Entdeckung einer Hybridlinie liefert Hinweise darauf, wie sich Bäume an den Klimawandel anpassen

Die Entdeckung einer Hybridpopulation von Pappeln im Westen Wyomings hat laut einem von Forschern der Pennsylvania State University geleiteten Team Einblicke in die Art und Weise gegeben, wie natürliche Hybridisierung die Evolution vieler Pflanzenarten beeinflusst. Sie sagten auch, ihre Entdeckung lege nahe, dass der genetische Austausch zwischen Arten für die Anpassung an Umweltveränderungen entscheidend sein könnte.

Die Forschung, die eine neue Abstammungslinie aus Hybriden der Schwarzpappel (Populus trichocarpa) und der Balsampappel (Populus balsamifera) beschrieb, war veröffentlicht In Molekulare Ökologie. Dies ist nur die jüngste Studie, die nahelegt, dass natürliche Hybridisierung bei der Evolution vieler Pflanzenarten eine wichtige Rolle gespielt hat, sagt Teamleiterin Jill Hamilton, außerordentliche Professorin am College of Agricultural Sciences der Pennsylvania State University.

„Hybridisierungen zwischen verschiedenen Arten kommen in der Natur viel häufiger vor, als wir vielleicht gedacht hätten – insbesondere bei Waldbäumen. Das muss nicht unbedingt eine schlechte Sache sein, denn es könnte ein natürlicher Mechanismus sein, der die Anpassung an ein sich änderndes Klima erleichtert“, sagte Hamilton, der Direktor des Schatz Center for Tree Molecular Genetics an der Pennsylvania State University ist.

„Studien wie diese sind von entscheidender Bedeutung, um herauszufinden, wie die demografische Geschichte, der Genfluss und die Interaktion zwischen unterschiedlichen genomischen Vorfahren natürliche Hybridzonen geformt haben, um bessere Vorhersagen über die Bewegung von Keimplasma und die klimaunterstützte Forstwirtschaft in der Zukunft zu treffen.“

Die meisten Populationen der Schwarzpappel kommen in feuchten Küstenregionen vor. Allerdings begannen die Bäume vor etwa 800.000 Jahren in trockenen Gegenden im Landesinneren und im Osten aufzutauchen, bemerkt Constance Bolte, Postdoktorandin am Schatz Center, die die letzten Phasen der Forschung leitete. Sie vermutete, dass diese Bewegung wahrscheinlich durch die Aneignung genetischer Variationen durch die Kreuzung mit den Balsampappeln erleichtert wurde, die es ihnen ermöglichten, heiße, trockene Bedingungen zu überleben.

Die in der Studie beschriebene Hybridlinie weise „einige sehr interessante genetische Kombinationen“ auf, betonte Bolte, die es den Bäumen ermöglichten, in trockenen Lebensräumen zu gedeihen.

„Diese Küstenpopulationen haben sich speziell an feuchte Bedingungen angepasst“, sagte sie. „Aber das Klima hat sich geändert, und deshalb ist ihre Verbreitung derzeit sehr begrenzt, möglicherweise weil diese Region trockener ist. Und deshalb haben sich diese Hybriden besser entwickelt, weil sie die genetischen Voraussetzungen haben, um in diesem trockeneren Klima zu überleben.“

Bei Waldbäumen käme es häufig zu Hybridisierungen zwischen Schwesterarten, sagte Bolte und fügte hinzu, diese Studie zeige, wie wertvoll es sei, diese Geschichte der natürlichen Hybridisierung für die Züchtung und Bewirtschaftung von Forstbäumen zu nutzen.

„Unsere Daten zeigen, dass die Bildung stabiler Abstammungslinien durch Hybridisierung möglich ist“, sagte sie. „Bislang wurden Hybriden bei Artenschutzbemühungen nicht berücksichtigt. Wenn diese Hybriden jedoch für das Überleben in trockenen oder anderen extremen Klimazonen geeignet sind, kann es von entscheidender Bedeutung sein, die natürlichen genetischen Ressourcen dieser Populationen zu erhalten und zu verwalten, insbesondere unter sich schnell ändernden Klimabedingungen.“

Das Team entdeckte die stabile Hybridlinie aus Schwarz-Pappel und Balsam-Pappel, nachdem es die genetische Zusammensetzung von 546 Pappelstecklingen analysiert hatte. Diese waren entlang von sieben Transekten – schmalen, von Norden nach Süden verlaufenden Landstreifen – von Alaska bis Wyoming gesammelt worden, mit dazwischen liegenden Funden in British Columbia und Alberta, Kanada.

Eine solche Analyse ist laut Hamilton nur mit Big-Data-Techniken und enormer Rechenleistung möglich, wie sie in Einrichtungen wie dem ROAR-Kollaborationsclustererhältlich über das Institute for Computational and Data Sciences der Pennsylvania State University.