Lokale Anpassung bei Waldbaumarten: genetische Prozesse und Bedeutung im Klimawandel

Zürich

2016

S. 333-340

Artikel aus einer ZeitschriftUnselbständiges Werk

200201393

Waldbäume werden sich in Zukunft den grossen Klimaveränderungen anpassen müssen. Dabei spielen genetische Prozesse eine zentrale Rolle. Dank technologischer Fortschritte ist es heute möglich, die Spuren der natürlichen Auslese und der lokalen Anpassung im Erbgut zu identifizieren. Umweltassoziationsstudien suchen nach dem Zusammenhang zwischen Umweltfaktoren an einem Standort und anpassungsrelevanten genetischen Mustern. Anhand bisheriger Untersuchungen an Waldbäumen auch eigener Studien an Eichen und Buchen in der Schweiz zeigen wir, dass Bestände entlang verschiedener Umweltgradienten (insbesondere Temperatur und Niederschlag) genetisch differenziert sind. Es wurden zahlreiche Gene gefunden, die bei der Anpassung an die lokalen Umweltbedingungen mutmasslich eine Rolle spielen. Aufgrund von Umweltassoziationsanalysen könnte man nun Bäume, Bestände und Saatgut identifizieren, die an die zukünftigen Bedingungen am besten angepasst sind. Da solche Ansätze aber noch in den Anfängen stecken und die Wechselbeziehungen von Genom und Umwelt sehr komplex sind, sollte man sich vorerst auf die Erhaltung der (anpassungsrelevanten) genetischen Vielfalt, die Förderung von Naturverjüngung und die Vernetzung der Bestände konzentrieren. So wird die Grundlage geschaffen, dass sich Bestände durch natürliche Prozesse an neue Umweltbedingungen anpassen können.
Keywords: climate change, environmental association, forest trees, landscape genomics, local adaptation, natural selection
Les arbres forestiers vont devoir s'adapter à des changements climatiques importants dans le futur, ainsi les processus génétiques vont jouer un rôle essentiel. Grâce aux progrès technologiques, il est aujourd'hui possible d'identifier la signature de la sélection naturelle et de l'adaptation locale dans le génome. Les études d'associations environnementales ont pour but d'associer des motifs génétiques avec des paramètres environnementaux qui décrivent l'habitat. Des études récentes – y compris nos analyses sur les chênes et les hêtres en Suisse – montrent que les arbres forestiers sont génétiquement différents le long de divers gradients environnementaux. De nombreux gènes peuvent être détectés comme pouvant jouer un rôle dans l'adaptation à ces facteurs environnementaux, notamment à la température et aux précipitations. En se fondant sur de tels résultats, nous pouvons identifier des arbres ou des populations qui sont adaptés aux futures conditions, et leurs graines peuvent être éventuellement utilisées pour la gestion forestière. Du fait que ce type d'approche est encore à ses débuts, parce que les interactions génome-environnement sont complexes, les stratégies de gestions doivent se concentrer sur la conservation de la diversité génétique (adaptative), la régénération naturelle et la connectivité entre les populations. Ceci créerait la base naturelle de l'adaptation des populations forestières aux nouvelles conditions environnementales.
Forest trees will have to adapt to future climatic changes, a process that will comprise genetic changes as a key component. Owing to technological advances it is now possible to identify the signature of natural selection and local adaptation in the genome. Environmental association analyses aim at associating adaptive genetic patterns with environmental parameters describing the local habitat. On the basis of such studies – including own investigations using oak and beech in Switzerland –, we show that forest trees are genetically differentiated along various environmental gradients, especially temperature and precipitation. Numerous genes could be found that presumably play a role in the adaptation to such environmental factors. Based on these findings, one could identify trees or stands that are adapted to future local conditions, and respective seed material could be considered in silviculture. Because such approaches are still in their infancy and because genome-environment interactions are complex, management strategies should focus on the preservation of (adaptive) genetic diversity, natural regeneration, and connectivity among stands. This would set the basis for the local adaptation of forest stands to altered environmental conditions by natural processes.