| 2581 | MEGAFORP - Mechanismen des Genflusses zwischen räumlich isolierten Waldpflanzenpopulationen in Europäischen Agrarlandschaften | MEGAFORP - Mechanisms of gene flow among spatially isolated forest herb populations in European agricultural landscapes | 01.03.2026 00:00:00 | 28.02.2029 00:00:00 | laufend | current | Programmbereich 2 „Landnutzung und Governance“ | Research Area 2 „Land Use and Governance“ | x4x19x | Jahn, Ute; Naaf, Tobias | x61x762x | <div class='ntm_PB2'>PB2</div> | | | 2026 | MEGAFORP - Mechanismen des Genflusses zwischen räumlich isolierten Waldpflanzenpopulationen in Europäischen Agrarlandschaften MEGAFORP - Mechanisms of gene flow among spatially isolated forest herb populations in European agricultural landscapes Programmbereich 2 „Landnutzung und Governance“ Jahn, Ute; Naaf, Tobias Drittmittel Research Area 2 „Land Use and Governance“ current laufend <div class="ExternalClass65A06DA2C75C444DAE0EDD3F6D42ED15">Laubwälder in Mitteleuropa kommen überwiegend als Fragmente vor, eingebettet in eine landwirtschaftlich genutzte Matrix. Das Überleben in Habitatfragmenten fordert insbesondere solche Arten heraus, die nur bedingt zur Bildung einer regionalen Populationsstruktur fähig sind, so wie viele Waldbodenpflanzen. Dennoch erscheinen die räumlich isolierten Populationen solcher Waldpflanzen meist nicht gänzlich genetisch isoliert, sondern in einem gewissen Ausmaß durch Genfluss miteinander verbunden. Wenn wir das Schicksal von Waldbodenpflanzen in Agrarlandschaften bestimmen wollen, müssen wir die Mechanismen dieses Genflusses verstehen, insbesondere die relative Bedeutung von pollen- und samenübertragenden Tieren. Da unterschiedliche Vektoren unterschiedlich mit der Landschaft interagieren, ist zu erwarten, dass die Genflussmechanismen von der Landschaftsstruktur abhängen.<br>Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe der Landschaftsgenomik die relative Bedeutung von Pollen- und Samenübertragung für den Genfluss in Abhängigkeit vom Landschaftskontext zu quantifizieren. Das erste Arbeitspaket (AP) befasst sich mit dem historischen Genfluss, der über eine unbekannte Zahl von Generationen bis heute erfolgt ist; das zweite mit dem aktuellen Genfluss während der letzten 10 Jahre. In beiden AP soll Polygonatum multiflorum (L.) All. erforscht werden, eine weitverbreitete, aber ausbreitungslimitierte Waldbodenpflanze, die durch Hummeln bestäubt wird, und deren Samen gelegentlich durch Vögel oder kleinere Säugetiere verbreitet werden.<br>In AP1 werden „single-nucleotide polymorphisms“ (SNPs) sowohl aus dem Kern- als auch aus dem Chloroplastengenom zum Einsatz kommen. Erstere werden durch beide Elternpflanzen, letztere nur durch die Mutterpflanze vererbt. Daraus kann ein Pollen-zu-Samenfluss-Verhältnis berechnet werden. Um die SNPs im Kern- und Chloroplastengenom zu finden werden wir „double-digest restriction site-associated DNA sequencing“ (ddRADseq) beziehungsweise „genome skimming“ anwenden. Dies soll für 28 Landschaften verteilt über sechs Regionen Mitteleuropas erfolgen. Die Landschaften umfassen jeweils drei bis fünf Populationen von P. multiflorum und decken zwei strukturelle Gradienten ab, von geringem bis hohem Grünlandanteil und von geringer zu hoher Saumdichte. Das Pollen-zu-Samenfluss-Verhältnis soll statistisch zu diesen Gradienten in Beziehung gesetzt werden.<br>In AP2 werden wir eine neuartige Zuweisungsmethode einsetzen, um die aktuellen Pollen- und Samenflussraten zu bestimmen. Das Probennahmedesign umfasst die Beprobung von Elternpflanzen in allen möglichen Quellpopulationen sowie die Beprobung von Jungpflanzen in vier verschiedenen Zielpopulationen in Nordostdeutschland. Gepoolte Elternpflanzenproben sowie individuelle Jungpflanzenproben werden mit ddRADseq genotypisiert. Die geschätzten Pollen- und Samenflussraten werden dann in Beziehung gesetzt zur aktuellen Landschaftsstruktur in Landschaftsstreifen zwischen Quell- und Zielpopulationen.