1. Allgemeiner Hinweis
Alle beauftragten Proben werden nach strengen wissenschaftlichen Standards bearbeitet, welche die Nutzung getrennter Laborräume sowie die Durchführung von Analysereplikaten bei allen Untersuchungen beinhalten. Die grundlegende Methode für das bundesweite genetische Monitoring von Wolf und Luchs bilden Mikrosatellitenuntersuchungen (auch STR oder SSR genannt) auf Basis der Kern-DNA, die einen individuell einzigartigen genetischen Fingerabdruck ergeben und Rückschlüsse auf Individuenzahlen, Geschlecht, Verwandtschaften und das Vorkommen von Hybriden erlauben.
Das genetische Wildtiermonitoring ist ein laufender Prozess, bei dem sich jederzeit geringe Änderungen z.B. bei der individuellen Zuordnung oder der Herkunftszuordnung ergeben können. Besonders die Verwandtschaftsanalyse erfordert die Einbeziehung sämtlicher Daten z.T. auch aus anderen (Bundes‑)Ländern. In manchen Fällen reicht die aktuelle Datengrundlage nicht aus, um die Familienstrukturen aufzulösen. Weitere Proben aus den entsprechenden Gebieten können hier eventuell in Zukunft zur Auflösung beitragen. Gerade bei nichtinvasiv gesammelten Proben mit oft suboptimaler Probenqualität wird die individuelle oder verwandtschaftliche Zuordnung stetig neu begutachtet und unter Einbeziehung weiterer Daten neu evaluiert und ggf. aktualisiert.
2. Labormethoden & Datenanalyse
2.1 DNA-Extraktion
Die DNA von sämtlichen nichtinvasiven Proben (Losungen, Urin, Rissabstriche, Haare, Knochen etc.) wird in einem eigens für die Prä-PCR-Behandlung nichtinvasiv gesammelter und forensischer Umweltproben eingerichteten Reinstlabor mittels QiAmp Fast DNA Stool Mini Kit (Qiagen) bzw. QIAamp DNA Investigator Kit und dem QIAcube-Extraktionsroboter (Qiagen) nach Herstellerangaben vorsichtig extrahiert. Zur Kontaminationsvermeidung werden nur DNA-freie und sterile Gerätschaften verwendet und Verbrauchsmaterialien nach jeder Probe gewechselt. Die DNA von Gewebe- und Blutproben wird in einem separaten Labor für Proben mit hohem DNA-Gehalt mittels Blood & Tissue Kit (Qiagen) nach Herstellerangaben extrahiert, über einen Nanodrop (Thermo Scientific) spektrophotometrisch quantifiziert und für die weiteren Analysen auf ca. 5 ng/μlDNA normalisiert.
2.2 Artbestimmung mittels mitochondrialer DNA (Haplotypisierung)
Über eine Sequenzanalyse der mitochondrialen Kontrollregion wird die initiale Artbestimmung und Haplotypisierung durchgeführt (Pun et al. 2009). Hierfür wird je nach Verdachtsart eine Kombination aus folgenden Markern verwendet:
- Canis-spezifischer Marker zur Erfassung von Wolf (C. lupus), Haushund (C. familiaris) und Goldschakal (C. aureus); Primer WdloopL & WdloopH (Caniglia et al. 2013)
- Säugetier-spezifischer Marker für den allgemeinen Nachweis heimischer Säugetier-Arten; Primer L15995 (Taberlet et al. 1994) & WDloopH (Caniglia et al. 2013) bzw. L15995 (Taberlet et al. 1994) & H16498 (Fumagalli et al., 1996)
- Felidae-spezifischer Marker zur Erfassung von Luchs (Lynx lynx), Wildkatze (Felis silvestris) und Hauskatze (Felis catus); Primer CHR=H16498 (Kocher et al. 1989) & LF4 (Eckert et al. 2009)
- Luchs-spezifischer Marker zur Erfassung von Luchs (Lynx lynx) und der weiteren Unterscheidung der jeweiligen Haplotypen; Primer Lynxfwd4 & Lynxrev5 (Buhrmester 2014)
- Carnivora-spezifischer Marker zur Erfassung von Beutegreifern (außer Felidae) in Mischproben; Primer SIDL, H16145 & H3R (De Barba et al. 2014)
Die Polymerasekettenreaktion (PCR) wird für jeden Marker zweifach repliziert und die Produkte mit je einem Primer sequenziert. Die Qualitätskontrolle und Datenauswertung erfolgt bioinformatisch auf Basis der erzeugten Sequenz-Chromatogramme unter Verwendung etablierter Software wie z.B. Geneious (Biomatters Ltd), SequenceScanner (Applied Biosystems) und R (R Core Team 2021).Die erhaltenen Sequenzen werden mit der internationalen Datenbank NCBI GenBank sowie mit intern kuratierten Datenbanken abgeglichen. Die Nomenklatur der Haplotypen richtet sich beim Wolf nach Pilot et al. (2010) und Montana et al. (2017), beim Luchs nach Hellborg et al. (2002) und beim Braunbär nach Frosch et al. (2014).
