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2169Landschaftsgenetik insektenbestäubter Waldbodenpflanzen in sich wandelnden Agrarlandschaften Landscape genetics of insect-pollinated forest herbs in changing agricultural landscapes01.08.2018 00:00:0030.04.2021 00:00:00laufendcurrentProgrammbereich 2 „Landnutzung und Governance“Research Area 2 „Land Use and Governance“x4x23xWulf, Monika; Naaf, Tobias; Kramp, Katja; Holzhauer, Stephanie; Feigs, Jannis Till; Huang, Siyux301x762x2054x2055x2312x2393x<div class='ntm_PB2'>PB2</div>  2018 Landschaftsgenetik insektenbestäubter Waldbodenpflanzen in sich wandelnden Agrarlandschaften Landscape genetics of insect-pollinated forest herbs in changing agricultural landscapes Programmbereich 2 „Landnutzung und Governance“ Wulf, Monika; Naaf, Tobias; Kramp, Katja; Holzhauer, Stephanie; Feigs, Jannis Till; Huang, Siyu Drittmittel Research Area 2 „Land Use and Governance“ current laufend <div class="ExternalClassA98716278200444B858A6C87111340EA"><p>In Agrarlandschaften weisen Fragmente halbnatürlicher Lebensräume die größte Artenvielfalt auf. Viele Arten sind jedoch nicht gut an ein Leben in Habitatinseln angepasst. Zum Beispiel haben sich typische Laubwaldpflanzen zu Zeiten entwickelt, als die Landschaft weitgehend mit Wald bedeckt war. Ein langfristiges Überleben in Habitatinseln erfordert den regelmäßigen Austausch von Individuen oder Diasporen zwischen den lokalen Populationen, so wie es z.B. in Metapopulationen der Fall ist. Unklar ist jedoch, ob und unter welchen Umständen krautige Waldpflanzen eine Metapopulation bilden können. Da der Genfluss zwischen den Populationen durch die Übertragung von Samen und Pollen erfolgt, hängt die Beantwortung dieser Frage davon ab, wie die Samen- und Pollenvektoren durch die Landschaftsstruktur beeinflusst werden. In diesem Projekt werden wir populationsgenetische und landschaftsökologische Ansätze verbinden, um die regionale populationsgenetische Struktur krautiger Waldpflanzen und ihrer Bestäuber in Agrarlandschaften zu untersuchen. Unsere Zielsetzung umfasst 1.) die Erforschung des Einflusses der Bestäubungsstrategie der Pflanzen (selbst- vs. fremdbestäubt; kurze vs. weite Flugdistanz assoziierter Bestäuber) auf die Anfälligkeit für Effekte von Habitatfragmentierung; 2.) die Untersuchung von Effekten der Landschaftsstruktur auf die regionale populationsgenetische Struktur der Waldpflanzen; dabei stehen zum einen bestimmte Ackerkulturen im Fokus, bei denen ein Effekt auf das Verhalten von samenübertragenden Säugetieren (Mais) oder von pollenübertragenden Insekten (Raps) zu erwarten ist, und zum anderen lineare Landschaftselemente, die als Korridor (Hecken) oder Barriere (Straßen) fungieren können; 3.) den Nachweis, dass populationsgenetische Reaktionen der Waldpflanzen auf Landnutzungsveränderungen verzögert stattfinden. Wir erwarten, dass die aktuelle populationsgenetische Struktur die Landschaft vor einigen Jahrzehnten besser als die heutige Landschaft wiederspiegelt. Unsere Forschung wird auf drei krautigen Waldpflanzenarten basieren, die wir in sieben Agrarlandschaften verteilt über Nordwesteuropa untersuchen werden. Außerdem werden wir die populationsgenetische Struktur von zwei assoziierten Bestäuberarten, einer Hummel- und einer Schwebfliegenart, in drei der Landschaften analysieren. Die geplanten genetischen Analysen umfassen u.a. die Genotypisierung anhand von Mikrosatelliten, Verwandtschaftsanalysen zur Bestimmung der aktuellen Pollenimmigrationsrate und zur Zuordnung von Hummelarbeiterinnen zu ihren Nestern, sowie die koaleszenzbasierte Schätzung des historischen Genflusses. Landschaftsökologische Ansätze beinhalten die Kartierung der aktuellen und historischen Landnutzung, die Berechnung von Landschaftsmerkmalen im Umkreis von und in Landschaftsstreifen.<br></p></div> <div class="ExternalClass3CD3DC8E15734894AD36F7FEF8BE966A"><p>​Most of the biodiversity in agricultural landscapes can be found in small fragments of semi-natural habitats. However, many species are not adapted to live in small habitat islands. For instance, typical deciduous forest herbs evolved during times when the landscape was more or less continuously forested. Long-term survival in habitat fragments requires habitat specialists to exchange regularly individuals or diaspores among local populations, as common in meta-populations. Whether at all and under which circumstances forest herbs form a metapopulation is unclear. Since gene flow among plant populations occurs via seed and pollen dispersal rather than active plant movement, the answer to these questions will depend on how the associated seed and pollen dispersal vectors are influenced by the landscape structure. In