Spatial genetic structure and potential adaptive traits of native Pinus sylvestris L. populations from extreme habitat sites in East-Central Europe: vegetation and landscape historical consequences along climatic constraints
Eltérő származású, szélsőséges élőhelyű közép-kelet európai erdeifenyő (Pinus sylvestris L.) populációk térbeli genetikai mintázatának vizsgálata, adaptív jellegek nyomon követése: vegetáció és tájtörténeti vonatkozások a klimatikus korlátok mentén
Title in English
Spatial genetic structure and potential adaptive traits of native Pinus sylvestris L. populations from extreme habitat sites in East-Central Europe: vegetation and landscape historical consequences along climatic constraints
Keywords in Hungarian
Pinus sylvestris, nukleáris, mitokondriális és kloroplasztisz DNS markerek, élőhelyi adottságok, ektomikorrhiza, reliktum, genetikai variabilitás,
Keywords in English
Pinus sylvestris, nuclear, mitochondrial and chloroplast DNA markers, habitat specificity, ectomycorrhiza, relict, genetic variation
Discipline
Forestry (Council of Complex Environmental Sciences)
50 %
Community ecology, systems ecology, ecosystem services (Council of Complex Environmental Sciences)
50 %
Panel
Ecology and evolution
Department or equivalent
Department of Botany (Corvinus University of Budapest)
Participants
Cseke, Klára Erős-Honti, Zsolt Nagy, László Pedryc, Andrzej
Starting date
2012-01-01
Closing date
2016-12-31
Funding (in million HUF)
11.690
FTE (full time equivalent)
4.25
state
closed project
Summary in Hungarian
A téma indoklása A kutatás aktualitását és időszerűségét 3 fontosabb ténnyel indokolhatjuk: 1. A Kárpát-medence és Keleti-Kárpátok peremhelyzetű erdeifenyő-populációit a faj areáját lefedő molekuláris alapú fajtörténeti munkákba nem vonták be, pedig ezek a reliktum populációk éppen a déli kritikus, klimatikus határvonalon élnek. 2. Az eddigi kutatások rámutattak arra, hogy az európai, reliktum jellegű, tajgaerdő-alkotó fenyőfajok (Picea abies, Pinus cembra) fajtörténetében a Kárpátok és környékének földrajzi térsége igen jelentős. A luc bizonyítottan az utolsó glaciális maximum (GM) idején reliktum populációkkal rendelkezett a Déli-Kárpátokban, és innen nem is terjedt tovább. Kloroplasztisz SSR-mintázat alapján a Kárpátok cirbolyafenyő populációi különböznek az Alpokban élőkétől. Ez a mintázat eltérő fajtörténeti eseményekre utal. 3. Az újabb, erdeifenyőnél is vizsgált genetikai markerek (ESTs) közül néhányról bizonyították, hogy pozitív szelekciós nyomás alatt állnak, így a populációk ökológiai adaptációjában játszhatnak szerepet. Mivel az általunk vizsgálandó populációk igen különböző ökológiai háttérű, (láp, homok, szikla) izolált ökoszisztémákban maradtak fenn és valószínűleg eltérő történetük van, ezen markerek alkalmazása új eredményeket hozhat.
Nyolc természetes reliktum helyzetű Pinus sylvestris populációt és 3-4 erdészeti származási kísérletben fenntartott állomány, azonos körülmények között élő erdeifenyő egyedeinek genetikai mintázatát vizsgálnánk meg nukleáris és plasztisz-markerekkel. Az ökológiai háttér vizsgálatához a populációk élőhelyének ektomikorrhiza-közössége fajspektrumát molekuláris taxonómiai módszerekkel tervezzük összehasonlítani. A fajtörténeti, filogeográfiai eredmények mellett az ESTs-szakaszok vizsgálatával epigenetikai és fenotípus expressziós hatások kimutatását várjuk. A klimaváltozás idején ezek az eredmények új vegetáció- és tájtörténeti ismeretekkel szolgálhatnak, amelyek segíthetik az erdészeti és tájtervezési feladatok megoldását is.
Summary
Three main reasons that argue for the need to investigate genetic structure of East-Central European Scots pine (Pinus sylvestris L.) populations:
1. Recent diversity and phylogeographic studies performed on Scots pine (Pinus sylvestris, L.) populations along its large distribution range, did not include native Carpathian populations growing at the edge of the southern distribution periphery. 2. However, most studies performed on European remnant populations of cold-tolerant, boreal forest species like Norway spruce (Picea abies) and stone pine (Pinus cembra) suggest that the region of the Carpathians is important in terms of accumulation of genetic diversity from historical time. Picea abies persisted in the Last Glacial Maximum (LGM) at relic sites of the Retezat Mts. (South Carpathians). Surprisingly, both fossil records and live genetic materials confirm only a very limited expansion of the populations from these refugia in the warming period of the Holocene. These results lead us to the conclusion that within the species distribution range, Carpathian populations harbour a distinct genetic material. Regarding Pinus cembra, a chloroplast microsatellite study confirmed high genetic variation along the Carpathians, even higher than its populations of the Alps. The genetic structure revealed a contrasting post-glacial history of the Carpathian populations from that ones in the Alps. Moreover, the Retezat Mts. preserved a refugium from where Pinus cembra presumably colonized the ecotones towards the Eastern Carpathians. We presume that Scots pine might preserved a specific life-history in the Carpathians. 3. During the last years, studies reported new results based on recently developed markers for Scots pine. Some of these sequences are from genome sites that are proven to be under positive selection effects.) The high variability of EST regions, EST-SSRs detected in the genome can offer deep insights into the selection mechanism of the population. During the man induced climate changes the results of such studies might have great importance. We plan to perform molecular study by using organellar and nuclear markers on samples originating from 8 natural populations of Scots pine of quite different habitat types and also 3 or 4 populations preserved in provenance trials in Hungary. These samples are from different geographic origin but they are grown actually on the same site. Ecological differences among and within habitats will be tested by the species spectra of the ectomycorrhizal communities of the soil. Beside the phylogeographic pattern and genetic structure of populations, by detecting the diversity in genes under positive selection and by describing ectomycorrhizal species composition, we would like to get an insight into the survival capacity of the populations.
