Molekulargenetische Untersuchungen an den Edellaubbaumarten Vogelkirsche und Bergahorn

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Projektleiter Dipl.-Ing. Dr. B. Heinze

Laufzeit 1998- 2002

Hintergrund

Edellaubholz ist eine echte Alternative für Forstbetriebe - gutes Holz hat immer einen guten Preis, und viele Edellaubhölzer leisten ökologisch wichtige Beiträge zur Stabilität von Waldbeständen. Manche Edellaubhölzer sind auch relativ raschwüchsig. Weil viele dieser Baumarten jahrzehntelang wenig beachtet wurden, ist auch das Wissen um ihre genetischen Besonderheiten noch sehr gering. Deshalb untersuchen wir in diesem Projekt die Vogelkirsche (Prunus avium) und den Bergahorn (Acer pseudoplatanus). Dabei interessiert uns das Muster der genetischen Vielfalt, also die Biodiversität, dieser Baumarten in Österreich, im Vergleich zum übrigen Verbreitungsgebiet.

Warum Molekulargenetik?

Molekulare Marker (DNA) erlauben bei Bäumen einen "Vaterschafts-" bzw. "Mutterschaftsnachweis" ähnlich wie beim Menschen. Man kann damit also für jeden einzelnen Samen die "Eltern" in einer Gruppe von Bäumen suchen. Dazu wird sogenannte Mikrosatelliten-DNA analysiert. Bei der Vogelkirsche, einer meist verstreut vorkommenden Baumart mit wertvollem Holz, sollen die Befruchtungsverhältnisse in größeren Vorkommen mit denen von einzeln stehenden Bäumen geklärt werden. Saatgut aus verschiedenen Jahren soll im Hinblick auf genetischen Einheitlichkeit untersucht werden, wenn möglich unter Einbeziehung von Plantagenbeerntungen. Ausserdem werden molekulargenetische Unterschieden zwischen Vogelkirschen im Wald und Hauskirschenklonen gesucht.

Unbekannter Bergahorn

Beim Bergahorn ist die Suche nach genetischer Differenzierung der Vorkommen in Österreich nach geographischer Lage und Höhenstufen geplant, ebenso ein Vergleich der genetischen Zusammensetzung von Klonen in Samenplantagen.

Bisherige Arbeiten

Proben von Vogelkirschen, vor allem Saatgut, wurden aus dem sommerwarmen Osten und dem östlichen Alpenvorland gewonnen. Um die österreichischen Proben in einem größeren geographischen Rahmen einzuordnen, wurden kleinere Mengen Untersuchungsmaterial aus Südfrankreich (Pyrenäen), Slowenien, der Slowakei, Rumänien, aus der Türkei und aus dem Iran besorgt.

Chloroplasten-DNA-Marker wurden in informeller Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut der INRA Bordeaux (Gruppe Dr. Rémy Petit) weiterentwickelt und gegenseitig getestet. Diese Marker sollten für die meisten Laubbäume verwendbar sein. Mittlerweile steht durch Neudesign und Kombination bereits bekannter so genannter PCR-Primer ein Satz von Markern für einen großen Bereich der Chloroplasten-DNA (so genannte "large single copy region") zur Verfügung. Diese Marker erlauben nicht nur die Untersuchung des gesamten erwähnten Abschnittes der Chloroplasten-DNA, sondern auch für viele Bereiche die detaillierte Analyse interessanter Genbereiche. Diese und viele weitere Primer sind in einer Datenbank von Chloroplasten-DNA-Primern zusammengefasst. Die Chloroplasten-DNA-Untersuchungen wurden mit einem neuen Analysengerät (denaturierende Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie) methodisch vereinfacht.

Erste Ergebnisse: geographische Vielfalt der Kirsche

Bei den Untersuchungen des österreichischen und ausländischen Materials wurden Unterschiede im Chloroplasten-Genom der Kirschen gefunden, die sich folgendermaßen interpretieren lassen: Prunus avium L., die Kirsche (Vogel- und Hauskirsche) kann von verwandten Arten wie Traubenkirsche (Prunus padus) und Sauerkirsche (Prunus cerasus) mit diesen Markern leicht unterschieden werden (womit auch Saatgut überprüft und auf Verfälschung beurteilt werden kann). Zwei verbreitete alte Hauskirschensorten, "Große Schwarze Knorpelkirsche" und "Kassins Frühe" zeigen ein Muster, das sich von der Gruppe der Vogelkirschen und übrigen Hauskirschen in vielen Details unterscheidet. Fallweise zeigen auch vermeintliche Vogelkirschen aus der "Feldflur" diesen vermeintlichen Hauskirschentyp. Während diese Variante in den Proben aus Frankreich, Slowenien und der Slowakei vollständig fehlt, werden beide Typen in Rumänien gefunden. In den Proben aus der Türkei (östliche Schwarzmeerküste) schließlich scheint der abweichende Typ vorherrschend zu sein, weiters wurde dort noch ein dritter Typ gefunden. Im Iran schließlich tauchen plötzlich ganz andere und vielfältige Typen auf.

Süß- oder Vogelkirschen?

Vermehrtes Auftreten des besonderen Hauskirschen-Typs in österreichischem Kirschensaatgut kann somit als Verdacht auf Verfälschung mit Kulturkirschen- Saatgut interpretiert werden.

Blüten-Bestäubung im Wald

Mikrosatelliten aus der wissenschaftlichen Literatur zum Untersuchen der Fragestellung Befruchtungsverhältnisse - genetische Bandbreite wurden getestet, und mittlerweile steht ein Satz solcher Markern zur Verfügung. Proben von Vogelkirschen-Saatgut wurden in zwei unterschiedlichen Beständen am Wiener Stadtrand gewonnen: in einem relativ dichten Laubmischwald und in einzeln stehenden Bäumen im Lainzer Tiergarten.

Saatgut des Bergahorn

Für Bergahorn wurden Saatgutbeerntungen aus der Vermehrungsgut-Kontrolltätigkeit erhalten. Diese Beerntungen stellen ein relativ grobes, aber gut verteiltes geographisches Muster in Österreich dar. Die oben erwähnten Chloroplasten-PCR- Primer und Methoden sollten auch für diese Art leicht eingesetzt werden können, während in der wissenschaftlichen Literatur noch keine chromosomalen DNA-Marker beschrieben werden.