Klimawandelmodelle sagen für Deutschland sowohl höhere Jahresdurchschnittstemperaturen als auch eine Abnahme von Niederschlägen in den Sommermonaten voraus. Mögliche Konsequenzen für Bäume sind eine verlängerte Vegetationsperiode, ein erhöhtes Spätfrostrisiko und mehr Trockenstress während des Sommers. Diese veränderten Umweltbedingungen könnten zu Veränderungen der Konkurrenzverhältnisse zwischen Baumarten führen. Die Rotbuche (Fagus sylvatica L.) ist eine der wichtigsten Laubbaumarten Mitteleuropas. Daher ist das genetische Anpassungspotential dieser Baumart an den Klimawandel von großem Interesse. In dieser Studie wurden sowohl die neutrale als auch die adaptive genetische Variation der Buche untersucht. Dafür wurde ein Translokationsexperiment mit Nachkommen von Buchenpopulationen, die unter verschiedenen Umweltbedingungen in Norddeutschland wachsen, etabliert. Wiederholte Aufnahmen wichtiger phänotypischer Merkmale (Höhe, Austrieb, Trockenstresssensitivität, Sterblichkeit) zeigten signifikante Unterschiede zwischen den Populationen. Interessanterweise zeigten Populationen mit einer größeren geographischen Distanz teilweise ähnlichere Phänotypen als benachbarte Populationen. Die neutrale genetische Variation der untersuchten Sämlingspopulationen wurde anhand neun verschiedener Mikrosatellitenmarker analysiert. Zwischen den analysierten Buchenpopulationen wurde nur eine geringe genetische Differenzierung ermittelt. Die genetische Diversität war hoch und statistisch nicht signifikant unterschiedlich von den Altbeständen, aus denen sie stammten. Die hohe genetische Diversität ist eine gute Basis für Adaption, allerdings könnte sie wahrscheinlich nur eine kurzfristige Anpassung an den Klimawandel ermöglichen. Daher ist es wichtig, Einblicke in die genetische Basis von klimawandelrelevanten Merkmalen zu gewinnen. Deshalb wurden in dieser Studie Kandidatengene für das Austriebsverhalten untersucht. Bei der Analyse von Fragmenten von zehn verschiedenen Kandidatengenen wurden 20 Indels und 116 SNPs identifiziert. Insgesamt wurden 46 SNPs erfolgreich zur Genotypisierung von über 1.400 Individuen, die aufgrund ihres Austriebsverhaltens ausgewählt wurden, verwendet. Assoziationsanalysen wurden durchgeführt, um potentiell adaptive SNP-Marker zu identifizieren. Diese ergaben unter einem „generalisierten linearen Modell“ 23 signifikant mit dem Austrieb assoziierte SNPs. Ein zusätzlich verwendetes „gemischtes lineares Modell“ ergab nahezu gleiche Ergebnisse. Die phänotypische Variation, die durch signifikant mit dem Austrieb assoziierte SNPs erklärt wird, war niedrig (R2 < 2,2), aber in Übereinstimmung mit anderen Studien mit Waldbaumarten. Zusätzlich zu den Assoziationsanalysen wurden auch FST-Outlier-Analysen durchgeführt. Diese ergaben sieben verschiedene SNPs, die potentiell unter ausgleichender oder gerichteter Selektion stehen. Insgesamt wurden vier potentiell adaptive SNPs gleichzeitig durch Assoziations- und Outlier-Analysen identifiziert. Diese könnten die höchste Wahrscheinlichkeit aufweisen, an der Ausprägung des Austriebsverhaltens beteiligt zu sein. Allerdings sind viele potentiell adaptive SNPs, die in dieser Studie identifiziert wurden, nicht-kodierend oder synonym und somit nicht die kausativen SNPs, sondern eher gelinkt mit ihnen. Allerdings wurde in dieser Studie ein geringes Kopplungsungleichgewicht (linkage disequilibrium) gefunden. Somit könnten die kausativen SNPs in naher Umgebung liegen. Die in dieser Studie identifizierten potentiell adaptiven SNPs sollten in weiteren Studien mit zusätzlichen Populationen bestätigt werden.

Field and laboratory experiments were conducted to elucidate various factors influencing the temperature-dependent larval eclosion of winter moth, Operophtera brumata L, in New England. We found no difference in duration of the embryonic stage of eggs reared from larvae collected in Massachusetts (MA) and on Vancouver Island, British Columbia (BC), where winter temperatures are rarely below freezing. The number of growing degree days (GDD) required for larval eclosion declined with the number of days chilled in the laboratory and number of days below freezing in the field, confirming the findings of previous studies. Thus, eggs hatched with fewer GDD, when the spring came later than usual. Date of oviposition had no effect on date of hatch. Eggs laid by naturally occurring (feral) females hatched sooner with lower GDD than eggs from laboratory-reared females from MA and BC held on the same trees over the winter. South-facing eggs on the stems of trees hatched on average 1.6 days sooner than north-facing eggs. Growing degree days calculated from bi-hourly measures of temperature were 15% greater than GDD estimates based on the average of daily maximum and minimum temperatures, as used by many GDD estimates made for online sources. Over two years, the mean GDD in ⁰C for hatch of feral eggs based on bihourly temperature measurements, a 1 Jan start date and a 3.9⁰C developmental threshold was 176.53 ± 6.35SE