</div> <div class="ExternalClassDA1357D21071482AAFDB9BB55058EE63">Temperate forests in Europe occur mostly as fragments within a matrix of agricultural land. Surviving in habitat fragments challenges those species poorly equipped to establish regional population dynamics, such as many forest herbs. Nevertheless, spatially isolated forest herb populations are rarely genetically isolated, but connected to some degree by gene flow. If we want to predict or control the fate of forest herbs in changing agricultural landscapes, we need to understand the mechanisms of this gene flow. In particular, the relative importance of gene flow mediated through pollen- and seed-dispersing animals is unknown. Given that different dispersal vectors interact differently with the landscape, we expect the gene flow mechanism to depend on the landscape structure.<br>The objective of this project is to quantify the relative importance of pollen- and seed-mediated gene flow in dependence on the landscape context by means of landscape genomic methods. The research work comprises two work packages (WP), of which the first one is dedicated to past gene flow (referring to an unknown number of generations until today) and the second one to contemporary gene flow (referring to the last decade). In both WPs, we will study the forest herb Polygonatum multiflorum (L.) All., which is a common, slow-colonizing forest specialist associated with long-tongued bumblebees as pollinators and birds and small mammals as occasional seed dispersers.<br>In WP1, we will use genome-wide single-nucleotide polymorphisms (SNPs) from both the nuclear genome, which is biparentally inherited, and the chloroplast genome, which is only maternally inherited, to calculate a pollen-to-seed migration ratio for a series of 28 landscapes distributed over six regions in temperate Europe. The landscapes will each comprise three to five distinct populations of P. multiflorum and cover two gradients of landscape structure, i.e. from a low to a high cover of grassland, and from a low to a high density of edges. We will apply pool sequencing in combination with double-digest restriction site-associated DNA sequencing (ddRADseq) as well as genome skimming to identify SNPs in the nuclear and chloroplast genome, respectively. Then, we will use statistical modelling to relate the pollen-to-seed migration ratio to the landscape gradients both for the present-day landscapes and the historical landscapes in the mid-20th century.<br>In WP2, we will apply a novel assignment method to jointly estimate contemporary pollen and seed migration rates. The required sampling design includes sampling of both adults in all potential source populations and offspring in four distinct target populations in Northeast Germany. Pools of adult samples and individual offspring samples will be genotyped with SNPs using ddRADseq. The estimated pollen and seed migration rates will then be related to the recent landscape structure in landscape strips between source and target populations.
<br></div> MEGAFORP <div class="ExternalClassFA96DC43-5345-41E7-B6F2-AC2688506CA4"></div> <div class="ExternalClass6745140D-FE9D-48BE-891B-79F54FDD4E5D"><ul><li>Ghent University, Belgien</li><li>Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Schweden</li><li>Universität Bremen</li><li>University of Picardy Jules Verne, Frankreich</li><li>University of Silesia, Polen</li></ul></div> <div class="ExternalClassF49C765A-E797-4597-AC2E-978644A677A4"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> <div class="ExternalClass884DE85D-4031-41A1-A712-41ED45FEB294"><ul><li>Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) e.V.</li></ul></div> <div class="ExternalClass0F595372-0E61-4C8E-BA24-E2746A49747F"><ul><li>Canitz, Julia, Dr.