Stress gene based diversity of Austrian oak populations

Die durch den vorhergesagten Klimawandel ausgelöste Temperaturerhöhung und die resultierende Wasserknappheit werden langlebige Waldbäume zunehmend unter Druck setzen. Sowohl inter- als auch intraspezifische Variation stellen ein Schlüsselelement für die Anpassung an die veränderten Umweltbedingungen und die Trockenheitstoleranz dar. In der vorliegenden Studie wurde eine parallelisierte Hochdurchsatz-Sequenziermethode (Roche 454 FLX) und eine eigens entwickelte Bioinformatik-Pipeline verwendet, um Einzelnukleotid-Polymorphismen und allelische Sequenzen in Kandidatengenen zu identifizieren. Diese Gene finden sich in Individuen der Stieleiche (Quercus robur) und Traubeneiche (Q. petraea) und sind bekannt dafür, auf Trockenheit bzw. osmotischen Stress zu reagieren. Insgesamt wurden acht Gene von 336 österreichischen Individuen untersucht und 158 Polymorphismen entdeckt. Basierend auf den erhaltenen Daten wurde die Diversität, die Korrelation zwischen Allelfrequenzen und Klima sowie eventuelles Abweichen von neutralen Entwicklungsmodellen analysiert. Des Weiteren wurden grundlegende genetische Parameter berechnet und die Populationsstruktur mittels Differenzierungsindizes und Bayesschem Clustering analysiert. Signifikante Werte der Populationsdifferenzierung sowie eine starke Korrelation zwischen lokalen Verhältnissen betreffend Temperatur/Niederschlag und Allelfrequenzen zeigen ein höheres Anpassungsvermögen von Q. petraea an wasserarme Bedingungen. Die Ergebnisse der Arbeit bieten eine gute Basis für weiterführende Studien in einem größeren geografischen Umfang und können für die Entwicklung von molekularen Marken für Trockenheits-Resistenz verwendet werden.Rise of temperatures and shortening of available water as result of predicted climate change will impose significant pressure on long-lived forest tree species. Inter- as well as intraspecific diversity is the key element of a plants potential to adapt to a changing environment and tolerance towards drought stress. In the present study, we have used Roche 454 sequencing and developed a bioinformatic pipeline to process multiplexed tagged amplicons in order to identify single nucleotide polymorphisms and allelic sequences of candidate genes related to drought/osmotic stress from pedunculate oak (Quercus robur) and sessile oak (Q. petraea) individuals. Out of these, eight genes of 336 oak individuals growing in Austria have been detected with a total number of 158 polymorphic sites. Nucleotide diversity, correlations to environmental conditions, and deviations from standard neutral models were examined, baseline genetic parameters were calculated and population structure was investigated using differentiation indices and Bayesian clustering. Significant differentiation and strong correlations between the local temperature-precipitation regime and the allele frequencies point towards a higher adaptive potential of Q. petraea under arid conditions. These results can serve as basis for future studies in larger geographic scale and may be used for the development of molecular markers for drought tolerance.vorgelegt von Andreas HomolkaAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2013OeBB(VLID)193116