Genetische diversiteit?

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Genetische diversiteit?"

Nina Hendrickx
5 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Genetische variatie, genetische erosie en inteelt in onze bossen: stand van de kennis en rol van het bosbeheer Leuven, 27 september 2011 Olivier Honnay Laboratorium voor Plantenecologie KULeuven Genetische diversiteit? Biodiversiteit: - Ecosystemen - Soorten - Genen 1

2 Habitatverlies en Klimaatsverandering Overexploitatie - fragmentatie Milieuverontreiniging Invasie exoten Mens en maatschappij Soortendiversiteit en genetische diversiteit Ecosysteemdiensten t - Pollinatie, controle plagen - Goederen (hout, ) - Genen voor veredeling - Regulering klimaat - Bodemvorming - Fixeren CO 2 Antropogene processen die genetische diversiteit van bomen beïnvloeden Bosfragmentatie Bosbeheer 2

3 Fragmentatie van bossen in het Hageland Totale oppervlakte: 2000 ha -> 500 ha Gemiddelde oppervlakte: 16 ha -> 2.5 ha N c. 6*9 km Jacquemyn et al. (2002). Ecography Gevolgen van habitatversnippering 3

4 Gevolgen voor de populaties in de fragmenten? Populatiegrootte Isolatie Uitwisseling van zaden en pollen? Kleine populaties zijn gevoelig voor genetische erosie Twee verschillende mechanismen Inteelt - overmaat aan homozygote individuen d Genetische drift - toevallig verlies aan allelen 4

Inteelt Diploide individuen: chromosomen

5 Inteelt Diploide individuen: chromosomen in paren => 2 allelen voor elk gen Dominant allel Schadelijk recessief allel inteelt homozygoot heterozygoot Kleine populaties: Inteelt en inteeltdepressie Koning Karel II van Spanje El Hechizado 5

6 Inteelt bij klaver (Trifolium repens) Kleine populaties zijn gevoelig voor twee belangrijke processen die tot genetische erosie leiden Inteelt - overmaat aan homozygote individuen Genetische drift - verlies aan allelen en adaptatiepotentieel 6

adaptatiepotentieel Droogte-tolerantie Tolerantie tegen ziekten

7 Genetische drift: toevallig verlies van allelen allel R gefixeerd allel r verloren Gevolgen van verlies van variatie in genen: Verlies aan adaptatiepotentieel Droogte-tolerantie Tolerantie tegen ziekten Tolerantie tegen herbivorie Vooral problematisch in een context van klimaatsverandering 7

8 Canadapopulier - roestziekte Heffen (Mechelen) Augustus 2011 Melampsora larici-populina Antropogene processen die genetische diversiteit van bomen beïnvloeden Bosfragmentatie Bosbeheer 8

9 Leidt habitatfragmentatie tot genetische erosie bij bomen en struiken? Lange generatietijd! Geen seks: Geen inteelt Geen drift. Leidt habitatfragmentatie tot genetische erosie bij bomen en struiken? Vaak pollenverbreiding door wind! 9

10 2006 paper Alistair Jump: Effects of 600 years of habitat fragmentation on the genetic diversity of beech (Fagus sylvatica) in Catalonia Jump & Penuelas (2006) PNAS Jump & Penuelas (2006) PNAS 10

Zaailingen/ha Ontbladering Stammen/ individu Extreem

11 Jump & Penuelas (2006) PNAS met negatieve effecten op gezondheid van de Beuken en hun nakomelingen Zaailingen/ha Ontbladering Stammen/ individu Extreem kleine zaailingen Barbeta et al. (2011) Forest Ecol Manage 11

12 Hoe gevoelig zijn bomen en struiken voor genetische erosie door habitatfragmentatie? Meta-analyse van de genetische diversiteit van bomen en struiken wereldwijd (97 boom- en struiksoorten).? Hedge s d Vranckx et al. (2011) Conservation Biology Bomen en struiken in gefragmenteerde populaties lijden onder een verlies van genetische diversiteit Toename genetische diversiteit in fragmenten Genetische erosie in fragmenten Vranckx et al. (2011) Cons. Biol. 12

