Klonale Diversität und populationsgenetische Struktur der Großen Getreidelaus Sitobion avenae (F.) in Zentraleuropa

Die Große Getreidelaus, Sitobion avenae (F.), weist intraspezifisch variierende Lebenszyklen auf. Diese umfassen permanent parthenogenetische Fortpflanzung (Anholozyklie) und solche Individuen mit einer jährlich obligat sexuellen Generation im Anschluss an mehrere ungeschlechtliche Generationen (Holozyklie). Diese Lebenszyklen können kombiniert werden, so dass neben rein ungeschlechtlichen Linien, einige wenige Tiere auftreten die zu sexueller Fortpflanzung befähigt sind (Intermediäre und androzyklische Lebenszyklen). Mit Hilfe hochvariabler molekularer Marker (Mikrosatelliten) ist bisher die Verbreitung einzelner Genotypen und Populationsstrukturen in Westeuropa sowie Rumänien untersucht worden, insbesondere hinsichtlich der Auswirkung des Winterklimas auf die Variation der Lebenszyklen. Die vorliegende Studie untersucht erstmalig die Variation der Lebenszyklen dieser Blattlausart mit Hilfe von Mikrosatelliten in Zentraleuropa. Hierzu wurden 32 Standorte aus drei Regionen Deutschlands mit jährlich variierenden Winterbedingungen und unterschiedlicher Landschaftsstruktur, sowie weitere Standorte aus Ungarn (kontinentales Klima) in drei aufeinanderfolgenden Jahren hinsichtlich der Diversität der Genotypen und der Populationsstruktur untersucht. Sieben weitverbreitete Klone treten an Weizen auf, darunter ein Klon, der in zwei aufeinanderfolgenden Jahren in Ungarn aufgefunden wurde. Die Genotypendiversität nimmt mit zunehmend kälteren Wintern wie erwartet zu, allerdings ist sie konstant hoch in Norddeutschland, unabhängig vom Winterklima. Im ersten Untersuchungsjahr wiesen Standorte mit komplexer Landschaftsstruktur eine niedrigere Genotypendiversität auf als offene Landschaften. Dieser Einfluss der Landschaftsstruktur wurde allerdings in den darauffolgenden Jahren vom Einfluss des Winterklimas sukzessiv überlagert. Innerhalb der Sommermonate entwickelten sich einzelne Klone in distinkter Art und Weise, jedoch in sich jährlich wiederholenden Mustern. Als Ursachen werden regional unterschiedliche Bewirtscha ftungsformen, unterschiedliche Wirtspflanzenwechsel einzelner Klone, sowie die Beeinflussung der wandernden Geflügelten diskutiert. Die Analyse der Populationsstrukturen bestätigt, dass der Genfluss in Zentraleuropa ausreichend ist eine genetische Isolation zu verhindern. Lokale Migrationen innerhalb von 50 km führen zu panmiktischen Populationen, jedoch treten ab einer Distanz von mehr als 100 km unterschiedliche Genotypendiversitäten auf. Dieses Projekt wurde finanziert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Projekts BIOPLEX (Biodiversität und räumliche Komplexität in Agrarlandschaften unter Global Change).The grain aphid, Sitobion avenae (F.), displays a number of different life-cycles. These range from complete asexual viviparous and frost-sensitive lineages (anholocyclic) to those including a single sexual generation and which produce frost resistant eggs (holocyclic). In addition, combinations of both life cycles can occur. The spread of life-cycles in a population is known to be dependent on winter climate and earlier studies have used highly polymorphic DNA-markers (microsatellites) to elucidate the influence of seasonal factors on life-cycle variation. However, to date, no such field studies have been performed in geographic areas were mild and cold winters vary between years. Therefore, the central aim of this project was to analyse populations of S. avenae from four diverse geographic regions, viz. northern Germany, two regions from central Germany and one from southern Hungary in three consecutive years. Changes of clonal diversity and population genetic structure were compared within and between years at 32 locations from central and northern Germany differing in the complexity of their landscape structure. The results revealed that seven asexual clones (= multilocus microsatellite genotypes) of S. avenae were common on wheat (Triticum aestivum) and widespread over locations and regions in Germany, including a single clone that was also present in Hungary over two consecutive years. Furthermore, genotypic diversity was dependent on winter climate in Hungary and central Germany, although the two parameters were apparently not correlated in northern Germany. Beside climate effects, genotypic diversity showed a significant positive relationship to simple structured landscapes in central and northern Germany in 2001, but this effect was outweighed in central Germany by successive colder winters in 2002 and 2003. Analysis of the within-season dynamics of clones revealed contrary development in time and space in a yearly repeating pattern. The change in clonal communities was probably dependent on regional insecticide management, clonal variation in host-plant shifts and a restriction of short distance migration by natural geographic barriers. However, long distance migration was high enough to prevent the genetic isolation of populations from northern Germany to Hungary. Overall, the present results confirmed the homogenising effects of migration at a scale of 100km. This project was part of the project BIOPLEX ( Biodiversität und räumliche Komplexität in Agrarlandschaften unter Global Change , Project ID: 01LC0020), financed by the Federal Ministry of Education and Research