Gene für Dürreresistenz in Buchen identifiziert

Gene für Dürreresistenz in Buchen identifiziert
Foto: Markus Pfenninger, LOEWE-TBG

Gene für Dürreresistenz in Buchen identifiziert

Die Dürre der Hitzesommer macht dem Wald schwer zu schaffen. Manche Bäume aber kommen eher damit klar als ihre Nachbarn. Nun entdeckten Wissenschaftler, warum das so ist. Sie identifizierten Gene für Dürreresistenz in Buchen. Aber: Nicht jeder Baum hat das genetische Rüstzeug für einen Klimawandel.

Welche Bäume überstehen trockene Hitzesommer und welche tragen starke Schäden davon? Für Buchen kann man diese Frage nun per Genomanalyse beantworten. Ein Team um Prof. Dr. Markus Pfenninger vom LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik und dem Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum hat geschädigte und gesunde Buchen in Hessen untersucht und Bereiche in deren Erbgut identifiziert, die für Dürreresistenz zuständig sind. Anhand dieser DNA-Abschnitte lässt sich für jeden einzelnen Baum sagen, wie gut er längere Trockenperioden übersteht. Dank gezielter DNA-Tests könnten daher widerstandsfähige Exemplare für die Forstwirtschaft ausgewählt und Buchenwälder für den Klimawandel fit gemacht werden. Die Studie hat das Fachmagazin eLife veröffentlicht.

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Wer im Sommer durch die Wälder streift, sieht immer wieder braune ausgedörrte Blätter und abgestorbene Äste. Die langen Trockenperioden 2018 und 2019 haben Spuren hinterlassen. Das beobachtete Markus Pfenninger. Etwas fiel ihm besonders ins Auge: „In Buchenwäldern sind nicht alle Bäume gleichermaßen geschädigt. Völlig gesunde stehen unmittelbar neben stark geschädigten Bäumen.“

Dürre-Resistenz in der Buchen-DNA verankert

Die Ursache des Phänomens liegt im Erbgut der Bäume. Das zeigt jetzt eine Studie an rund 200 Baumpaare. Gemacht habent sie Pfenninger und seinen Kolleginnen sowie Kollegen. Das Genom der Rotbuchen, also deren gesamte Erbinformation in Form von DNA, umfasst 542 Millionen Bausteine. Einige dieser Bausteine sind bei allen Rotbuchen identisch. Andere unterscheiden sich jedoch von Baum zu Baum. Genau das ist bei gesunden und stark geschädigten Buchen der Fall, wie die Genomanalyse zeigt: Rund 100 DNA-Abschnitte sind demnach für die Dürreresistenz entscheidend. Bei gesunden Bäumen enthalten diese Abschnitte unter anderem Gene, die aus anderen Pflanzen bekannt sind und eine Reaktion auf Trockenstress ermöglichen.

„Die individuelle genetische Ausstattung bestimmt darüber, ob eine Buche längere Trockenperioden gut übersteht“, sagt Pfenninger. Molekularökologin Dr. Barbara Feldmeyer vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum erläutert: „Wenn wir einzelne Bäume einordnen, können Forstleute gezielt auf besonders widerstandsfähige Bäume setzen, etwa zur Aufforstung. So sind Buchenwälder nachhaltig für den Klimawandel gerüstet.“

Damit das gelingt, haben die Forscherinnen und Forscher basierend auf ihren Ergebnissen einen Test entwickelt, mit dem man Dürreresistenz im Erbgut von Buchen – auch bereits in deren Samen – nachweisen kann. Beteiligt sind an der Studie auch Forscherinnen der Justus-Liebig-Universität Gießen, der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt, der TU Darmstadt und der Hochschule Geisenheim University.

Natürliche Selektion widerstandsfähiger Bäume

Die Rotbuche (Fagus sylvatica) ist in Europa weit verbreitet und der häufigste Laubbaum in den Wäldern Deutschlands. In Hessen wachsen die sommergrünen Bäume auf rund einem Drittel der Landeswaldfläche. Buchen kommen mit unterschiedlichen Standortbedingungen zurecht und spielen eine immer bedeutendere Rolle in der naturnahen Waldwirtschaft. Sie bieten zudem einen Lebensraum für mehrere tausend Arten, etwa holzbewohnende Käfer und Larven oder Spechte, die in Baumhöhlen nisten.

Buchenwald Kronenvergleich Markus Pfenninger LOEWE TBG
Durch Hitze geschädigte Buchen (lnks) und gesunde Bäume stehen oft nahe nebeneinander Foto: Markus Pfenninger, LOEWE-TBG

Für die Studie untersuchten die Forschenden um Pfenninger 2019 und 2020 Buchen in ganz Hessen vom Taunus über das Rhein-Main-Gebiet und den Odenwald bis zum Westerwald und Nordhessen. An jedem der rund 200 Standorte wählten sie für die Analyse je einen gesund aussehenden Baum und einen im Schnitt fünf Meter danebenstehenden Baum mit stark vertrockneten oder fehlenden Blättern aus. Aus den noch grünen Blättern wurde im Labor die DNA gewonnen. Basierend auf den Genomdaten wurde der Test mit molekularen Markern für die Dürreresistenz-Gene entwickelt und an rund 90 Buchen überprüft. Die Erfolgsquote lag bei 99 Prozent.

„Mit unserer Studie haben wir die wissenschaftlichen Grundlagen für ein nachhaltiges Management von Buchenwäldern gelegt, das die natürliche Selektion widerstandsfähiger Bäume unterstützt“, sagt Pfenninger. „Es geht nun darum, die Erkenntnisse in die Praxis umzusetzen, zum Beispiel bei der Überwachung natürlicher Wälder oder der selektiven Abholzung und Wiederaufforstung. So können wir dazu beitragen, ein einzigartiges Ökosystem zu erhalten, das den Klimawandel bereits zu spüren bekommt. Denn der nächste Hitzesommer wird kommen – früher oder später.“

red

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