Genetic diversity of wild Coffea arabica populations in Ethiopia as a contributation to conservation and use planning (Tienda española)

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Kenntnisse über das Ausmaß und die Verteilung genetischer Diversität der Wildpopulationen
von Arabica-Kaffee (Coffea arabica) in den afromontanen Regenwäldern Äthiopiens sind
Grundlage nicht nur für die Planung von in situ Schutzmaßnahmen sondern auch für die
Nutzung der genetischen Resourcen in Züchtungsprogrammen. Die vorliegende Arbeit wurde
im Rahmen des CoCE-Projektes angefertigt und basiert auf einem repräsentativen Sampling von
Populationen des tetraploiden C. arabica in Äthiopien.
Mit dem Ziel infraspezifisch variable Chloroplasten-Marker zu finden und die
Herkunft des mütterlichen Eltern-Genoms zu klären wurden schnell-evolvierende Spacer (atpB-
rbcL, rps19-rpl2, rpl22-rps19, trnS-G) und Introns (atpF, rpl16, trnG, trnK) sowie das matK
Gen vergleichend sequenziert (zusammen > 7 kb). Von C. arabica wurden fünf Individuen aus
geographisch unterschiedlichen Wild-Populationen, zwei Kultivare, acht diploide Arten von
Coffea sowie Psilanthus und Ixora als Außengruppen einbezogen. Phylogenie-Rekonstruktion
(Parsimonie, Bayesianische Inferenz) ergab kongruente Topologien mit hoher Stützung von C.
arabica und C. eugenioides als Schwestergruppe. Beide Arten zeigen jeweils mehrere
autapomorphe Mutationen. Sieben Mikrosatelliten wurden charakterisiert, die bei anderen
Blütenpflanzen innerartlich variabel sind, nicht aber bei C. arabica. Basierend auf den
vorliegenden Sequenzdaten haben alle Individuen von C. arabica einen einzigen Chloroplasten-
Haplotyp. Dies spricht für ein einziges Allopolyploidisierungs-Ereignis sowie für ein junges
Alter von C. arabica bzw. für Flaschenhals-Effekte in der Evolution der Art.
ISSRs (Inter Simple Sequence Repeats) wurden für das Fingerprinting einer großen
Zahl von Individuen (insgesamt 314) von C. arabica eingesetzt. In einer Interregionalen
Analyse wurden Individuen aus Wäldern in den CoCE-Gebieten (= Regionen) mit Individuen
aus Wäldern in den übrigen Landesteilen sowie mit Landrassen verglichen. Es zeigte sich ein
komplexes Muster der Verbreitung von Genotypen. Für in situ-Conservation wird daher ein
Multi-Site Ansatz benötigt. Die genetische Diversität innerhalb von Regionen ist hoch, wobei
aber alle Regionen ihre eigenen Genotypen besitzen. Ein hierarchisch-räumliches
Diversitätsmuster wird offenbar durch starken Gen-Fluß verwischt. Es wird daher angenommen,
dass im Gegensatz zu bisherigen Daten aus Kaffee-Plantagen, Outcrossing in den
Wildpopulationen von C. arabica eine große Rolle spielt. Dies kann durch Insekten (Bestäuber)
und Affen sowie Vögel (Vektoren für Samen) geschehen. Der weitergehende Vergleich mit
Landrassen aus verschiedenen Regionen Äthiopiens zeigt, das wilde Populationen von C.
arabica genetisch von sogenannten Farmer’s Varieties verschieden sind. Dies ist eine erhebliche
Neuerung gegenüber früheren Studien, bei denen das Material nicht exakt dokumentiert und
unter „subspontan“ subsummiert wurde.
Für die detaillierte Intraregionale Analyse wurden jeweils 25 Individuen zufällig aus
50×50 m Wald-Plots in Berhane Kontir und Yayu (Geba Dogi) analysiert. Dichteres Sampling
ergab innerhalb der Regionen eine räumlich differenzierte Verbreitung von Genotypen, die auf
nahe Verwandtschaft von Individuen innerhalb der Plots schließen lässt.
Im Vergleich zwischen Di- und Tri- mit Tetranucleotid-Primern zeigt sich ein
extremer Diversitäts-Kontrast. Offenbar sind Lokalisierung und Häufigkeit von Tetranukleotid-
Repat Mikrosatelliten im Kerngenom von C. arabica extrem variabel von Individuum zu
Individuum. Mit Tetranukleotid-ISSRs lassen sich daher einzelne Individuen von C. arabica
erkennen.
Die Ergebnisse bieten einen ausführlichen Überblick über den Grad die Verteilung der
genetischen Diversität der Wildpopulationen von C. arabica, sowie neue Erkenntnisse über die
Evolution der Art. Die bisher vorliegenden Daten weisen aber auch darauf hin, dass weitere
Forschungen mit co-dominanten Kern-Mikrosatelliten nötig sind, um das Ausmaß der
Heterozygosität der Individuen von C. arabica zu verstehen und Genfluß in natürlichen
Populationen abzuschätzen.