Genetische Kartierung und Untersuchungen zur Geschlechtsdeterminierung in Espen (P. tremula L./P. tremuloides Michx.)

Abstract

Espen (Populus tremula L. bzw. P. tremuloides Michx.) sind weit verbreitete, zweihäusige Bäume und gehören als Teil der Sektion Populus (früher Leuce) der Gattung Populus an, die sich im Laufe der letzten Jahre immer mehr zu einem Modellorganismus für Bäume entwickelt hat. Aufgrund des Vergleichs einer Vielzahl genetischer Karten verschiedener Arten der Gattung untereinander sowie mit der 2004 erstmals veröffentlichten Genomsequenz der Art P. trichocarpa, konnte eine hohe Kollinearität der Genome der verschiedenen Arten der Gattung festgestellt werden.

In der vorliegenden Arbeit wurden 61 Nachkommen der Kreuzung P. tremula ‘Brauna11’ x P. tremuloides ‘Turesson141’ zur Erstellung genetischer Karten der Arten P. tremula bzw. P. tremuloides verwendet. Dazu wurde eine große Zahl von verschiedenen molekularen Markern (665 AFLP-, 105 SSR- und 4 SNP-Marker) analysiert, in der Kartierungspopulation auf genetische Kopplung hin untersucht und zur Berechnung genetischer Kopplungsgruppen der beiden kartierten Spezies verwendet. Die Erstellung der genetischen Kopplungskarten geschah unter Anwendung der Pseudo-Testcross-Methode (GRATTAPAGLIA und SEDEROFF 1994) und mit Hilfe von Kosambis Kartierungsfunktion (KOSAMBI 1944).

Die entstandenen Karten ermöglichten durch die kartierten Mikrosatelliten (SSR)–Marker die Feststellung eines hohen Grades der Kollinearität zwischen P. tremula, P. tremuloides und anderen Arten der Gattung. Sie stellen die erste genetische Karte für P. tremula überhaupt und die erste SSR-Marker enthaltende und somit für den Vergleich mit anderen genetischen Karten der Gattung bzw. der P. trichocarpa-Genomsequenz geeignete Karte von P. tremuloides dar.

Über die Geschlechtsdeterminierung der mit einer Ausnahme allesamt diözischen Arten der Gattung Populus liegen noch keine ausreichenden Kenntnisse vor. Wie auch auf einigen anderen genetischen Karten der Gattung konnte in dieser Arbeit das Geschlecht als morphologische Eigenschaft als ein einzelner Locus auf Kopplungsgruppe XIX kartiert werden, was prinzipiell für eine genetisch festgelegte Geschlechtsdeterminierung und eine wichtige Rolle von Kopplungsgruppe XIX/Chromosom 19 bei der Geschlechtsdeterminierung spricht. Die einzelnen, in verschiedenen Populus-Arten kartierten Geschlechtsloci weichen allerdings in ihrer relativen Position auf der Kopplungsgruppe und vor allem in ihrer Positionierung auf der mütterlichen oder väterlichen Karte (also in ihrer Vererbung durch Mutter oder Vater) voneinander ab. In der hier analysierten Kreuzung konnte das Geschlecht als zentraler Locus nur auf der väterlichen P. tremuloides-Karte kartiert werden.

Eine auf 130 F1-Nachkommen der Kreuzung P. tremula ‘Brauna11’ x P. tremuloides ‘Turesson141’ basierende, weiterführende Kartierung von Kopplungsgruppe XIX mit aus der P. trichocarpa-Genomsequenz entwickelten SSR-Markern bestätigte die hohe Kollinearität der Genome von P. tremula, P. tremuloides und P. trichocarpa. Die weiterführende Kartierung führte außerdem zur Identifizierung von drei paternal vererbten, komplett geschlechtsgekoppelten SSR-Markern. Diese Marker konnten zentralen Genompositionen zwischen 8074724 und 8746182 bp auf dem P. trichocarpa-Genom zugeordnet werden. Nach wünschenswerter weiterer Überprüfung könnten die identifizierten geschlechtsgekoppelten Marker ggf. in eingeschränktem Maße – u.a. bei bekannten Elternbäumen – für die Identifizierung des Geschlechts nicht-blühender Espen-Individuen eingesetzt werden.

Ein Screening einer BAC-Library mit dem Ziel der Contig-Erstellung und genaueren Untersuchung der bisher als geschlechtsgekoppelt identifizierten Region in P. tremuloides wurde begonnen. Bisher konnten erfolgreich mit zwei verschiedenen Sonden insgesamt sieben BAC-Klone identifiziert werden.