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Analysis of pollination networks in caraway (Carum carvi) via DNA-Barcoding
Get PDFDie Insektenbestäubung gehört zu den essenziellen Ökosystemdienstleistungen für uns Menschen. Über 75% der Anbaupflanzen und 87,5% der Wildpflanzen sind direkt von dieser Form der Bestäubung abhängig. Die meisten Bestäuber in der Landwirtschaft in Deutschland stammen aus den Ordnungen der Brachycera („echte Fliegen“) und Hymenoptera (Hautflügler). Da allerdings seit Jahren ein drastischer Rückgang auch der bestäubenden Insekten zu beobachten ist, wird seit längerem intensiv daran gearbeitet Strategien zu entwickeln, um diesr Entwicklung entgegen zu wirken. So werden z. B. im vorliegenden Projekt mit Hilfe der Methode des DNA-Barcoding die potenziellen Bestäuber des Kümmels (Carum Carvi) identifiziert, um dann mittels Metabarcoding festzustellen, welche weiteren Pflanzenarten im Bestäubernetzwerk des Kümmels eine Rolle spielen. Dafür wurde während der Vegetationsperioden 2016 und 2017 auf zwei Flächen ( je eine mit bzw. ohne Blühstreifen) Hymenoptera und Brachycera gekeschert. Insgesamt wurden an 14 Sammeltagen im Jahr 2016 konnten 1055 Idividuen erfasst. Erste Ergebnisse der morphologischen und genetischen Bestimmung zeigen, dass insgesamt 54 Fliegen- und 43 Hymenopterenarten auf den Kümmelflächen vorkommen. Basierend auf diesen und auf den Ergebnissen des Metabarcoding der Pollenproben werden nun die Bestäubernetzwerke analysiert, auch um Empfehlungen für einen nachhaltigen Schutz und eine nachhaltige Nutzung der Bestäuber formulieren zu können.Insect pollination is one of the most important ecosystem services provided to humans. Over 75% of crops and 87,5% of wild plants are directly dependend from this type of pollination. The two biggest insect pollination groups in German agroecosystems are the Brachycera (“true flies”) and Hymenoptera. However, a decline trend in agricultural biodiversity has been observed in the past years, which is why the need for sustainable conservation strategies for pollination services is more needed than ever before. Therefore, via DNA-Barcoding the potential pollinators of caraway (Carum carvi) will be identified. Additionally, other plants that might be important in the pollination network of caraway will be identified via Metabarcoding pollen samples. Therefore, Hymenoptera and Brachycera samples were collected during the vegetations periods of 2016 and 2017 on two areas (one with and one without flowering strips) with a hand net on three different day intervals. Overall, on 14 sampling days of each year pollinators were collected, and in 2016 in total 1055 specimens were compiled. First preliminary results of morphological and genetic analysis suggest that around 54 fly and 43 Hymenoptera species are present in the caraway before, during and after the blooming. Further aims are to combine these results with the one of the metabacoding, build up the pollinator network of caraway, and based on this information generate future recommendations for a sustainable management of pollination services
Commercial wild collection of medicinal plants in Germany
Get PDFDer deutsche Import von Arzneipflanzen steht in einem globalen Vergleich an vierter und der deutsche Export an dritter Stelle. Die dabei gehandelten Arzneipflanzen stammen aus dem Anbau oder werden durch gewerbliche Wildsammlung beschafft. Mit 500 Pflanzen- und Pilzarten spielt die deutsche Wildsammlung eine eher untergeordnete Rolle auf dem weltweiten Arzneipflanzenmarkt. Marktrelevante Mengen stammen hauptsächlich aus süd-ost europäischen Ländern, wie Albanien, Rumänien, Polen und Bulgarien und aus nicht europäischen Ländern, wie Indien und China. Trotz der untergeordneten Marktposition Deutschlands ist es wichtig gerade in einer Industrienationen mit einem hohen Flächenverbrauch zu evaluieren wie relevant die Wildsammlung im Sinne einer Ökosystemdienstleistung ist. Die gewerbliche Wildsammlung von Pflanzen ist in Deutschland durch das Bundesnaturschutzgesetzt (§39 Abs. 4 BNatSchG) reguliert. Für jede Entnahme im gewerblichen Sinne ist eine offizielle Sammelgenehmigung nötig. Diese werden in der Regel von den Unteren Naturschutzbehörden der Landkreise und kreisfreien Städte erteilt. Zwischen den deutschen Bundesländern zeigen sich deutliche Unterschiede in Bezug auf ihre Wildsammlungstätigkeiten. Baden-Württemberg und Bayern scheinen eine führende Rolle zu spielen, wohingegen Mecklenburg-Vorpommern und Niedersachsen eine untergeordnete Position einnehmen. In den letzten drei Jahren wurden in Deutschland 128 Genehmigungen zur gewerblichen Entnahme von Pflanzen erteilt. Die Gründe hinter den Wildsammlungen sind sehr divers. Am häufigsten sind die Gewinnung von regionalem Saatgut, die Verwendung als Lebensmittel und die