 km² Kontakt: Sascha Rösner Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
15 Hessische Landesnaturschutztagung 7 Verteilung der Proben Landschaftsschutzgebiete Šumava Nationalpark ~ 230 Vögel Nationalpark Bayerischer Wald ~ 150 Vögel Nutzen für Naturschutzpraxis schonendes Monitoring der Population Management z.b. Touristenlenkung anhand Fundorten Kontakt: Sascha Rösner Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
16 Hessische Landesnaturschutztagung 8 Genetisches Monitoring von Arnica montana Hintergrund Arnika ist eine der Arten in besonderer Verwantwortung Deutschlands Populationen nehmen aufgrund von Landnutzungsänderung und Eutrophierung ab Fragen Existieren mehrere Genpools im Untersuchungsgebiet? Gibt es einen Verlust Genetische Vielfalt in kleinen Beständen Gibt es ausreichend Genfluss oder Hinweise auf Inzucht? Kontakt: Sascha Liepelt Naturschutzbiologie, AG Ziegenhagen
17 Hessische Landesnaturschutztagung Individuen/Population 14 Mikrosatelliten Marker Kontakt: Sascha Liepelt Naturschutzbiologie, AG Ziegenhagen
18 Hessische Landesnaturschutztagung 9 Schlussfolgerungen Moderate aber deutliche Differenzierung der Populationen Die meisten Individuen lassen sich eindeutig ihrer Ursprungspopulation zuordnen Große und mittlere Populationen zeigen bisher keine Anzeichen rückläufiger Diversität und Inzucht Kontakt: Sascha Liepelt Naturschutzbiologie, AG Ziegenhagen
19 Hessische Landesnaturschutztagung 9 Nutzen für Naturschutzpraxis Bestimmung inzuchtgefährdeter Populationen Stützung verarmter Populationen durch nah verwandtes Material Kontakt: Sascha Liepelt Naturschutzbiologie, AG Ziegenhagen
20 Hessische Landesnaturschutztagung 10 Beispiel III - Barcoding zur Erfassung von Nahrungs- und Interaktionsnetzwerken Kontakt: Nina Farwig Naturschutz, AG Farwig
21 Hessische Landesnaturschutztagung 11 Kontakt: Nina Farwig Naturschutz, AG Farwig
22 Hessische Landesnaturschutztagung 12 Interaktion Deposition Kontakt: Nina Farwig Naturschutz, AG Farwig
23 Anteil ausgebreiteter Pflanzenarten [%] Dr. Lars Opgenoorth Hessische Landesnaturschutztagung 12 Interaktion Deposition Kontakt: Nina Farwig Naturschutz, AG Farwig
![Anteil ausgebreiteter Pflanzenarten [%] Dr. Lars Opgenoorth 20.10.](/docs-images/74/70784663/images/24-0.jpg "2016 Hessische Landesnaturschutztagung 12 Interaktion Deposition Nutzen")
24 Anteil ausgebreiteter Pflanzenarten [%] Dr. Lars Opgenoorth Hessische Landesnaturschutztagung 12 Interaktion Deposition Nutzen für Naturschutzpraxis Quantifizierung von Nahrungsnetzen zum Biodiv-Management in der Forstwirtschaftlichen Praxis Kontakt: Nina Farwig Naturschutz, AG Farwig
25 Hessische Landesnaturschutztagung 13 Beispiel IV Ist die Schwarzpappel im Naturschutzgebiet Kühkopf/ Knoblochsaue durch Hybridisierung gefährdet? Hintergrund Schwarzpappel (Populus nigra L.) Schlüsselart in der Weichholzaue Rote Liste Art aufgrund von Vernichtung des Lebensraumes insbesondere der natürlichen Flußdynamik Mögliche Introgression der Hybridpappel (Populus x canadensis), die z.t. großflächig in Plantagen, aber auch entlang von Flüssen angebaut wurde Frage Gibt es natürliche Regeneration bei der Schwarzpappel am Kühkopf oder wird sie durch Hybridpappeln verdrängt? Gibt es Rückkreuzungen bei den juvenilen Populationen? Wie groß sind die Anteile vegetativer und generativer Vermehrung?
