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Holz-DNA-Barcoding

Projekt

 (c) Thünen-Institut für Forstgenetik

Entwicklung genetischer Marker zur Gattungs- und Arterkennung in Holzverbundprodukten mittels Next Generation DNA-Barcoding

  Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung und Validierung genetischer Markersets zum Nachweis häufig verwendeter Laub- und Nadelbaumgattungen in Holzverbundprodukten.

Hintergrund und Zielsetzung

DNA-basierte Nachweismethoden sind ein wichtiges Instrument zur Art-und Herkunftsbestimmung und erweisen sich zunehmend als wichtiges Instrument gegen den illegalen Holzhandel. Obwohl für einige Arten bereits Genmarker zur Art-und Herkunftsbestimmung entwickelt wurden, werden für andere Baumarten noch dringend derartige Marker benötigt, um die neuen Gesetze wirksam zu kontrollieren. Insbesondere stellt der Artnachweis aus Holzverbundprodukten eine große Herausforderung dar, da in diesem Falle zumeist das Holz mehrerer Arten verwendet wird und holzanatomische Methoden nur begrenzt anwendbar sind. Holzverbundprodukte sind als Produktkategorie im weltweiten Handel sehr bedeutend. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2015 mehr als 10 Millionen m³ sogenannter Holzhalbwaren produziert. Aus diesen Gründen wäre hier die Entwicklung und Anwendung genetischer Marker zur simultanen Erkennung vieler Gattungen/Arten dringend erforderlich. Diese genetischen Marker sollen die Bestimmung der in den Holzverbundprodukten verarbeiteten Arten aus einem Portfolio der in diesen Produkten am häufigsten eingesetzten Hölzer erlauben. 

Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung und Validierung genetischer Markersets zum Nachweis häufig verwendeter Laub- und Nadelbaumgattungen in Holzverbundprodukten. Zusätzlich soll innerhalb der Gattung Pinus die Differenzierung auf Artebene für die wichtigsten gehandelten Arten erfolgen. Da in diesen Produkten die DNA der verwendeten Baumarten jeweils nur in geringsten Mengen und in stark verarbeiteter und gemischter Form enthalten ist, sollen im analytischen Teil der Arbeit vorhandene DNA-Extraktionsmethoden für Holz weiter optimiert werden. Die geplante Markerentwicklung soll auf das Chloroplastengenom fokussieren, wobei für die Artdifferenzierung innerhalb der Gattung Pinus zusätzlich das Mitochondriengenom analysiert wird. Die Methoden des „Next Generation Sequencing“ unter Anwendung der Strategie des „Genome Skimming“ eröffnen dabei nunmehr die Möglichkeit, die Genome von Chloroplasten und Mitochondrien vergleichsweise kostengünstig zu sequenzieren. Mittels bioinformatischer Analyse der gewonnen Daten sollen SNPs und InDels identifiziert werden, welche auf verschiedenen taxonomischen Ebenen die verwendeten Hölzer unterscheiden und die Grundlage für die Entwicklung der geplanten genetischen Markersets bilden.

 

Vorgehensweise

Insgesamt sollen mit diesem Projekt folgende Teilziele verfolgt werden:

  1. Optimierung von Protokollen zur DNA-Extraktion aus Holzverbundplatten
  2. Sequenzierung von relevanten Laub- und Nadelbaumarten mittels „Next Generation Sequencing“, bioinformatische Datenanalysen und Selektion von SNPs und InDels, die eine potentielle Differenzierung auf verschiedenen taxonomischen Ebenen ermöglichen
  3. Validierung potentiell differenzierender SNPs und InDels in erweiterten Sets von Individuen zur Entwicklung familien-, gattungs- und artspezifischer „whole-plastome“-Barcodes als Grundlage für die Eingrenzung von Chloroplasten-DNA-Regionen zur Markerentwicklung
  4. Umsetzung der DNA-Barcodes in ein genetisches Markerset und Validierung an Holzverbundprodukten
  5. Anwendung der Vielgattungs/Vielarten-Genmarker als Audits bei zertifizierten Holzprodukten in Zusammenarbeit mit einem großen forstlichen Zertifizierungssystem (FSC)

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner

  • Gesamtverband Deutscher Holzhandel e.V. (GD Holz)
    (Berlin, Deutschland)

Geldgeber

  • Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

4.2018 - 3.2022

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: läuft

Publikationen zum Projekt

Anzahl der Datensätze: 8

  1. Kersten B, Schott T, Mader M (2020) Fagus sylvatica isolate FASYL_29_1 mitochondrion, complete genome: NCBI, accession MT446430 (version MT446430.1), DNA sequence, 504715 bp [online]. , zu finden in <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MT446430> [zitiert am 02.10.2020]
  2. Mader M, Schröder H, Schott T, Schöning-Stierand K, Leite Montalvao AP, Liesebach H, Liesebach M, Fussi B, Kersten B (2020) Mitochondrial genome of Fagus sylvatica L. as a source for taxonomic marker development in the Fagales. Plants(9):1274, DOI:10.3390/plants9101274
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 3326 KB
  3. Mader M, Kersten B (2020) Mitochondrial genome of Fagus sylvatica L. as a source for taxonomic marker development in the Fagales: NCBI SRA, accession PRJNA648273, 4 SRA Experiments, 3 BioSamples; DNA-seq, mRNA-seq, 111 Gbases [online]. , zu finden in <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA648273/> [zitiert am 02.10.2020]
  4. Mader M, Kersten B (2019) Fagus sylvatica chloroplast, complete genome : NCBI, accession NC 041437 (version NC 041437.1), DNA sequence, 158462 bp [online]. , zu finden in <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NC_041437.1> [zitiert am 14.05.2019]
  5. Schöning-Stierand K, Schröder H, Degen B, Kersten B (2019) Identification of tree species in wood composite products by DNA barcoding. Genome 62(6):431-432, DOI:10.1139/gen-2019-0083
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 387 KB
  6. Schott T, Schröder H, Kersten B (2019) Pinus cembra voucher PICEM_1_1 chloroplast, complete genome. NCBI accession MN536531 (version MN536531.1), DNA sequence, 116609 bp [online]. , zu finden in <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MN536531> [zitiert am 26.11.2019]
  7. Mader M, Liesebach H, Liesebach M, Kersten B (2019) The complete chloroplast genome sequence of Fagus sylvatica L. (Fagaceae). Mitochondrial DNA Part B 4(1):1818-1819, DOI:10.1080/23802359.2019.1612712
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 816 KB
  8. Schott T, Schröder H, Schöning-Stierand K, Kersten B (2019) The complete chloroplast genome sequence of Pinus cembra L. (Pinaceae). Mitochondrial DNA Part B 4(2):4202-4203, DOI:10.1080/23802359.2019.1693297
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 668 KB