| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (26MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-432446
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.43244
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 9 Juni 2020 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Christoph Reisch |
| Tag der Prüfung: | 12 Mai 2020 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Pflanzenwissenschaften Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Ökologie und Naturschutzbiologie (Prof. Dr. Peter Poschlod) |
| Stichwörter / Keywords: | genetic variation; epigenetic variation; biodiversity conservation; semi-natural grasslands; AFLP; MSAP |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 580 Pflanzen (Botanik) |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 43244 |
Zusammenfassung (Englisch)
In Europe, semi-natural grasslands are characterized by an outstanding species-richness and an enormous ecosystem diversity. Abandonment of traditional land use practices led to a biodiversity decline on an unprecedented scale during the last decades. Consequently, the Habitats Directive was initiated to protect semi-natural grasslands and some of their characteristic species. Besides ecosystem ...
Zusammenfassung (Englisch)
In Europe, semi-natural grasslands are characterized by an outstanding species-richness and an enormous ecosystem diversity. Abandonment of traditional land use practices led to a biodiversity decline on an unprecedented scale during the last decades. Consequently, the Habitats Directive was initiated to protect semi-natural grasslands and some of their characteristic species. Besides ecosystem and species diversity, comprehensive biodiversity conservation should also address genetic diversity. However, plant genetic resource conservation is usually not included in biodiversity conservation strategies and thus, effective conservation of plant genetic diversity is still in its infancy. Plant genetic resources should be properly understood to ensure the development of applicable conservation methods. Hence, the knowledge of the species’ taxonomy, origin, and evolution as well as its major drivers of genetic variation are of central importance. Therefore, the present study focused on potential explanatory variables for genetic variation in six common semi-natural grassland plant species. Furthermore, the impact and extent of rapid DNA methylation patterns was examined in contrast to comparatively slow alterations of the genetic code between two contrasting habitats.
Chapter 1 provides a brief overview about the importance of semi-natural grassland habitats and their species’ (epi)genetic variation against the background of biodiversity decline and conservation.
In the following two chapters, amplified fragment length polymorphism (AFLP) analyses were applied to identify potential drivers of genetic variation. More specifically, the impact of habitat age, surrounding landscape structure, local habitat quality, and population size on genetic diversity and differentiation was tested.
In chapter 2, the genetic composition of three common and widely distributed calcareous grassland plant species, Asperula cynanchica L., Campanula rotundifolia L. s. str., and Linum catharticum L., was investigated. No crucial impact of habitat age, habitat quality, or population size was observed. However, the distance to the nearest settlement, the total area of calcareous grasslands, and their connectivity turned out as key drivers of genetic diversity. Genetic diversity, therefore, strongly depended on the surrounding landscape structure. Since landscape structure is indirectly shaped by land use, our study supports the observation that genetic variation is strongly affected by grazing and thereby arising gene flow patterns.
Moreover, the genetic composition of Angelica sylvestris L., Filipendula ulmaria (L.) Maxim., and Succisa pratensis MOENCH populations in litter meadows was examined in chapter 3. Habitat age revealed no influence on genetic variation patterns again. The impact of landscape structure, habitat quality, and population size on genetic diversity depended on species affiliation. Distance to the nearest settlement, habitat size, the total area of wet meadows, and their connectivity shaped genetic diversity patterns of A. sylvestris and F. ulmaria populations. Local habitat quality affected, moreover, the genetic diversity of F. ulmaria, while genetic diversity of S. pratensis populations was driven only by population size. The history of origin, but also current mowing with agricultural machines, caused and still cause gene flow among litter meadow populations. Hence, all explanatory variables underlay anthropogenic land use patterns and thereby arising man-made gene flow.
