Genetische Basis der Trockenstressanpassung bei Quercus robur subsp. pedunculiflora (K.Koch) Menitsky (Quercus robur sensu lato), eine an Trockenheit angepasste Varietät der Stieleiche (OakAdapt) (04/2025-04/2028)

Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) (04/2025-04/2028). Nachhaltige Erneuerbare Ressourcen (FPNR).  

Referenznummer: 2224NR010X.
Bearbeiter: Leke Victor Aiyesa (Postdoc). Kateryna Dybkova (TA).

Quercus robur subsp. pedunculiflora ist eine trockenheitsangepasste Varietät der Stieleiche, die vom Südosten Europas bis nach Westasien vorkommt. Aufgrund ihrer hohen Trockenheitstoleranz könnte sie auf Extremstandorten eine Alternative zur heimischen Stieleiche sein. Dieses Projekt zielt darauf ab, die genetischen Grundlagen der Trockenstress-Toleranz aufzuklären und geeignete Provenienzen für forstwirtschaftliche Anwendungen zu identifizieren, um damit zukünftige Anpassungsstrategien zu unterstützen und die Widerstandsfähigkeit von Eichenwäldern unter sich verändernden Umweltbedingungen zu verbessern.

Um diese Ziele zu erreichen, werden wir eine Gesamtgenom-Resequenzierung von etwa 400 Nachkommen aus zwei Unterarten – Q. robur subsp. pedunculiflora und Q. robur subsp. robur – durchführen, die aus deutschen und rumänischen Beständen stammen. Wir werden einen 55K-SNP-Array entwickeln, um weitere 2.000 Nachkommen (1.000 aus jeder Unterart) zu genotypisieren. Die Phänotypisierung wird in einem Gewächshaus durchgeführt, wobei Merkmale im Zusammenhang mit der Anpassung an Trockenstress – wie Mortalität, Wachstumsreaktion, Stomata-Dichte, Wassernutzungseffizienz und Chlorophyllfluoreszenz – sowie Frosttoleranzmerkmale, darunter Knospenaufbruch, Knospenbildung und Blattverfärbung, bewertet werden.

Die präzise Phänotypisierung wird mit einem Multisensor-Hochdurchsatz-Phänotypisierungssystem (PhenoAIxpert HTC, LemnaTec) durchgeführt, das detaillierte Messungen von Wachstumseigenschaften (z. B. Pflanzenhöhe, Architektur, 3D-Morphologie), physiologischen Reaktionen (z. B. Chlorophyllfluoreszenz) und phänologischen Eigenschaften (z. B. Knospenaufbruch, Wachstumsstillstand) ermöglicht.

Es werden genomweite Assoziationsstudien (GWAS) durchgeführt, um Genomregionen zu identifizieren, die mit den beobachteten Merkmalsvariationen in Verbindung stehen, und um Kandidatengene zu lokalisieren, die an der Anpassung an Trockenheit beteiligt sind. Anschließend wird eine genomische Vorhersage durchgeführt, um die Identifizierung von Individuen mit erhöhter Trockenheitstoleranz weiter zu erleichtern. Diese Arbeit wird praktische Empfehlungen für die Auswahl von leistungsstarkem Vermehrungsmaterial liefern, wertvolle genetische Daten zu anpassungsrelevanten Genen bereitstellen und Einblicke in Merkmale geben, die den Ertrag unter Trockenheit verbessern, wodurch die Charakterisierung sowohl einheimischer als auch nicht-einheimischer Provenienzen in zukünftigen Provenienzversuchen unterstützt wird.