Untersuchungen zur genetischen Diversität beim Rotwild (Cervus elaphus, L.) mit Hilfe von Knochen-DNA-Analysen

Abstract

Das Rotwild (Cervus elaphus L.) als größtes freilebendes Wildtier in Deutschland darf sich in Hessen, gesetzlich verordnet, nur in ausgewiesenen Rotwildgebieten aufhalten. Wie sich diese Verinselung auf die Genetik auswirkt, wurde bei der Rotwildhegegemeinschaft Krofdorfer Forst untersucht. In diesem circa 16.000 ha großen Rotwildgebiet, nördlich von Gießen gelegen, leben schätzungsweise 300 Hirsche.Aus 108 Abwurfstangen und 41 Geweihen von insgesamt 56 Hirschen wurden Bohrproben gewonnen. Für die DNA-Isolierung aus den Knochenspänen wurde eine Methode etabliert. Mit 17 Mikrosatelliten in fünf Multiplex-Ansätzen wurden mit den DNA-Proben PCR-Amplifikate gewonnen. Diese so gefundenen Allele wurden mit Polyacrylamid-gelelektrophorese ihrer Länge nach getrennt und ausgewertet. Stichprobenweise wurden die gefundenen Allellängen mit Pyrosequenzierungen und Einzelsequenzierungen nach Sanger überprüft. Die phänotypische Zuordnung der Abwurfstangen durch Mitarbeiter der Hegegemeinschaft wurde anschließend genetisch überprüft. Vier von 108 Stangen waren falsch zugeordnet worden. Dies entspricht einer Genauigkeit von 96,3 %.Mit GenAlEX©, einem frei erhältlichen genetischen Auswertetool für Microsoft Excel, wurden Kennzahlen der Mikrosatelliten und der Population berechnet. Genetische Distanzen konnten damit dargestellt werden. Hirsche, die zu einem Erhalt oder einer Verbesserung der genetischen Diversität beitragen, konnten identifiziert werden. Die berechneten Kennzahlen wurden mit den Kennzahlen von insgesamt 93 Populationen aus Europa und drei Populationen aus Nordafrika verglichen. Ein direkter Vergleich der Populationskennzahlen ist kaum möglich, da bei den Untersuchungen verschiedenste Mikrosatelliten an unterschiedlichsten Stichprobenumfängen getestet wurden. Deshalb wurden auch Vergleiche mit einzelnen Mikrosatellitenergebnissen durchgeführt. Fünf von 17 Mikrosatelliten entsprechen signifikant nicht den Bedingungen des Hardy- Weinberg-Gleichgewichtes. In keiner anderen Untersuchung ist diese signifikante Abweichung so groß.Im Vergleich zu bayerischen Populationen (hohe Übereinstimmung der verwendeten Mikrosatelliten) sind die Kennzahlen aus dem Krofdorfer Forst unterdurchschnittlich, aber auf ähnlichem Niveau. Die bayerischen Populationen werden als genetisch stabil, mit moderater Drift, ohne Anzeichen einer Inzuchtdepression beschrieben. Diese Annahme der Autoren der bayerischen Untersuchung trifft auch für die Hirsche im Krofdorfer Forst annähernd zu.Die Allelanzahl ist allerdings bei den Rothirschen im Krofdorfer Forst unterdurchschnittlich. Sie beträgt 81,6% der mittleren Allelanzahl der anderen Untersuchungen. Diese wenigen Allele sind in günstigen Frequenzen verteilt. Bei den Rothirschen der Rotwildhegegemeinschaft Krofdorfer Forst handelt es sich somit um eine kleine, stark isolierte Population mit unterdurchschnittlicher Allelanzahl. Eine direkte Gefahr einer Inzuchtdepression kann aus den Ergebnissen nicht abgeleitet werden. Die Population erscheint genetisch stabil mit einer moderaten Drift. Die unterdurchschnittliche Allelanzahl sollte jedoch als drohende Gefahr für eine Inzuchtdepression gewertet werden. Um eine Aussage über das Maß der Isolation und den Grad der Differenzierung zu benachbarten Populationen treffen zu können, sind weitere Untersuchungen nötig. The red deer (Cervus elaphus L.) is the biggest wild animal in Germany. The provisions of the hunting law of the federal state Hessen describe, that red deer only has to live in designated areas. The way the genetic structure changed due to isolation by law was analyzed by the Rotwildhegegemeinschaft Krofdorfer Forst. There are approximately 300 red deer in this area with about 16.000 hectares situated in the north of Gießen in the middle of Hessen.Drill samples from parts of 108 antlers and 41 sets of antlers shed by 56 stags were collected. A method for DNA-Isolation from the bone samples was established. PCR-amplifications were performed using 17 microsatellite loci in five multiplex polymerase chain reactions. Using polyacrylic gel electrophoreses the genotypes were analyzed. Random cross checks were made on a few samples using sanger sequencing and pyrosequencing. A phenotypic correlation of the antlers of the stags produced by members of the Hegegemeinschaft was compared to this genetic structure. Only four of the 108 antlers were mismatched, indicating an accuracy of 96,3 %. Genetic data was generated from the used microsatellites and the analyzed population using GenAlEX© (a free evaluation software). Genetic distances could be visualized. Stags that were saving or increasing the genetic diversity could be identified.The results from Krofdorfer Forst were compared with the results from 93 European deer populations and three deer populations from North Africa. A direct comparison was difficult due to the diversity and differences between the microsatellites used. Therefore comparisons would only be completed between those microsatellites that matched.Five out of 17 microsatellites showed a significant deviation from Hardy-Weinberg-equilibrium. No other study indicates such a significant divergence.When compared with the Bavarian deer populations (14 microsatellites used in both studies), the results from the Krofdorf population was below average, but in the same range. The analysts of the Bavarian study concluded, that the Bavarian deer populations were genetically stable, with a moderate drift but no indication of inbreeding. These conclusions were similar for the Krofdorf deer population.The number of alleles was below average, in the Krofdorf deer population being 81,6 % of the average of the other studies. These smaller alleles however were distributed in better frequenzes.The Rotwildhegegemeinschaft Krofdorfer Forst is a small isolated deer population with a below average number of alleles. The results to date do not shown signs of inbreeding depression, the deer population appears to be in a stabile genetic state with a moderate drift, but does not eliminate the potential risk of inbreeding.The below average number of alleles should be estimated as a high risk of inbreeding depression.In order to relate the rate of isolation or the rate of diversity to neighboring deer populations more studies are necessary.