</li><li>De Frenne, Pieter, Prof. Dr.</li><li>Decocq, Guillaume, Prof. Dr.</li><li>Diekmann, Martin, Prof. Dr.</li><li>Hedwall, Per-Ola, Dr.</li><li>Orczewska, Anna, Prof. Dr.</li></ul></div> | <div class="ExternalClass65A06DA2C75C444DAE0EDD3F6D42ED15">Laubwälder in Mitteleuropa kommen überwiegend als Fragmente vor, eingebettet in eine landwirtschaftlich genutzte Matrix. Das Überleben in Habitatfragmenten fordert insbesondere solche Arten heraus, die nur bedingt zur Bildung einer regionalen Populationsstruktur fähig sind, so wie viele Waldbodenpflanzen. Dennoch erscheinen die räumlich isolierten Populationen solcher Waldpflanzen meist nicht gänzlich genetisch isoliert, sondern in einem gewissen Ausmaß durch Genfluss miteinander verbunden. Wenn wir das Schicksal von Waldbodenpflanzen in Agrarlandschaften bestimmen wollen, müssen wir die Mechanismen dieses Genflusses verstehen, insbesondere die relative Bedeutung von pollen- und samenübertragenden Tieren. Da unterschiedliche Vektoren unterschiedlich mit der Landschaft interagieren, ist zu erwarten, dass die Genflussmechanismen von der Landschaftsstruktur abhängen.<br>Ziel dieses Projektes ist es, mit Hilfe der Landschaftsgenomik die relative Bedeutung von Pollen- und Samenübertragung für den Genfluss in Abhängigkeit vom Landschaftskontext zu quantifizieren. Das erste Arbeitspaket (AP) befasst sich mit dem historischen Genfluss, der über eine unbekannte Zahl von Generationen bis heute erfolgt ist; das zweite mit dem aktuellen Genfluss während der letzten 10 Jahre. In beiden AP soll Polygonatum multiflorum (L.) All. erforscht werden, eine weitverbreitete, aber ausbreitungslimitierte Waldbodenpflanze, die durch Hummeln bestäubt wird, und deren Samen gelegentlich durch Vögel oder kleinere Säugetiere verbreitet werden.<br>In AP1 werden „single-nucleotide polymorphisms“ (SNPs) sowohl aus dem Kern- als auch aus dem Chloroplastengenom zum Einsatz kommen. Erstere werden durch beide Elternpflanzen, letztere nur durch die Mutterpflanze vererbt. Daraus kann ein Pollen-zu-Samenfluss-Verhältnis berechnet werden. Um die SNPs im Kern- und Chloroplastengenom zu finden werden wir „double-digest restriction site-associated DNA sequencing“ (ddRADseq) beziehungsweise „genome skimming“ anwenden. Dies soll für 28 Landschaften verteilt über sechs Regionen Mitteleuropas erfolgen. Die Landschaften umfassen jeweils drei bis fünf Populationen von P. multiflorum und decken zwei strukturelle Gradienten ab, von geringem bis hohem Grünlandanteil und von geringer zu hoher Saumdichte. Das Pollen-zu-Samenfluss-Verhältnis soll statistisch zu diesen Gradienten in Beziehung gesetzt werden.<br>In AP2 werden wir eine neuartige Zuweisungsmethode einsetzen, um die aktuellen Pollen- und Samenflussraten zu bestimmen. Das Probennahmedesign umfasst die Beprobung von Elternpflanzen in allen möglichen Quellpopulationen sowie die Beprobung von Jungpflanzen in vier verschiedenen Zielpopulationen in Nordostdeutschland. Gepoolte Elternpflanzenproben sowie individuelle Jungpflanzenproben werden mit ddRADseq genotypisiert. Die geschätzten Pollen- und Samenflussraten werden dann in Beziehung gesetzt zur aktuellen Landschaftsstruktur in Landschaftsstreifen zwischen Quell- und Zielpopulationen.</div> | <div class="ExternalClassDA1357D21071482AAFDB9BB55058EE63">Temperate forests in Europe occur mostly as fragments within a matrix of agricultural land. Surviving in habitat fragments challenges those species poorly equipped to establish regional population dynamics, such as many forest herbs. Nevertheless, spatially isolated forest herb populations are rarely genetically isolated, but connected to some degree by gene flow. If we want to predict or control the fate of forest herbs in changing agricultural landscapes, we need to understand the mechanisms of this gene flow. In particular, the relative importance of gene flow mediated through pollen- and seed-dispersing animals is unknown. Given that different dispersal vectors interact differently with the landscape, we expect the gene flow mechanism to depend on the landscape structure.