Afin d’estimer la capacité de réponse du chêne sessile (Quercus petraea Matt. Liebl.) aux changements climatiques en cours, le potentiel d’adaptation de cette espèce pour le débourrement a été mesuré en populations naturelles. Ces populations sont situées le long d’un gradient altitudinal comprenant 12 populations entre 131 et 1630 m, et d’un gradient latitudinal comprenant 21 populations de l’ensemble de l’aire de répartition. Tout d’abord l’empreinte démographique sur les niveaux de diversité génétique a été estimée sur les populations du gradient altitudinal à partir de marqueurs neutre. Les résultats ont montré que la diversité est maintenue le long du gradient altitudinal grâce notamment à des forts flux de gènes entre populations. La variabilité génétique du débourrement à été mesurée en tests de provenances pour 10 populations du gradient altitudinal. Les résultats ont montré une forte différenciation ainsi qu’une héritabilité élevée du trait. Une variabilité génétique importante est maintenue à l’intérieur des populations et semble indiquer que de multiples pressions de sélection agissent de manière fluctuante et/ou opposée. La diversité de gènes candidats pour le débourrement a été étudiée sur les populations des deux gradients environnementaux. Un niveau de diversité nucléotidique relativement fort et un faible déséquilibre de liaison qui décroit rapidement avec la distance ont été observés. Des signatures de sélections ont été mises en évidence sur un ensemble de gènes candidats. Une étude d’association a été menée entre variabilité du caractère et polymorphisme au sein des gènes candidats sur les populations des deux gradients. Un total de 16 associations significatives a été observé impliquant 10 gènes candidats. Ces résultats suggèrent un potentiel d’adaptation important face aux changements climatiques et offrent des perspectives intéressantes pour la compréhension des processus évolutifs qui régissent l’adaptation du chêne sessile pour le débourrement. / In order to assess the capacity of sessile oak (Quercus petraea Matt. Liebl.) to withstand the ongoing climate changes, we estimated its adaptative potential for bud burst within natural populations. These populations are located along two steep temperature gradients: an altitudinal gradient comprising 12 populations located between 131 m 1630 m, and a latitudinal gradient including 21 populations from the species’ distribution range. First the demographic imprint on the overall genetic diversity was assessed on the altitudinal gradient populations using neutral markers. Results showed that genetic diversity was homogeneously distributed along the gradient and maintained at high altitudes. The genetic variability of bud burst was measured in provenance tests for 10 populations of the altitudinal gradient. We found a high level of genetic differentiation and a high heritability for the trait. A high variability was also observed within populations, indicating that selection pressures may fluctuate in natural conditions. Genetic diversity of candidate genes for bud burst was assessed on populations from both gradients. A high level of nucleotide diversity was observed, and linkage disequilibrium was low. Selective signatures were observed on few candidate genes. An association mapping study was performed between bud burst variability and polymorphism at the candidate genes on populations of both gradients separately. A total of 16 associations involving 10 genes were observed. These results suggest an important adaptive potential of sessile oak for bud burst in the face of climate change and provide interesting perspectives for the comprehension of evolutionary processes controlling bud burst adaptation of sessile oak.

Red alder (Alnus rubra Bong.) is the only tree in British Columbia and the Northwest US to engage in actinorhizal symbiosis to fix atmospheric nitrogen. This study was conducted to explore the plasticity in growth and physiology among 58 17-year-old red alder families in response to variation in climate in two common garden plots, one at Bowser, BC and one at Terrace, BC. Physiological assessments included height and diameter growth, bud flush, water use efficiency as measured by δ13C, cold hardiness as measured by controlled freezing and electrolyte leakage, autumn leaf senescence, and instantaneous and seasonally integrated rates of nitrogen fixation as measured by acetylene reduction and natural abundance δ15N isotope analysis, respectively. Significant differences were identified among families for growth (height and diameter), bud burst stage, leaf senescence, cold hardiness, and bud nitrogen content. No significant differences among families were identified for water use efficiency as measured by δ13C, or for rates of nitrogen fixation as measured by either acetylene reduction or natural abundance δ15N. This study identified possible adaptive differences among red alder genotypes, especially in traits such as bud flush timing, cold hardiness, or nitrogen fixation and their respective contributions to growth. These differences often reflected a tradeoff between growth and the ability to tolerate an extreme environment. Cold hardiness results indicate that red alder families are well adapted to their climate of origin, and may not be able to acclimate sufficiently to a northward assisted migration of genotypes. Nitrogen fixation results demonstrated gaps in our current knowledge of Frankia distribution and impact on the actinorhizal symbiosis in British Columbia. / Graduate