Clonal diversity and population genetic structure of the grain aphid Sitobion avenae(F.) in central Europe

Abstract

Die Große Getreidelaus, Sitobion avenae (F.), weist intraspezifisch variierende Lebenszyklen auf. Diese umfassen permanent parthenogenetische Fortpflanzung (Anholozyklie) und solche Individuen mit einer jährlich obligat sexuellen Generation im Anschluss an mehrere ungeschlechtliche Generationen (Holozyklie). Diese Lebenszyklen können kombiniert werden, so dass neben rein ungeschlechtlichen Linien, einige wenige Tiere auftreten die zu sexueller Fortpflanzung befähigt sind (Intermediäre und androzyklische Lebenszyklen). Mit Hilfe hochvariabler molekularer Marker (Mikrosatelliten) ist bisher die Verbreitung einzelner Genotypen und Populationsstrukturen in Westeuropa sowie Rumänien untersucht worden, insbesondere hinsichtlich der Auswirkung des Winterklimas auf die Variation der Lebenszyklen. Die vorliegende Studie untersucht erstmalig die Variation der Lebenszyklen dieser Blattlausart mit Hilfe von Mikrosatelliten in Zentraleuropa. Hierzu wurden 32 Standorte aus drei Regionen Deutschlands mit jährlich variierenden Winterbedingungen und unterschiedlicher Landschaftsstruktur, sowie weitere Standorte aus Ungarn (kontinentales Klima) in drei aufeinanderfolgenden Jahren hinsichtlich der Diversität der Genotypen und der Populationsstruktur untersucht. Sieben weitverbreitete Klone treten an Weizen auf, darunter ein Klon, der in zwei aufeinanderfolgenden Jahren in Ungarn aufgefunden wurde. Die Genotypendiversität nimmt mit zunehmend kälteren Wintern wie erwartet zu, allerdings ist sie konstant hoch in Norddeutschland, unabhängig vom Winterklima. Im ersten Untersuchungsjahr wiesen Standorte mit komplexer Landschaftsstruktur eine niedrigere Genotypendiversität auf als offene Landschaften. Dieser Einfluss der Landschaftsstruktur wurde allerdings in den darauffolgenden Jahren vom Einfluss des Winterklimas sukzessiv überlagert. Innerhalb der Sommermonate entwickelten sich einzelne Klone in distinkter Art und Weise, jedoch in sich jährlich wiederholenden Mustern. Als Ursachen werden regional unterschiedliche Bewirtscha ftungsformen, unterschiedliche Wirtspflanzenwechsel einzelner Klone, sowie die Beeinflussung der wandernden Geflügelten diskutiert. Die Analyse der Populationsstrukturen bestätigt, dass der Genfluss in Zentraleuropa ausreichend ist eine genetische Isolation zu verhindern. Lokale Migrationen innerhalb von 50 km führen zu panmiktischen Populationen, jedoch treten ab einer Distanz von mehr als 100 km unterschiedliche Genotypendiversitäten auf. Dieses Projekt wurde finanziert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Projekts BIOPLEX (Biodiversität und räumliche Komplexität in Agrarlandschaften unter Global Change).