13 Pollenverbreiding is de belangrijkste manier om genetisch materiaal uit te wisselen tussen populaties van houtige soorten wind vogels insecten Zijn soorten met windverbreide pollen minder gevoelig voor genetische erosie? Afname GD in fragmenten Toename GD in fragmenten Vranckx et al. (2011) Cons. Biol. 13

En er is nog een genetische schuld te vereffenen: De

oudergeneratie Toename genetische diversiteit in fragmenten

Biol. Focus op pollenverbreidingspatronen Sleutel tot

14 En er is nog een genetische schuld te vereffenen: De verjonging lijdt meer onder genetische erosie dan de oudergeneratie Toename genetische diversiteit in fragmenten Genetische erosie in fragmenten Vranckx et al. (2011) Cons. Biol. Focus op pollenverbreidingspatronen Sleutel tot begrijpen en voorspellen van genetische erosie in bosbestanden Vaderschapsanalyse? 14

N % bijdrage pollen van 1 boom aan moeders op

declining populations of California Valley oak,

bestandsgrootte op genetische diversiteit van de

moeder zoeken) Bestand Populatiegrootte Isolatie

200-300 1000 65 Heverleebos (Kef) 300-400 400

15 N % bijdrage pollen van 1 boom aan moeders op verschillende afstanden Pollen movement in declining populations of California Valley oak, Quercus lobata m Vlaanderen: Effect van bestandsgrootte op genetische diversiteit van de natuurlijke verjonging bij Zomereik (vader EN moeder zoeken) Bestand Populatiegrootte Isolatie Bomen/ha Chartreuzebos Hornebos Heverleebos (Kef) Heverleebos (Vos) > Vranckx et al. (2011) unpublished. 15

16 Aantal pollendonoren dat bijdraagt aan de natuurlijke verjonging van Zomereik Aa antal pollendonoren Slechts 7 vaders 31 vaders 10 5 Chartreuzebos Hornebos Hever Vos Hever Keffers Vranckx et al. (2011) unpublished. Kans dat 2 willekeurige zaailingen van eenzelfde moederboom dezelfde vader delen Correlated paternity Grote genetische verwantschap van de nakomelingen Chartreuzebos Hornebos Hever Vos Hever Keffers Vranckx et al. (2011) unpublished. 16

Mate van doorgeven van genetische diversiteit naar de natuurlijke verjonging? Verlies van genetische diversiteit van 38% (Chartreuze) tot 19% (Hornebos) => verminderd adaptatiepotentieel?

17 Mate van doorgeven van genetische diversiteit naar de natuurlijke verjonging? Verlies van genetische diversiteit van 38% (Chartreuze) tot 19% (Hornebos) => verminderd adaptatiepotentieel? A (Contrib) H obs. H exp. F is Adult NV Adult NV Adult NV Adult NV Heverleebos kef Heverleebos vos Hornebos Chartreuze Vranckx et al. (2011) unpublished Zaadverbreidingsafstanden Frequency Chartreuzebos Distance (m) 58.14% 52.33% 46.51% 40.70% Heverleebos Vos Frequency 34.88% 29.07% 23.26% 17.44% 11.63% 5.81% 0.00% Distance (m) 17

18 Effect van zoochorie is niet te onderschatten! analyse granaries Acorn Woodpecker 500m Scofield et al. (2010) J. Ecol. Antropogene processen die genetische diversiteit van bomen beïnvloeden Bosfragmentatie Bosbeheer (inclusief introductie) 18

19 Natuurlijke Pinus strobus bossen (White pine) in Ontario (Canada) Genetische effecten van de oogst van White pine (Pinus strobus) (Canada) Bij een oogst van 75% van de bomen gaat ca. 25% van de genetische diversiteit verloren Belang gene flow! Rajora et al. (2000) Mol. Ecology 19

20 Evaluatie van de effecten van verschillende bosbouwregimes op de genetische diversiteit van Hemlock en Zilverspar Old growth Old growth El-Kassaby et al. (2003) Theor Appl Genet Tsuga heterophylla (Western Hemlock) Abies amabilis (Pacific silver fir) 20

21 Aantal zeldzame allelen voor en na de oogst Pacific silver fir Grote zaden en pollen Western Hemlock Kleine zaden en pollen El-Kassaby et al. (2003) Theor Appl Genet Antropogene processen die genetische diversiteit van bomen beïnvloeden Bosfragmentatie Bosbeheer 21