Herstellung von Arzneimitteln genannt. Bezüglich der Herstellung von Arzneimitteln und Kosmetikprodukten werden sehr unterschiedliche Arten in Deutschland gesammelt. Allen voran die Pestwurz (Petasites hybridus) gefolgt von Bärlauch (Allium ursinum) und Mistel (Viscum album).German importation of medicinal plants ranks fourth on the global scale, while exportation comes in third. Medicinal plants for the herbal market are sourced from either farmed or wild collections. Germany´s wild collection plays a small role in comparison to other countries, with only 500 species of plants and mushroms gathered from their natural environment. Many South-Eastern European countries including Albania, Romania, Poland and Bulgaria as well as Non-European countries such as India and China have a much larger wild collections industry. Despite Germany´s small role on the global scale, it is important to look at an industrial nation with a high level of land consumption, such as Germany, to evaluate the importance of wild collection as a ecosystemservice. In Germany commercial wild collections are regulated by the Federal Nature Conservation Act (§39 Abs. 4 BNatSchG). This states that for every form of commercial wild collection a permit is needed. These permits are distributed by The Lower Nature Conservation Agency of every German district or district free city. German wild collection differs greatly between each federal state, for example, Baden- Württemberg and Bavaria see much more collection than states such as Mecklenburg-Vorpommern and Niedersachsen. In the last three years 128 permits for commercial wild collection have been granted. These permits are needed for many different purposes, primarily for seed-mixtures, food production and manufacturing of pharmaceuticals and cosmetics. A particular varity of species is needed for the commercial wild collection of manufacturing pharmaceuticals or cosmetics. The three most comonly gathered spiecies are: Petasites hybridus, Allium ursinum and Viscum album
Next generation breeding tools for chamomile: Evaluating genetic diversity, ploidy variation, and identifying marker-trait associations
Get PDFChamomile (Matricaria recutita L.) has a long history of use in herbal medicine with various applications, and the flower heads contain numerous medicinally active compounds. Next generation sequencing (NGS) approaches are applied to exploit genetic resources in the major crop plants to develop genomic resources, and to enhance breeding. Genotyping-by-sequencing (GBS) has been used to evaluate the genetic structure of cultivated populations in the non-model crop chamomile using 6495 SNP markers, and to perform a genome wide association study (GWAS) identifying sequences significantly associated with the medicinally important alpha-bisabolol content. Ploidy variation in chamomile was investigated by high-throughput flow-cytometry. Di-, tri- and tetraploid plants were identified, and in field trials characterized. Since seeds are not needed in the harvested product of chamomile, triploidy could be a way to obtain a sterile chamomile variety, omitting the problems of chamomile seeds lying up to 15 years dormant in the soil and facilitating crop rotation in the fields.Die Nutzung von Kamille (Matricaria recutita L.) als Arzneipflanze hat eine lange Tradition und umfasst einen weiten Anwendungsbereich. Die Blütenköpfe von Kamille enthalten eine Vielzahl an medizinisch wirksamen Inhaltsstoffen. Next-Generation Sequenzierungsmethoden (NGS) werden bei den Hauptkulturpflanzen verwendet, um genetische Ressourcen zu erschließen und die Züchtung zu unterstützen. Genotypisierungdurch- Sequenzierung (GBS) wurde bei der Nicht-Modellpflanze Kamille zur Charakterisierung der genetischen Diversität angewandt. Unter Nutzung von den erhaltenen 6495 hochqualitativen SNP-Markern wurden mittels einer genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) DNA-Sequenzen identifiziert, die signifikant mit dem pharmazeutisch wichtigen Alpha-Bisabolol-Gehalt assoziiert sind. Die Ploidievariation in der Art Echte Kamille wurde mittels Hochdurchsatz-Durchflusszytometrie untersucht. Di-, tri- und tetraploide Pflanzen wurden identifiziert und in Feldversuchen charakterisiert. Da für das Ernteprodukt bei Kamille keine Samen benötigt werden, könnte Triploidie ein Weg sein, eine sterile Kamillensorte zu erzeugen. Mit einer sterilen Sorte könnte so das Problem gelöst werden, dass Kamillensamen im Boden bis zu 15 Jahre lang nach dem Anbau auskeimen, was den Fruchtwechsel auf den Ackerböden erheblich erschwert und u.a. zur Akkumulation von Kamillenkrankheiten führt
Genetic differentiation between breeding lines, commercial samples and wild populations of Rooibos (Aspalathus linearis (Burm f.) R. Dahlgren)