Chapter 4 focused on potential differences in genetic and epigenetic variation patterns of Trifolium pratense L. between two contrasting semi-natural grassland habitats, calcareous grasslands and oat-grass meadows. An additional objective was to identify possible drivers of genetic and epigenetic variation. By conducting AFLP and MSAP (methylation-sensitive amplification polymorphism) analyses, low levels of genetic and epigenetic differentiation among populations and between habitat types were observed. Genetic variation was significantly isolated by habitat dissimilarity, while epigenetic variation was not. Habitat affiliation revealed no significant impact on genetic or epigenetic diversity. Furthermore, genetic diversity was not affected by environment, while epigenetic diversity levels correlated significantly with soil moisture and soil pH. Genetic and epigenetic variation were not interdependent and thus, shaped by different environmental conditions. On the one hand, genetic variation was influenced by habitat specific environmental conditions induced by land use related disturbance and gene flow patterns. On the other hand, epigenetic variation was driven by challenging environmental conditions decreasing under drought and high pH, with the latter potentially resulting in phosphorus limitation.
In chapter 5, all findings were recapitulated and placed in the context of in situ plant genetic resource conservation. Strengths and limitations of all analyses were highlighted against the background of genetic reserve identification, establishment, and maintenance. The chapter dealt, moreover, with perspectives for future scientific research. Thus, a multi-species approach on a larger spatial scale may exclude ecologically determined variation and allow genetic resource conservation above species level. Additionally, both genetic and epigenetic variation patterns should be integrated in the process of genetic reserve identification to add a new dimension of complexity to the diversity and evolutionary potential of natural populations. International exchange of knowledge may, moreover, ensure and facilitate sustainable genetic resource conservation.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
In Europa zeichnet sich naturnahes Grünland durch eine hohe Artenvielfalt und eine enorme Ökosystemvielfalt aus. Die Aufgabe traditioneller Landnutzungspraktiken führte in den letzten Jahrzehnten jedoch zu einem Rückgang der biologischen Vielfalt in einem noch nie dagewesenen Ausmaß. Infolgedessen wurde die Habitat-Richtlinie zum Schutz naturnahen Grünlands und einiger seiner charakteristischen ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
In Europa zeichnet sich naturnahes Grünland durch eine hohe Artenvielfalt und eine enorme Ökosystemvielfalt aus. Die Aufgabe traditioneller Landnutzungspraktiken führte in den letzten Jahrzehnten jedoch zu einem Rückgang der biologischen Vielfalt in einem noch nie dagewesenen Ausmaß. Infolgedessen wurde die Habitat-Richtlinie zum Schutz naturnahen Grünlands und einiger seiner charakteristischen Arten initiiert. Neben der Ökosystem- und Artenvielfalt sollte der umfassende Schutz der biologischen Vielfalt auch die genetische Vielfalt berücksichtigen. Der Fokus dieser Studie lag daher auf potenziellen Einflussfaktoren auf genetische Variationsmuster bei sechs weit verbreiteten Pflanzenarten in naturnahem Grünland. Darüber hinaus wurde der Einfluss und das Ausmaß von DNA-Methylierungsmustern im Vergleich zu Veränderungen des genetischen Codes zwischen zwei kontrastierenden Habitaten untersucht.
Kapitel 1 gibt einen kurzen Überblick über die Bedeutung naturnahen Grünlands und der (epi)genetischen Variation dort vorkommender Arten in Hinblick auf Biodiversitätsrückgang und -erhaltung.
In den folgenden beiden Kapiteln wurden Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) Analysen zur Identifikation potenzieller Einflussfaktoren auf genetische Variation benutzt. So wurde der Einfluss des Habitatalters, der umgebenden Landschaftsstruktur, der lokalen Habitatqualität und der Populationsgröße auf die genetische Variation untersucht.
In Kapitel 2 wurde die genetische Variation drei weit verbreiteter Kalkmagerrasenarten, Asperula cynanchica L., Campanula rotundifolia L. s. str. und Linum catharticum L., untersucht. Das Habitatalter, die Habitatqualität und die Populationsgröße konnten als Einflussfaktoren vernachlässigt werden. Die Entfernung zur nächstgelegenen Siedlung, die Gesamtfläche der Kalkmagerrasen und ihre Konnektivität erwiesen sich jedoch als zentrale Einflussfaktoren auf die genetische Vielfalt der untersuchten Arten. Die genetische Vielfalt scheint also maßgeblich durch die umgebende Landschaftsstruktur geprägt zu sein, welche indirekt durch die vorherrschende Landnutzung (Beweidung und dadurch entstehende Genflussmuster) geformt wird.