this project, we will combine population genetic and landscape ecological approaches to study the regional population genetic structure of forest herbs and their associated pollinators in the context of agricultural landscapes. We have three main objectives&#58; (1) We will elucidate the role of the herb's mating strategy in shaping the regional population genetic structure (selfing vs. outcrossing; short vs. long forage distance of the associated pollinator species). (2) We will determine the effects of the landscape matrix on the regional population genetic structure. In particular, we are interested in the role of some crop species that are expected to influence seed dispersal by mammals (maize) or pollen transfer by insects (oilseed rape) and in linear landscape elements that may act as corridor (e.g., hedgerows) or barrier (e.g., roads). (3) We will detect legacies of the past in present-day plant population genetic structures. Here, we expect the current population genetic structure to reflect the landscape structure of some decades ago better than the current landscape structure. Our research will focus on three forest herb species, which will be surveyed in seven different agricultural landscapes spread across northwestern Europe. In addition, we will study the population genetic structure of two associated pollinator species, a bumblebee and a hoverfly species, in three of the landscapes. Genetic analyses will comprise amongst others the genotyping of plant and pollinator individuals based on microsatellite markers, paternity analysis to quantify the contemporary pollen-mediated gene flow, sibship reconstruction to assign bumblebee workers to colonies and the estimation of the historical gene flow rates based on coalescent theory. Landscape ecological approaches will include the mapping of the current and historical landscape composition and configuration, the calculation of landscape metrics in circular zones and landscape strips around and between the plant populations, respectively, the quantification of land-use changes since 1950, and the modelling of population genetic measures as a function of landscape(-change) metrics.<br></p></div> <div class="ExternalClassFF87C195-9670-4C04-B616-E5EB45870317"></div> <div class="ExternalClass9905405D-75CC-4880-8EB8-772D6E3E68E2"></div> <div class="ExternalClassE874245B-7AA5-48CD-BDFA-9238A8AFEDDC"></div> <div class="ExternalClassEB32F047-B3B2-40BB-8ACC-65FC4CA55CC9"><ul><li>DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div> <div class="ExternalClass74661F52-6EDF-47AE-9DD7-348E08C11661"></div><div class="ExternalClassA98716278200444B858A6C87111340EA"><p>In Agrarlandschaften weisen Fragmente halbnatürlicher Lebensräume die größte Artenvielfalt auf. Viele Arten sind jedoch nicht gut an ein Leben in Habitatinseln angepasst. Zum Beispiel haben sich typische Laubwaldpflanzen zu Zeiten entwickelt, als die Landschaft weitgehend mit Wald bedeckt war. Ein langfristiges Überleben in Habitatinseln erfordert den regelmäßigen Austausch von Individuen oder Diasporen zwischen den lokalen Populationen, so wie es z.B. in Metapopulationen der Fall ist. Unklar ist jedoch, ob und unter welchen Umständen krautige Waldpflanzen eine Metapopulation bilden können. Da der Genfluss zwischen den Populationen durch die Übertragung von Samen und Pollen erfolgt, hängt die Beantwortung dieser Frage davon ab, wie die Samen- und Pollenvektoren durch die Landschaftsstruktur beeinflusst werden. In diesem Projekt werden wir populationsgenetische und landschaftsökologische Ansätze verbinden, um die regionale populationsgenetische Struktur krautiger Waldpflanzen und ihrer Bestäuber in Agrarlandschaften zu untersuchen. Unsere Zielsetzung umfasst 1.) die Erforschung des Einflusses der Bestäubungsstrategie der Pflanzen (selbst- vs. fremdbestäubt; kurze vs. weite Flugdistanz assoziierter Bestäuber) auf die Anfälligkeit für Effekte von Habitatfragmentierung; 2.) die Untersuchung von Effekten der Landschaftsstruktur auf die regionale populationsgenetische Struktur der Waldpflanzen; dabei stehen zum einen bestimmte Ackerkulturen im Fokus, bei denen ein Effekt auf das Verhalten von samenübertragenden Säugetieren (Mais) oder von pollenübertragenden Insekten (Raps) zu erwarten ist, und zum anderen lineare Landschaftselemente, die als Korridor (Hecken) oder Barriere (Straßen) fungieren können; 3.) den Nachweis, dass populationsgenetische Reaktionen der Waldpflanzen auf Landnutzungsveränderungen verzögert stattfinden. Wir erwarten, dass die aktuelle populationsgenetische Struktur die Landschaft vor einigen Jahrzehnten besser als die heutige Landschaft wiederspiegelt. Unsere Forschung wird auf drei krautigen