26 Hessische Landesnaturschutztagung 14 Kontakt: Ronald Bialozyt Naturschutzbiologie, AG Ziegenhagen
27 Hessische Landesnaturschutztagung 14 Knoblochsaue ~ 90/10 Nigra/Hybridpappeln davon ~ 50/50 F1/Rückkreuzungen nahezu keine Klone Kühkopf 181/1 Nigra/Hybridpappeln nahezu keine Klone Kontakt: Ronald Bialozyt Naturschutzbiologie, AG Ziegenhagen
28 Hessische Landesnaturschutztagung 14 Knoblochsaue ~ 90/10 Nigra/Hybridpappeln davon ~ 50/50 F1/Rückkreuzungen nahezu keine Klone Kühkopf 181/1 Nigra/Hybridpappeln nahezu keine Klone Nutzen für Naturschutzpraxis Managementstrategie anpassen, wie z.b. Hybride im Jungwuchs rausnehmen Kontakt: Ronald Bialozyt Naturschutzbiologie, AG Ziegenhagen
29 Hessische Landesnaturschutztagung 15 Beispiel V - Welche genetischen Folgen hat die langjährige ex-situ Kultivierung von Pflanzen in Botanischen Gärten das Beispiel Hundszunge (Cynoglossum officinale) Kontakt: Diethart Matthies Pflanzenökologie, AG Matthies
30 Hessische Landesnaturschutztagung 16 Geringere genetische Vielfalt hat negative Folgen für Wachstum der Pflanzen Nutzen für Naturschutzpraxis Ex-Situ Schutzstrategie durch genetisches Monitoring nachjustieren Kontakt: Diethart Matthies Pflanzenökologie, AG Matthies
31 Hessische Landesnaturschutztagung 17 Beispiel VI - Genomische Untersuchungen zur Lokalanpassung von Bäumen u.a. im NP Kellerwald-Edersee Fragen Auf welcher räumlichen Skala findet Lokalanpassung bei Waldbäumen statt? Sind heimische Genotypen in der Lage mit dem Globalen Wandel zurecht zu kommen? Ziele Bestimmung von adaptiv relevanten Genorten durch Genotyp Phänotyp Assoziationen Entwicklung Genomischer Ressourcen Entwicklung Hochdurchsatzphänotypen Katrin Heer, Naturschutzbiologie, AG Ziegenhagen Lars Opgenoorth, Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
32 Hessische Landesnaturschutztagung 18 Bäume als Untersuchungsobjekt in Genotyp-Phänotyp Assoziationen Langlebigkeit/Lange Generationszeiten Wenige Generationen für den Erwerb von Anpassungen Komplexer Phänotyp mit enormer Plastizität Größe Wuchsform Austrieb Kontakt: Lars Opgenoorth Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
33 Hessische Landesnaturschutztagung 18 Bäume als Untersuchungsobjekt in Genotyp-Phänotyp Assoziationen Langlebigkeit/Lange Generationszeiten Wenige Generationen für den Erwerb von Anpassungen Komplexer Phänotyp mit enormer Plastizität Größe Wuchsform Austrieb Experimente & Phänotypisierung schwierig Kontakt: Lars Opgenoorth Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
34 Hessische Landesnaturschutztagung 19 3D Modelle aus Drohnenaufnahmen zur Erfassung von Parametern auf Einzelbaumniveau Phänologie (Blattaustrieb, Seneszenz ) Wuchsparameter (Baumhöhe, Kronenform, ) Konkurrenzindices Mikrostandort Topographie/Digitales Oberflächenmodell Produktivität Kontakt: Lars Opgenoorth Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
35 Hessische Landesnaturschutztagung 20 Reduziertes Wachstum bei Weißtanne (Abies alba) in 70ern infolge Luftverschmutzung Extreme Wachstumssteigerung seit den 90ern Individuelle Parameter aus Bohrkernen Resistenz (Tiefe Depression) Resilienz (Dauer von und Wachstum nach Depression) Kontakt: Lars Opgenoorth Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
36 Hessische Landesnaturschutztagung 20 Reduziertes Wachstum bei Weißtanne (Abies alba) in 70ern infolge Luftverschmutzung Extreme Wachstumssteigerung seit den 90ern SNPs in drei stressbezogenen Kandidatengenen korrelieren positiv mit Resistenz (Tiefe Depression) Kontakt: Lars Opgenoorth Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl
37 Hessische Landesnaturschutztagung 21 Populationsgenetik und Evolutionsökologie leisten im Sinne einer modernen Naturschutzgenetik wesentliche Beiträge zum Schutz biologischer Vielfalt auch in Hessen Der Einsatz von neutralen Markern erlaubt einen unmittelbaren Einsatz für die Naturschutzpraxis Adaptive Marker insb. Methoden des Next-Generation Sequencing sind noch weitestgehend für Grundlagenforschung vorbehalten; jedoch sind in den kommenden Jahren wesentliche Praxisimpulse zu erwarten
38 Hessische Landesnaturschutztagung 21 Wissens- und Erfahrungstransfer zwischen wissenschaftlichem und praktischen Naturschutz sind von herausragender Bedeutung Wir freuen uns über neue Kooperationen mit der Naturschutzpraxis Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Allgemeine Ökologie/Tierökologie, AG Brandl Pflanzenökologie, AG Matthies Naturschutz, AG Farwig Naturschutzbiologie AG Ziegenhagen
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