<br>The objective of this project is to quantify the relative importance of pollen- and seed-mediated gene flow in dependence on the landscape context by means of landscape genomic methods. The research work comprises two work packages (WP), of which the first one is dedicated to past gene flow (referring to an unknown number of generations until today) and the second one to contemporary gene flow (referring to the last decade). In both WPs, we will study the forest herb Polygonatum multiflorum (L.) All., which is a common, slow-colonizing forest specialist associated with long-tongued bumblebees as pollinators and birds and small mammals as occasional seed dispersers.<br>In WP1, we will use genome-wide single-nucleotide polymorphisms (SNPs) from both the nuclear genome, which is biparentally inherited, and the chloroplast genome, which is only maternally inherited, to calculate a pollen-to-seed migration ratio for a series of 28 landscapes distributed over six regions in temperate Europe. The landscapes will each comprise three to five distinct populations of P. multiflorum and cover two gradients of landscape structure, i.e. from a low to a high cover of grassland, and from a low to a high density of edges. We will apply pool sequencing in combination with double-digest restriction site-associated DNA sequencing (ddRADseq) as well as genome skimming to identify SNPs in the nuclear and chloroplast genome, respectively. Then, we will use statistical modelling to relate the pollen-to-seed migration ratio to the landscape gradients both for the present-day landscapes and the historical landscapes in the mid-20th century.<br>In WP2, we will apply a novel assignment method to jointly estimate contemporary pollen and seed migration rates. The required sampling design includes sampling of both adults in all potential source populations and offspring in four distinct target populations in Northeast Germany. Pools of adult samples and individual offspring samples will be genotyped with SNPs using ddRADseq. The estimated pollen and seed migration rates will then be related to the recent landscape structure in landscape strips between source and target populations.
<br></div> | | | <div class="ExternalClassEEEC5875-51CB-4844-9CE3-AF440932D108">Ute Jahn; Dr. Tobias Naaf</div> | Naaf, Tobias | <div class="ExternalClass62438544-6630-4C09-ABA1-AB8EDC512DA1">Dr. Tobias Naaf</a></div> | | | | <div class="ExternalClass6745140D-FE9D-48BE-891B-79F54FDD4E5D"><ul><li>Ghent University, Belgien</li><li>Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Schweden</li><li>Universität Bremen</li><li>University of Picardy Jules Verne, Frankreich</li><li>University of Silesia, Polen</li></ul></div> | x4668x4506x927x4667x4669x | <div class="ExternalClassF49C765A-E797-4597-AC2E-978644A677A4"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> | | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) e.V. | <div class="ExternalClass884DE85D-4031-41A1-A712-41ED45FEB294"><ul><li>Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) e.V.</li></ul></div> | <div class="ExternalClass0F595372-0E61-4C8E-BA24-E2746A49747F"><ul><li>Canitz, Julia, Dr.</li><li>De Frenne, Pieter, Prof. Dr.</li><li>Decocq, Guillaume, Prof. Dr.</li><li>Diekmann, Martin, Prof. Dr.</li><li>Hedwall, Per-Ola, Dr.</li><li>Orczewska, Anna, Prof. Dr.</li></ul></div> | 2 | 2 | | <div class="ExternalClass6DDA04C8-3844-40D9-942C-D4E465558B5A"><ul><li>Bereitstellung von Biodiversität in Agrarsystemen</li></ul></div> | <div class="ExternalClass9227E2AE-4496-4786-85D0-8132D2AAA4B5"><ul><li>Provisioning of Biodiversity in Agricultural Systems</li></ul></div> |
