Identification and analysis of a transcriptome of Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) and population structure inference using different next-generation sequencing techniques

Vorhersagen gehen davon aus, dass sich die klimatischen Bedingungen in Zentraleuropa in den kommenden Jahrzehnten verändern werden. Längere Trockenperioden und weniger Niederschläge im Sommer werden erwartet. Pflanzen können ihren Standort nicht wechseln, so dass sie sich an die neuen Gegebenheiten adaptieren oder über ihre Nachkommen neue ökologische Nischen besiedeln müssen. Aufgrund der langen Generationszeit bei Bäumen ist es wichtig zu wissen, ob und wie sie mit den erwarteten klimatischen Bedingungen umgehen können. Förster machen sich bereits heute über die Zusammensetzung künftiger Wälder Gedanken, da Baumarten und Populationen ausgewählt werden müssen, die mit dem veränderten Klima nur wenig Probleme haben. Die Douglasie (Pseudotsuga menziesii) ist hierbei eine vielversprechende Baumart, da sie sich in ihrem natürlichen Verbreitungsgebiet in Nordamerika an unterschiedliche Habitate und Klimazonen adaptiert hat. Sie kann in zwei Varietäten unterteilt werden, die Küsten- und die Inlandsdouglasie, die sich genotypisch und phänotypisch, z.B. in der Trockentoleranz, unterscheiden. Bei Anbauversuchen in Deutschland zeigten die Bäume, hauptsächlich Küstendouglasien, gute Wuchsleistungen. Daher wurde ein Forschungsprojekt, "DougAdapt", konzipiert, das genotypische und phänotypische Unterschiede zwischen verschiedenen Provenienzen der Küsten- und Inlandsdouglasien analysieren und den Einfluss des Genotyps auf den Phänotyp untersuchen sollte. Um die genetische Diversität der Provenienzen zu untersuchen, wurden zunächst Referenzsequenzen generiert, da es, bis auf eine begrenzte Anzahl von Genen, keine Sequenzinformation für die Douglasie gab. Selbst mit kostengünstigen modernen Sequenziertechnologien ist es sehr teuer das ~ 19 Gigabasen große Genom der Douglasie vollständig zu erfassen und zu entschlüsseln. Eine Alternative stellt die Transkriptomsequenzierung dar, bei der nur Gene, d.h. die für Proteine codierenden Bereiche des Genoms, sequenziert werden. Die in dies
Predictions assume severe changes in the climatic conditions in Central Europe in the coming decades. Longer periods of drought and less precipitation during summer are expected. Plants cannot change their habitat and have to adapt to the new conditions or their offspring has to colonize new ecological niches. Due to the long generation times in trees it is important to know if and how trees can cope with the expected climatic conditions. Forest managers already give thought to the composition of future forests, because they have to choose species and populations which have no or only few problems with the changed climate. Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) is a promising tree species for this purpose, because it is adapted to different habitats and climate zones in its natural distribution range in North America. The two main varieties, coastal and interior Douglas-fir, differ genotypically and phenotypically, e.g. in drought tolerance. Douglas-fir trees, mainly of the coastal variety, showed good growth performances in field trials in Germany. Hence, a research project called "DougAdapt" was designed to analyze and to link genotypic and phenotypic differences in several coastal and interior Douglas-fir provenances. In this project, trees from field trials and from greenhouse experiments were sampled. To analyze the genetic diversity of the provenances we first generated reference sequences. Even with modern and cost-efficient next-generation sequencing technologies it would be very expensive to decipher the ~ 19 gigabases of the Douglas-fir genome completely. An alternative to whole genome sequencing is transcriptome sequencing, in which only the coding regions of a genome are sequenced. The transcriptome sequencing, which was performed for the first time in Douglas-fir, resulted in a large number of putative unique transcripts (PUTs). Comparisons with published transcriptomes of other plant species showed that the PUTs represented the transcriptome of Douglas-fi