2.3 Mikrosatellitenanalyse der Kern-DNA (Genotypisierung, individueller genetischer Fingerabdruck)
Über eine Mikrosatellitenanalyse der Kern-DNA werden individuelle genetische Profile (Genotypen) von Wolf, Luchs, Goldschakal, Braunbär und Haushund erstellt und mit den Genotyp-Datenbanken am Zentrum für Wildtiergenetik abgeglichen. Bei der Analyse auf Wolf & Goldschakal können ferner einzelne genetische Signale (Allele) vom Fuchs (Vulpes vulpes) nachgewiesen werden. Verwendete Marker:
Wolf, Haushund, Goldschakal: 13 autosomale Marker sowie zwei Marker zur Geschlechtsbestimmung: CPH5 (Fredholm & Winter 1995); FH2001, FH2010, FH2017, FH2054, FH2087, FH2088, FH2097, FH2137, FH2140 and FH2161 (Francisco et al. 1996); vWF (Shibuya et al. 1994); PEZ17 (Neff et al. 1999); DBX6 and DBY7 (Seddon et al. 2005)
Luchs: 23 autosomale Marker sowie zwei Marker zur Geschlechtsbestimmung: LCA110 (Carmichael 2000); F115, FCA005, FCA006, FCA008, FCA026, FCA031, FCA069, FCA082, FCA096, FCA126, FCA149, FCA201, FCA293, FCA424, FCA567, FCA576, FCA650 (Menotti-Raymond et al. 1999); FCA718, FCA723, FCA1018 (Menotti-Raymond et al. 2003); FCA742 (Menotti-Raymond et al. 2005); HDZ700 (Williamson et al. 2002); F-Zf (Pilgrim et al. 2005), SRY (Ciani et al. 2008)
Braunbär: 13 autosomale Marker sowie Geschlechtsbestimmung nach Bidon et al. (2013): Msut2 (Kitahara et al. 2000); G10C, G10P, G10D, G10L (Paetkau et al. 1995); G10H, G10J, G10U (Paetkau and Strobeck 1994); UarMU26, G1A (Taberlet et al. 1997); Mu10, Mu23, Mu5, (Bellemain and Taberlet 2004)
Die Mikrosatellitenanalyse wird bei allen Canis- bzw. Bären-Proben vierfach und bei allen Luchs-Proben dreifach repliziert (Navidi et al. 1992; Taberlet et al. 1999). Die Qualitätskontrolle und Genotypisierung erfolgt auf Basis der erzeugten Elektropherogramme unter Verwendung der Software GeneMarker (Softgenetics). Dabei erhaltene Genotypen werden manuell bzw. mittels eigens dafür entwickelter Software (integriert in elektronischen Beauftragungssystem von Senckenberg (www.wildtiergenetik.de) bzw. R-basiert (R Core Team 2021)) mit den Genotypen bereits bekannter Individuen abgeglichen. Erstmalig nachgewiesene Individuen werden mittels statistischer Gruppierung (Software STRUCTURE, Pritchard et al. 2000) zusammen mit Referenzproben von Haushunden, Goldschakalen sowie Wölfen bzw. Luchsen unterschiedlicher Herkünfte und Unterarten abgeglichen. Dies dient der Bestätigung der Artbestimmung sowie als Grundlage für weitere Verwandtschaftsanalysen. Diese erfolgt computergestützt auch unter Einbeziehung nicht-genetischer Daten aus dem bundesweiten und internationalen Monitoring (Sammeldaten, Altersangaben von Totfunden, Urin/Losung als Markierung, Wanderbewegungen etc.) und im ständigen Austausch mit den Monitoringbeauftragten der Länder. Mit der hier beschriebenen Methode können weiterhin Hybriden der ersten Generation von Wolf und Hund nachgewiesen werden. Rückkreuzungshybriden und weiter zurückliegende Hybridisierungsereignisse können allerdings nur über SNP basierte Analysemethoden zuverlässig nachgewiesen werden (siehe 2.4).
2.4 SNP-Analyse (single nucleotide polymorphism, Einzelpunktmutationen)
Beim Wolf werden im Rahmen der Begleitforschung und in besonderen Verdachtsfällen weiterführende SNP-basierte Analysen zur Hybriddetektion nach Harmoinen et al. (2021) durchgeführt. Diese Analysen ermöglichen die präzise Unterscheidung von Wolf, Haushund und ihren Hybriden mindestens bis in die 3. Hybridgeneration (= 2. Rückkreuzungsgeneration zum Wolf). Für eine sichere Identifizierung der Unterarten beim Luchs steht im Rahmen der Begleitforschung ein 96 SNP-Panel zur Absicherung der Mikrosatelliten-Daten zur Verfügung (Mueller et al. 2022). Zur Auswertung der Daten werden verschieden Methoden der statistischen Gruppierung (Software STRUCTURE, Pritchard et al. 2000; Software NewHybrids, Anderson et al. 2002) sowie intern konzipierte Software herangezogen.
3. Internationale Kooperationen
Um ein fundiertes genetisches Monitoring über Landesgrenzen hinweg zu stehen wir in regelmäßigem Austausch mit internationalen Partnern. Bei Wolf und Goldschakal erfolgt ein enger Austausch basierend auf harmonisierten Methoden über das CEwolf Konsortium (weitere Informationen unter www.senckenberg.de). Beim Luchs findet der Austausch insbesondere über KORA (Muri bei Bern, Schweiz) und dem Institute of Vertebrate Biology (Brünn, Tschechien) statt. Darüber hinaus stehen wir für diese und andere Arten mit weiteren internationalen Experten im Bereich der Wildtier- und Naturschutzgenetik in regelmäßigem Kontakt.
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