Sortieren der Wiese: Genetische Methoden zur Trennung von Arten und Sorten

Dauergrünflächen bestehen aus mehreren Arten und Sorten, deren Zusammensetzung sich im Laufe der Zeit verändert. Solche Veränderungen visuell zu erkennen ist auf Artebene arbeitsintensiv und auf Sortenebene unmöglich. Zwei DNS-basierte Methoden wurden zu diesem Zweck getestet.

Schweizer Dauergrünflächen sind artenreiche Mischungen von Gräsern, Leguminosen und Kräutern. Bewirtschaftungspraktiken und sich verändernde Umweltbedingungen können die Artenzusammensetzung und die genetische Vielfalt negativ beeinflussen. Grünflächen mit geringerer Diversität sind weniger widerstandsfähig gegenüber biotischen und abiotischen Stressoren. Daher ist die Erkennung von Veränderungen in der Zusammensetzung entscheidend, um entsprechend eingreifen und
diese wertvollen Ökosysteme schützen zu können, die zudem genetische Ressourcen für die Züchtung beherbergen. Die visuelle Überwachung auf Artebene ist arbeitsintensiv und erfordert hohe Expertise, wohingegen Veränderungen innerhalb von Arten visuell nicht erkannt werden können. Molekulargenetische Methoden bieten vielversprechende Ansätze, um Veränderungen zwischen und innerhalb von Arten zu erkennen. Zwei DNS-basierte Verfahren, multispecies amplicon sequencing (MSAS) und genotyping-by-sequencing (GBS), wurden hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit zur Überwachung der Grünflächenzusammensetzung evaluiert. MSAS zielt dabei auf spezifische genomische Regionen ab, die in mehreren Arten vorkommen und innerhalb von Arten stark variabel sind. Im Gegensatz dazu erfasst GBS viele verschiedene Regionen über das gesamte Genom und ermöglicht eine deutlich höhere Auflösung als MSAS.

Erkennung der Artenzusammensetzung mit Multispecies Amplicon Sequencing (MSAS)

Mit MSAS konnten Arten in Mischungen aus drei Gräsern (Knaulgras, Englisches Raigras und Wiesenfuchsschwanz) sowie zwei Leguminosen (Rot- und Weissklee) erfolgreich getrennt werden. Neben der Trennung der Arten ermöglichte MSAS auch die Differenzierung zwischen Sorten innerhalb einer Art. Grundlage hierfür war die Simulation von Veränderungen in der Sortenzusammensetzung durch das Erstellen von Proben aus zwei Sorten in den Mischungsverhältnissen 0:100, 50:50 und 100:0. Diese Proben konnten erfolgreich getrennt werden, und die 50:50-Mischung lag in Diskriminanzanalysen zwischen den beiden Sorten, was ihre genetische Zusammensetzung widerspiegelte. Dies zeigt, dass MSAS Diversität zwischen und innerhalb von Arten mit angemessener Auflösung erfassen kann.

Beurteilung der Nachweisgrenzen zweier DNS-basierter Methoden

Zur weiteren Untersuchung der Nachweisgrenze wurde MSAS auf sechs Sorten von Englischem Raigras angewendet. Die Ergebnisse wurden anschliessend mit denen von GBS verglichen. Beide genetischen Methoden konnten die sechs Sorten erfolgreich trennen, wobei GBS zusätzlich die Züchtungsgeschichte der Sorten widerspiegeln konnte. Neben Proben mit jeweils einer Sorte wurden Mischungen von zwei Sorten im Verhältnis 50:50 und 75:25 hergestellt. Mit MSAS und GBS konnten die 50:50-Mischungen von den entsprechenden Sorten getrennt und in einer Diskriminanzanalyse zwischen ihnen positioniert werden. Bei den 75:25-Mischungen erreichte MSAS jedoch seine Nachweisgrenze. Mit GBS hingegen konnten die 75:25-Mischungen von den entsprechenden 50:50-Mischungen und Sorten unterschieden werden. Diese Ergebnisse zeigen die Grenzen von MSAS und die zusätzliche Genauigkeit, die GBS zur Überwachung der Sortenzusammensetzung liefert.