Development of microsatellites in Prosopis spp. and their application to study the reproduction system

Abstract

Die untersuchten Baumarten Prosopis chilensis und Prosopis flexuosa stellen wichtige natürliche Ressourcen dar in vieler Trocken-Gebiete in Argentinien. Trotz ihrer ökologischen und ökonomischen Bedeutung befindet sich die Erforschung der genetischen Ressourcen dieser beiden Arten in einem Anfangsstadium.Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, zunächst Mikrosatelliten Marker (SSRs = Simple Sequence Repeats) für die Gattung Prosopis zu entwickeln, und sie dann für die Untersuchung des reproduktiven Systems in einem Hybridschwarm von P. chilensis und P. flexuosa zu nutzen.Für die Identifizierung von Mikrosatelliten Markern bzw. SSR-Genorten wurde die isolierte DNS der Art P. chilensis nach einem Protokoll von Fischer und Bachmann (1998) angereichert. Sechs SSR-Primerpaare wurden erhalten. Die entwickelten SSR-Marker zeigten einen Polymorphism Information Content zwischen 0,14 und 0,70 in P. chilensis und zwischen 0,41 und 0,85 in P. flexuosa. Die erwartete Heterozygotie lag zwischen 0,14 und 0,73 in P. chilensis, und zwischen 0,46 und 0,86 in P. flexuosa. Ein Test bezüglich der Nutzung dieser SSR-Primer auch in anderen Prosopis Arten zeigte deren weitgehende Anwendbarkeit über Artengrenzen hinweg.Die entwickelten SSR Marker wurden angewendet, um die genetischen Strukturen und das Reproduktionssystem in einem Hybrid-Schwarm von P. chilensis und P. flexuosa zu untersuchen. Insgesamt wurden 100 blühende Prosopis-Bäume (Elternpopulation) beobachtet. Die morphologische Zuordnung einzelner Bäume erfolgte mit Hilfe von qualitativen und quantitativen Merkmalen. Dabei bildeten sich drei Gruppen: Gruppe 2, P. Flexuosa; Gruppe 3, P. Chilensis; und Gruppe 1 mit intermediären Individuen beider Arten. Über alle Gruppen hinweg wurden an den sechs SSR-Genorten 70 Allele beobachtet. Schätzungen der genetischen Diversität He zeigten den höchsten Mittelwert in Gruppe 2 (He= 0,730) gefolgt von Gruppe 1 (He = 0,605) und Gruppe 3 mit dem geringsten Wert (He = 0,554).Für die Untersuchung des Reproduktionssystems wurden in der Altbaumpopulation 23 Bäume ausgewählt. Insgesamt wurden 516 Samen (Samenpopulation) gesammelt. Insgesamt wurden in der Samenpopulation 41 Allele gefunden, wobei drei dieser Allele nicht in der Altbaumpopulation vorkamen. Die genetischen Parameter zur Schätzung der genetischen Differenzierung zwischen den morphologischen Gruppen zeigten, sowohl in der Samenpopulation als auch in der effektiven Pollenwolke, die höchste Differenzierung zwischen Gruppe 2 und Gruppe 3. Um den Genfluss zwischen den morphologischen Gruppen genauer zu bestimmen, wurden Vaterschaftsanalysen durchgeführt. Unter den 420 Nachkommen, deren Polleneltern potentiell innerhalb des Bestandes liegen können, stammen 170 aus einer Hybridisierung zwischen den Gruppen.Die Ergebnisse lassen einen starken Genfluss zwischen morphologischen Gruppen vermuten. Eine beträchtliche Reduktion der genetischen Differenzierung zwischen morphologischen Gruppen wurde in nur einer Generation beobachtet. Die Analysen des Paarungssystems deuten auf asymmetrischen Genfluss hin. Für das Zustandekommen von intermediären Individuen bekommt Gruppe 2 mehr Pollen von Gruppe 3 als umgekehrt. Die Hybridisierung wird begleitet von Introgression. Eine höhere Rate von Paarungen intermediärer Individuen mit Gruppe 3 erzeugt einen höheren Anteil von Introgression in Richtung dieser Gruppe. Rückkreuzungen kommen aber auch zwischen Gruppe 1 und 2 vor.