Waldpflanzenarten basieren, die wir in sieben Agrarlandschaften verteilt über Nordwesteuropa untersuchen werden. Außerdem werden wir die populationsgenetische Struktur von zwei assoziierten Bestäuberarten, einer Hummel- und einer Schwebfliegenart, in drei der Landschaften analysieren. Die geplanten genetischen Analysen umfassen u.a. die Genotypisierung anhand von Mikrosatelliten, Verwandtschaftsanalysen zur Bestimmung der aktuellen Pollenimmigrationsrate und zur Zuordnung von Hummelarbeiterinnen zu ihren Nestern, sowie die koaleszenzbasierte Schätzung des historischen Genflusses. Landschaftsökologische Ansätze beinhalten die Kartierung der aktuellen und historischen Landnutzung, die Berechnung von Landschaftsmerkmalen im Umkreis von und in Landschaftsstreifen.<br></p></div><div class="ExternalClass3CD3DC8E15734894AD36F7FEF8BE966A"><p>?Most of the biodiversity in agricultural landscapes can be found in small fragments of semi-natural habitats. However, many species are not adapted to live in small habitat islands. For instance, typical deciduous forest herbs evolved during times when the landscape was more or less continuously forested. Long-term survival in habitat fragments requires habitat specialists to exchange regularly individuals or diaspores among local populations, as common in meta-populations. Whether at all and under which circumstances forest herbs form a metapopulation is unclear. Since gene flow among plant populations occurs via seed and pollen dispersal rather than active plant movement, the answer to these questions will depend on how the associated seed and pollen dispersal vectors are influenced by the landscape structure. In this project, we will combine population genetic and landscape ecological approaches to study the regional population genetic structure of forest herbs and their associated pollinators in the context of agricultural landscapes. We have three main objectives&#58; (1) We will elucidate the role of the herb's mating strategy in shaping the regional population genetic structure (selfing vs. outcrossing; short vs. long forage distance of the associated pollinator species). (2) We will determine the effects of the landscape matrix on the regional population genetic structure. In particular, we are interested in the role of some crop species that are expected to influence seed dispersal by mammals (maize) or pollen transfer by insects (oilseed rape) and in linear landscape elements that may act as corridor (e.g., hedgerows) or barrier (e.g., roads). (3) We will detect legacies of the past in present-day plant population genetic structures. Here, we expect the current population genetic structure to reflect the landscape structure of some decades ago better than the current landscape structure. Our research will focus on three forest herb species, which will be surveyed in seven different agricultural landscapes spread across northwestern Europe. In addition, we will study the population genetic structure of two associated pollinator species, a bumblebee and a hoverfly species, in three of the landscapes. Genetic analyses will comprise amongst others the genotyping of plant and pollinator individuals based on microsatellite markers, paternity analysis to quantify the contemporary pollen-mediated gene flow, sibship reconstruction to assign bumblebee workers to colonies and the estimation of the historical gene flow rates based on coalescent theory. Landscape ecological approaches will include the mapping of the current and historical landscape composition and configuration, the calculation of landscape metrics in circular zones and landscape strips around and between the plant populations, respectively, the quantification of land-use changes since 1950, and the modelling of population genetic measures as a function of landscape(-change) metrics.<br></p></div>  <div class="ExternalClassC0988386-DB24-4C97-BC4B-D96702ABDF35">Jannis Till Feigs; Dr. rer. nat. Stephanie Holzhauer; Siyu Huang; Dr. Katja Kramp; Dr. rer. nat. Tobias Naaf; apl. Prof. Dr. Monika Wulf</div>Wulf, Monika<div class="ExternalClassB4F8D623-6704-449A-99A0-60FF91689968">apl. Prof. Dr. Monika Wulf</a></div>       DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft<div class="ExternalClassEB32F047-B3B2-40BB-8ACC-65FC4CA55CC9"><ul><li>DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div> 22 <div class="ExternalClass12C94D3C-F884-4DB6-A0A4-EE4F34B1CB8F"><ul><li>Biotische Interaktionen zwischen Wald- und Agrarflächen </li></ul></div><div class="ExternalClass8DDE57DF-DB63-42DA-8A96-CB8140530881"><ul><li>Biotic Interactions between Forest and Agricultural Land</li></ul></div>
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