TY - THES T1 - Identification and analysis of a transcriptome of Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) and population structure inference using different next-generation sequencing techniques A1 - Müller,Thomas Y1 - 2015/07/28 N2 - Vorhersagen gehen davon aus, dass sich die klimatischen Bedingungen in Zentraleuropa in den kommenden Jahrzehnten verändern werden. Längere Trockenperioden und weniger Niederschläge im Sommer werden erwartet. Pflanzen können ihren Standort nicht wechseln, so dass sie sich an die neuen Gegebenheiten adaptieren oder über ihre Nachkommen neue ökologische Nischen besiedeln müssen. Aufgrund der langen Generationszeit bei Bäumen ist es wichtig zu wissen, ob und wie sie mit den erwarteten klimatischen Bedingungen umgehen können. Förster machen sich bereits heute über die Zusammensetzung künftiger Wälder Gedanken, da Baumarten und Populationen ausgewählt werden müssen, die mit dem veränderten Klima nur wenig Probleme haben. Die Douglasie (Pseudotsuga menziesii) ist hierbei eine vielversprechende Baumart, da sie sich in ihrem natürlichen Verbreitungsgebiet in Nordamerika an unterschiedliche Habitate und Klimazonen adaptiert hat. Sie kann in zwei Varietäten unterteilt werden, die Küsten- und die Inlandsdouglasie, die sich genotypisch und phänotypisch, z.B. in der Trockentoleranz, unterscheiden. Bei Anbauversuchen in Deutschland zeigten die Bäume, hauptsächlich Küstendouglasien, gute Wuchsleistungen. Daher wurde ein Forschungsprojekt, "DougAdapt", konzipiert, das genotypische und phänotypische Unterschiede zwischen verschiedenen Provenienzen der Küsten- und Inlandsdouglasien analysieren und den Einfluss des Genotyps auf den Phänotyp untersuchen sollte. Um die genetische Diversität der Provenienzen zu untersuchen, wurden zunächst Referenzsequenzen generiert, da es, bis auf eine begrenzte Anzahl von Genen, keine Sequenzinformation für die Douglasie gab. Selbst mit kostengünstigen modernen Sequenziertechnologien ist es sehr teuer das ~ 19 Gigabasen große Genom der Douglasie vollständig zu erfassen und zu entschlüsseln. Eine Alternative stellt die Transkriptomsequenzierung dar, bei der nur Gene, d.h. die für Proteine codierenden Bereiche des Genoms, sequenziert werden. Die in dieser Arbeit erstmals für Douglasie durchgeführte Transkriptomsequenzierung resultierte in einer großen Anzahl Referenzsequenzen, die, wie Vergleiche mit bekannten Transkriptomen anderer Pflanzenarten zeigten, das Transkriptom umfänglich repräsentieren. Durch die Verwendung von Setzlingen, die zuvor unter kontrollierten Bedingungen im Rahmen eines Trockenstressexperimentes aufwuchsen, war es des Weiteren möglich, Kandidatengene zu identifizieren, die vermutlich bei der Reaktion der Bäume auf Trockenstress von Bedeutung sind. Darüber hinaus konnten mehr als 27,000 bis dahin unbekannte Punktmutationen (single nucleotide polymorphisms, SNPs) in Douglasien detektiert werden. SNPs können großen Einfluss auf den Phänotyp eines Individuums haben und werden beispielsweise als Marker oder zur Analyse der genetischen Diversität verwendet. Die Analyse der genetische Diversität in Douglasienprovenienzen und die Suche nach Genen, die wahrscheinlich an der lokalen Anpassung der Bäume beteiligt sind, wurde mit Hilfe eines sequence capture Experiments durchgeführt. Dabei werden nur vorab definierte Bereiche eines Genoms sequenziert. Wir konnten nachweisen, dass sequence capture basierend auf Transkriptomsequenzen in Arten mit einem großem und weitestgehend unbekannten Genom anwendbar ist. Obwohl die polymorphen Kandidatengene für Trockenstress einen höheren Grad an genetischer Differenzierung aufwiesen als die restlichen Gene, waren sie nicht unter den gefundenen Kandidatengenen die vermutlich unter positiver Selektion sind. Letztere wiederum spielen wahrscheinlich eine Rolle bei der lokalen Anpassung der Bäume. Eine weitere Studie untersuchte die Anwendbarkeit von Genotyping-by-sequencing (GBS) in Douglasien und verglich die Ergebnisse zweier GBS Versuche mit dem sequence capture Experiment. Der Vorteil von GBS gegenüber sequence capture liegt darin, dass mit weniger Aufwand und Kosten mehr Individuen parallel beprobt werden können. Wir konnten zeigen, dass ein Verdau mit zwei Restriktionsenzymen mehr SNPs mit weniger fehlenden Daten ergibt, als ein Verdau mit einem Restriktionsenzym. Im Vergleich zum sequence capture wurden in beiden GBS deutlich weniger SNPs detektiert. Dennoch war es mit den SNP-Daten aus beiden GBS Ansätzen möglich, südliche Inlands-, nördliche Inlands- und Küstenprovenienzen zu unterscheiden. GBS, insbesondere mit zwei Restriktionsenzymen, stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um eine große Anzahl Douglasien kostengünstig zu genotypisieren und um SNPs zu erhalten, die für verschiedene Zwecke verwendet werden können. In dieser Arbeit wurden eine große Anzahl Sequenzdaten und SNPs des Douglasiengenoms analysiert. Die hier gewonnenen Informationen über das Douglasiengenom und die genetische Diversität zwischen unterschiedlichen Provenienzen können in Züchtungsprogrammen und Assoziationsstudien verwendet werden, die wiederum bei der Auswahl optimaler Provenienzen für bestimmte Standorte hilfreich sein können. KW - Transkriptom KW - Douglasie KW - Sequenzanalyse CY - Hohenheim PB - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim AD - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart UR - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2015/1091 ER -