In Kapitel 3 wurde die genetische Variation von Angelica sylvestris L., Filipendula ulmaria (L.) Maxim. und Succisa pratensis MOENCH in Streuwiesen untersucht. Das Habitatalter zeigte wieder keinen Einfluss auf die genetische Variation. Der Einfluss der Landschaftsstruktur, der Habitatqualität und der Populationsgröße auf die genetische Vielfalt war von der Artzugehörigkeit abhängig. So prägten die Entfernung zur nächstgelegenen Siedlung, die Habitatgröße, die Gesamtfläche der feuchten Wiesen und deren Konnektivität die genetische Diversität der Populationen von A. sylvestris und F. ulmaria. Die genetische Diversität von F. ulmaria wurde zudem durch die lokale Habitatqualität beeinflusst, während die genetische Diversität von S. pratensis nur durch die Populationsgröße bestimmt wurde. Die Entstehungsgeschichte, aber auch die aktuelle Nutzung (Mahd mit landwirtschaftlichen Maschinen) sorgten und sorgen noch immer für Genfluss zwischen den Streuwiesenpopulationen, weshalb allen erklärenden Variablen anthropogene Landnutzungsmuster und dadurch entstehender Genfluss zugrunde liegen.
Kapitel 4 zeigte mögliche Unterschiede der genetischen und epigenetischen Variationsmuster von Trifolium pratense L. zwischen zwei kontrastierenden naturnahen Grünlandlebensräumen, den Kalkmagerrasen und den Glatthaferwiesen. Zusätzlich sollten mögliche Treiber genetischer und epigenetischer Variation identifiziert werden. AFLP- und MSAP-Analysen (Methylation-Sensitive Amplification Polymorphism) zeigten eine geringe genetische und epigenetische Differenzierung zwischen Populationen und Habitattypen. Die genetische Variation korrelierte signifikant mit der Unterschiedlichkeit der Habitate, obwohl ein signifikanter Einfluss des Habitattyps auf die genetische und epigenetische Vielfalt fehlte. Darüber hinaus wurde die genetische Diversität nicht durch die lokalen Umweltbedingungen beeinflusst, während die epigenetische Diversität signifikant mit der Bodenfeuchte und dem pH-Wert des Bodens korrelierte. Genetische und epigenetische Variation waren voneinander unabhängig und wurden daher von unterschiedlichen Faktoren gesteuert. Einerseits korrelierte die genetische Variation mit der Unterschiedlichkeit der Habitate, welche durch unterschiedliche Landnutzung und dadurch bedingte Genflussmuster induziert wurde. Andererseits nahm die epigenetische Variation mit Trockenheit und hohen pH-Werten ab.
In Kapitel 5 wurden alle Erkenntnisse rekapituliert und in den Kontext der in situ Erhaltung pflanzengenetischer Ressourcen gestellt. Die Stärken und Grenzen aller Analysen wurden vor dem Hintergrund der Identifizierung, Einrichtung und Erhaltung genetischer Erhaltungsgebiete analysiert. Das Kapitel befasste sich darüber hinaus mit Perspektiven für zukünftige Forschungsansätze. So könnte ein Ansatz mit zahlreichen Arten und auf einer größeren räumlichen Skala die Erhaltung genetischer Ressourcen über das Artenniveau hinaus ermöglichen. Zusätzlich sollten sowohl genetische als auch epigenetische Variationsmuster in den Prozess der Identifizierung genetischer Erhaltungsgebiete integriert werden, um der Vielfalt und dem evolutionären Potenzial natürlicher Populationen eine neue Dimension an Komplexität hinzuzufügen. Des Weiteren würde die nachhaltige Erhaltung genetischer Ressourcen durch einen internationalen Wissensaustauch gewährleistet und erleichtert.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 16:31
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