Bosbeheer: frequente introductie van vreemde genotypes of allochtoon materiaal lokale

verloopt Lokale populaties kenmerken ontwikkelen die hen voordeel bieden onder de heersende

22 Bosbeheer: frequente introductie van vreemde genotypes of allochtoon materiaal lokale genotypes zijn optimaal aangepast aan de lokale milieu-omstandighedenen en hebben daarom de hoogste levensvatbaarheid (E: fitness). Lokale adaptatie is het gevolg van het feit dat natuurlijke selectie niet overal identiek verloopt Lokale populaties kenmerken ontwikkelen die hen voordeel bieden onder de heersende lokale milieuomstandigheden Bewijs voor aanpassing van boomsoorten aan lokale milieu? Nederlandse Zweedse Zomereik in een common garden in Sussex Hongaarse 22

23 Ontluiken knoppen Lokale adaptatie bij eenstijlige meidoorn Common garden (UK) Doornigheid Jones et al. (2001) J. Appl Ecol. Lokale adaptatie pleit voor het gebruik van lokaal teeltmateriaal Maar het klimaat verandert snel Lokale adaptatie wordt van een voordeel een probleem Lokale adaptatie wordt lokale maladaptatie 23

24 (Mal)adaptatie aan abiotisch milieu Massale Pinus edulis sterfte ten gevolge ongewone droogte (Z-USA) Breshears et al. (2009) Front. Ecol. Envir. Maladaptatie aan lokaal biotisch milieu Massale sterfte Naaldbomen British Columbia (Pine Beetle) 24

25 pine beetle infectie Bosbeheer en de potentiële strategieën voor het mitigeren van de gevolgen van klimaatsveranderingen 1. Promoten genetische diversiteit in bestanden 2. Promoten van permanente natuurlijke verjonging: selectie in actie 3. Aanplanten van diverse herkomsten: loterij? 4. Assisted migration van gescreende herkomst Praktisch? Massale introductie-experimenten? 25

DNA naar variatie in FUNCTIONEEL DNA (genen) Detectie van coderende

wijzen op lokale adaptatie Stukjes DNA (photoperiod SNPs ) uit

26 Geschikte herkomst determineren? Wetenschap snelt ter hulp: Functional genomics Screening van het DNA naar variatie in FUNCTIONEEL DNA (genen) Detectie van coderende stukjes DNA die plaatselijk meer frequent zijn dan andere stukjes wijzen op lokale adaptatie Stukjes DNA (photoperiod SNPs ) uit genen van de Trilpopulier die tussenkomen in regulering fotoperiode (Ma et al Genetics) allel allel 26

Conclusies 1. Habitatfragmentatie reduceert genetische diversiteit, fitness en adaptatievermogen van bomen en struiken (zelfs van windbestuivers!) 2.

Grotere uitdaging op relatief korte termijn: klimaatsverandering Genomics kan helpen om de juiste genotypes naar hier te halen.

27 Conclusies 1. Habitatfragmentatie reduceert genetische diversiteit, fitness en adaptatievermogen van bomen en struiken (zelfs van windbestuivers!) 2. Bosbeheer beïnvloedt de genetische diversiteit van de bomen (maar de onderzoeksresultaten zijn zeer beperkt) 3. Grotere uitdaging op relatief korte termijn: klimaatsverandering Genomics kan helpen om de juiste genotypes naar hier te halen. Intussen: vrijwaar genetische diversiteit en stimuleer permanente natuurlijke verjonging! Dank aan: - Drs. Guy Vranckx voor de verwerking van de Zomereikdata - Agentschap voor Natuur en Bos voor toelating ti voor de staalnames - Dr. Joachim Mergeay and Karen Cox (INBO) voor hulp bij het het genotypen van Zomereik. 27

Vergelijkbare documenten

Biodiversiteit op genetisch niveau

Biodiversiteit op genetisch niveau Bron:http://sitfu.com/wp-content/uploads/2010/10/DNA-BARCODE.gif An Vanden Broeck Opleiding Biodiversiteit voor MER-deskundigen fauna & flora (dienst Mer /ANB / Inverde)