Get PDFRooibos (Aspalathus linearis (Burm.f.) R. Dahlgren, Fabaceae), ist eine weltweit beliebte Teepflanze, die bisher aus dem Anbau von Wildpflanzen und deren klonaler Vermehrung gewonnen wurde. Ziel dieser Arbeit war es, mit molekularen Markern neue Zuchtlinien von Rooibos zu charakterisieren und ihre genetische Verwandtschaft und ihre Positionierung gegenüber handelsüblichen Herkünften und Wildpopulationen zu bestimmen. Es wurden sequenzbasierte Marker entwickelt, die mit HRM (High-Resolution-Melting) ausgewertet wurden. Mit elf molekularen Markern wurden insgesamt 91 Proben aus fünf Zuchtlinien, zwei Herkünften aus kommerziellem Anbau und eine Wildsammlungsherkunft untersucht. Die statistische Auswertung mittels Diskriminanzanalyse ergab eine nahe Verwandschaft der Zuchtlinien 16, 27 und 50, während die Selektion 48 genetisch am weitesten entfernt war. Die Linien 16 und 27 scheinen sogar genetisch ident zu sein. Die Selektionen waren von allen kommerziellen Proben und den Wildproben unterscheidbar, bei den Selektionen 32 und 50 war die Differenzierbarkeit allerdings mit einer größeren statistischen Unsicherheit behaftet, was durch die höhere Heterogenität dieser beiden Selektionen bedingt war. Eine statistisch besser abgesicherte Identifizierung wäre über zusätzliche Proben erreichbar. Die genetischen Analysen eignen sich gut für eine Identifizierung der Zuchtlinien bei vegetativer Vermehrung und lassen sich für eine weitere Zuchtund Vermehrungsplanung einsetzen.Roobios (Aspalathus linearis (Burm.f.) R. Dahlgren, Fabaceae) is a popular tea plant, so far produced by cultivating vegetatively propagated wild material. Aim of this work was the characterisation of newly derived breeding lines of Rooibos with molecular markers, the determination of their genetic relationships and the differentiation of breeding material to commercial samples and wild populations. Sequence-derived molecular markers were developed and analyzed with HRM (High-Resolution Melting). In total, 91 samples out of five breeding lines, two different accessions of commercial samples and one accession from the wild were analyzed with 11 molecular markers. Discriminant analysis showed a close relationship between breeding lines 16, 27 and 50, whereas the selection 48 was more distant. Lines 16 and 27 seem to be even genetically identical. All selections were distinguishable from the commercial samples and the wild accession. Anyhow, differentiation of lines 32 and 50 was statistically uncertain caused by the higher heterogeneity of these two lines. An improved statistical quality can be reached with additional samples. The genetical analysis is suitable for an identification of vegetatively propagated breeding lines and can be used for optimizing further breeding- and propagation planning
Clinopodium nepeta and Clinopodium menthifolium: agronomical and phytochemical potential of two species of calamint
Get PDFEin möglicher kommerzieller Anbau von «Kalaminth», auch bekannt als Bergminzen, wurde hinsichtlich des agronomischen und phytochemischen Potentials in den Vegetationsperioden 2014 und 2016 näher untersucht. Verschiedene Herkünfte der Arten Clinopodium nepeta (L.) Kuntze (kleinblütige Bergminze) und Clinopodium menthifolium (Host) Stace (Wald-Bergminze) wurden unter alpinen Vegetationsbedingungen in den Schweizer Alpen angebaut und anschliessend phytochemisch analysiert. Die Ausbeute von getrocknetem Pflanzenmaterial betrug 4 Tonnen/ha ab dem zweiten Jahr. Für beide Arten schwankte der Gehalt an ätherischem Öl zwischen 1 und 1.5% (v/m) in Abhängigkeit von Erntejahr und der Phänologie zum Erntezeitpunkt. Der Hauptbestandteil (>80%) des ätherischen Öls von C. nepeta war Pulegon, und von C. menthifolium war Carvon (33-38%). Im Falle einer Industriekollaboration wäre eine Studie zur Variabilität von Phänotyp und den Sekundärmetaboliten der Schweizerischen Herkünfte angebracht.From 2014 to 2016, the agronomic and phytochemical potential of two commercial accessions of calamint, one of Lesser Calamint (Clinopodium nepeta (L.) Kuntze) and one of Woodland Calamint (Clinopodium menthifolium (Host) Stace) was evaluated in the mountainous climatic conditions of the Swiss Alps. The production of dry whole plants has reached 4 tons/ha from the second year of cultivation. For both species, the essential oil content fluctuated between 1 and 1.5%, depending on the season and on the phenological stage of harvest. The major component of C. nepeta is pulegone (> 80%), and of C. menthifolium is carvone (33 to 38%). In collaboration with the industry, a study of the phenotypic and phytochemical variability of Swiss ecotypes of calamints would be desirable
The interactive effects of nitrogen and sulfur on glucosinolate patterns and their breakdown products in vegetable crops
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