Ökologie und Genetik von Pityogenes chalcographus

Der Kupferstecher Pityogenes chalcographus gehört zu den wichtigsten Schädlingen in eurasischen Fichtenstandorten. Versuche in der 1970er Jahren zeigten Unterschiede in der Kreuzungskompatibilität von Käfern verschiedener Herkünfte. Diese Befunde wurden als Hinweis auf eine Rassendifferenzierung infolge eiszeitlicher Trennungsereignisse interpretiert. Eine Analyse der mtDNA von P. chalcographus zeigte, dass die Populationen des Kupferstechers in zwei geographisch getrennte Gruppen in Nordost- und Mitteleuropa gegliedert sind. Zusätzlich wurden noch zwei weitere Gruppen gefunden, die in Italien und am Balkan vorkommen. In einem ersten Teil des Projekts soll das Pheromonsystem der mitochondrialen Gruppen untersucht werden. Die isomeren Formen der Pheromonkomponenten Chalcogran (optisch) und Methyldecadienoat (geometrisch) des Kupferstechers sollen dabei mit Hilfe von Gaschromatographie und Massenspektrometrie analysiert werden. Bei der quantitativen Analyse der Pheromonkomponenten werden auch die unterschiedlichen Befallsphasen, das Gewicht und der Fettgehalt der einzelnen Käfer berücksichtigt. Weiters werden die mitochondrialen Gruppen des Kupferstechers für Kreuzungsversuche und Experimente zur Partnerdiskiminierungs bei der Paarung herangezogen um die prezygote und postzygote Inkompatibilität zu definieren. Die Kreuzungsversuche werden bis zur F2 durchgeführt um Effekte des Hybridzusammenbruchs abzuschätzen. Das dritte Ziel des Projekts ist es die europäischen Populationen mittels AFLP zu analysieren, um Einblick in das nukleare Genom zu erhalten.

Die Borkenkäferart Pityogenes chalcographus, umgangssprachlich auch Kupferstecher genannt, stellt einen besonderen Fall in der Forstentomologie dar, da man diese in zwei große geographische Gruppen trennt: Nordeuropa und Zentraleuropa. Dies konnte kürzlich mit Hilfe von maternalen Markern bestätigt werden. Die Ziele des Projekts wurden nach Problemen bei der Aufzucht der Kupferstecher modifiziert: 1. Bestätigung der Kupferstecher-Gruppen mittels nuklearer Marker. 2. Genetische Unterschiede der geographischen Verbreitungsgeschichte zwischen Kupferstecher und Buchdrucker, Ips typographus. 3. Aufdecken von Einflüssen auf maternale Marker, insbesondere der Feststellung von bakteriellen Endosymbionten und nuklearer Kopien der maternalen DNA (numt).Die Analyse hochvariabler nuklearer Marker der europäischen Kupferstecherpopulationen zeigte eine sehr homogene Struktur und somit kaum Unterscheidungen. Diese Diskrepanz zwischen maternalen und nuklearem Genom kann durch die unterschiedliche Biologie von Weibchen und Männchen erklärt werden, die unter anderem ein unterschiedliches Migrationsverhalten aufweisen.I. typographus und P. chalcographus haben eine ähnliche Biologie. Der Buchdrucker, I. typographus, konnte durch eine sehr geringe genetische Diversität charakterisiert werden. Im Gegensatz dazu, steht der Kupferstecher, P. chalcographus, der eine höhere genetische Diversität und damit eine komplexerer Evolutionsgeschichte aufweist. Diese längere Evolutionsgeschichte hat die geographische Gruppierung beim Kupferstecher gefördert und könnte auch zu einem Vorteil in bestimmten biologischen Merkmalen gegenüber dem aggressiveren Buchdrucker geführt haben. Ein hoher Anteil der Kupferstecherindividuen war mit dem bakteriellen Endosymbionten Wolbachia infiziert. Die Analyse zeigte die Präsenz von zwei unterschiedlichen Linien dieser Bakteriumart. Diese beiden Linien treten in allen europäischen Populationen auf und können daher nicht für die Einteilung in zwei geographischen Gruppen verantwortlich sein. Die Verteilung des Endosymbionten im Kupferstecher ist eines von wenigen Beispielen die zeigen, dass Endosymbionten in geringer Frequenz und geringem Titer im Wirt überleben können.Nukleare Kopien der maternalen DNA (numt) können genetische Studien negativ beeinflussen. Im Laufe des Projekts wurden diese im Buchdrucker gefunden und diese zeigten nur einen sehr geringen Unterschied zu den maternalen Marker sogenannte kryptische numts. Besonders bei phylogeographische Untersuchungen können kryptische numts zu Fehlinterpretationen führen.