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Identifying seed sources for highly adaptable oak forests in a changing climate (ACORN)

English title Identifying seed sources for highly adaptable oak forests in a changing climate (ACORN)
Applicant Rellstab Christian
Number 193900
Funding scheme BiodivERsA
Research institution Biodiversität und Naturschutzbiologie Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL
Institution of higher education Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research - WSL
Main discipline Ecology
Start/End 01.04.2021 - 31.03.2024
Approved amount 376'492.00
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Keywords (5)

Quercus; Climate adaptation; Assisted gene flow; Forest genomics; Forest reproductive material

Lay Summary (German)

Lead
Saatgutquellen für anpassungsfähige Eichenwälder im Klimawandel (ACORN)Waldbaumarten mit langer Generationszeit werden höchstwahrscheinlich Probleme haben, mit der hohen Geschwindigkeit des Klimawandels mitzuhalten. Durch die Benützung von Saatgut aus trockeneren Regionen könnte dieses Problem entschärft werden. Dieses Projekt benützt genomische Methoden und Provinienzversuche, um herauszufinden, ob regionaler oder kontinentaler Transfer von Saatgut dafür besser geeignet ist.
Lay summary

Angesichts der Geschwindigkeit des Klimawandels stellt sich die Frage, ob die lokalen Waldbaumbestände in der Lage sein werden, sich an die veränderten Umweltbedingungen anzupassen. Der Transfer von Saatgut von trockenen Standorten könnte notwendig sein, um die Fähigkeit der Wälder zu verbessern, mit zunehmender Trockenheit und höheren Temperaturen fertig zu werden. Die Ausgangsbestände für solches Saatgut können (i) aus südlichen Regionen oder (ii) von trockenen Standorten innerhalb der gleichen Region stammen. In unserem Projekt kombinieren wir genomische Methoden mit Provinienzversuchen und Untersuchungen in natürlichen Beständen, um Bestände zu identifizieren, die in der Lage sind, künftigen Trockenstress aufgrund des Klimawandels zu bewältigen. Unsere Untersuchungsregionen sind Mitteleuropa (Schweiz, Süddeutschland, Österreich) und der östliche Mittelmeerraum (Griechenland, Türkei). Unsere Studienarten sind die drei eng verwandten Eichenarten Stieleiche, Traubeneiche, und Flaumeiche, die in beiden Regionen heimisch sind. Wir wollen wissen ob der Transfer von Saatgut auf regionaler und/oder kontinentaler Ebene die Anpassungsfähigkeit zukünftiger Wälder deutlich erhöhen wird und welche Strategie des Saatgut-Transfers optimal ist, um Nutzen und Risiken zu optimieren. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse werden wir ein innovatives Konzept für Saatgut-Richtlinien entwickeln, das den aus dem Klimawandel resultierenden Anforderungen Rechnung trägt.

Direct link to Lay Summary Last update: 15.12.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

Given the pace of climate change, the question is raised whether local gene pools of forest trees will be able to adapt to the changing environmental conditions. Transfer of forest reproductive material (FRM) from arid sites might be needed for improving the capacity of forests to cope with increased drought and higher temperatures. Source populations for such plantations may originate (i) from lower latitudes or (ii) from arid sites within a larger region. However, current guidelines for FRM are strongly focused on local seed sources. Here, we propose the use of genetic and genomic tools in order to identify populations capable to cope with future drought-stress due to climate change. Our study regions are (i) Central Europe (covering Switzerland, Southern Germany and Austria) and (ii) The Eastern Mediterranean region covered by Turkey and Greece. Our study species are the three closely related white oaks Quercus robur, Q. petraea and Q. pubescens which are native to both regions. We raise the questions: (1) whether genes and genomic regions carry specific or shared imprints of adaptation at the regional (within regions) or at the continental scale (across regions); (2) whether we can identify associations between genotype and phenotype at traits involved in drought responses; (3) whether FRM transfer at the regional/continental scale will significantly increase the adaptive capacity of future forests and (4) which strategy of FRM transfer is optimal to increase benefits and decrease risks of such transfers. To answer these questions, we plan to characterize genomic signatures of local adaptation to drought within each region using environmental association analysis (EAA). In addition, we seek to reveal the genes underlying phenotypic traits under selection, applying a genome-wide association analysis (GWAS) between genotype and phenotype in two provenance trials. Based on these results, we will develop an innovative concept for FRM guidelines to the needs resulting from climate change. This concept will take adaptive genetic variation, as revealed by EAA and GWAS, into account. The participation of applied research institutes, which are also responsible for formulation of FRM guidelines, will ensure that all practical and policy-related aspects will be considered from the beginning of the project. Moreover, a wider network of stakeholders and policy makers from all cooperating countries will be involved from the beginning of the project and will be informed about research results and the concept for FRM guidelines in the framework of a workshop in the end of the project.
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