Die Gattung der Drachenköpfe (Dracocephalum) gehört zur Familie der Lippenblütler (Labiatae), welche viele Arten beinhaltet, die in Küche (z.B. Basilikum, Rosmarie, Lavendel, Majoran und Thymian) und traditioneller Medizin (z.B. Echtes Herzgespann, Günsel, Melisse und Salbei) Verwendung finden. Bisher wurden etwa 70 Drachenkopf Arten beschrieben, die vorwiegend in alpinen und halbtrockenen Regionen des gemäßigten Asiens heimisch sind.

Als Erweiterung des vorangegangenen Projektes habe ich im Zuge meiner Dissertation mit einer erhöhten Anzahl an Drachenkopf Arten und Akzessionen Daten zusätzlicher genetischer Marker erhoben und verglichen. Eines der Ergebnisse ist ein diagnostischer Primer, der den nahezu artspezifischen Nachweis des Moldawischen Drachenkopfes zulässt. Des weiteren konnten deutliche Unterschiede in der genetischen Vielfalt zwischen den untersuchten Moldawischen Drachenköpfen und z.B. den nordischen Drachenköpfe festgestellt werden.

Genetische Unterschiede zwischen homologen DNA Bereichen kann man in Zahlen ausdrücken, wie z.B. der proportionalen Distanz (p-distance). Im Vergleich vieler verschiedener Sequenzen dieser homologen Bereiche entsteht eine Distanz Matrix die mit Hilfe von Programmen, wie z.B. MEGA, visuell als phylogenetischer Baum dargestellt werden kann. Dabei finden sogenannte clustering algorithmen, wie z.B. Neighbour-Joining, Anwendung.

Neighbour-Joining Baum basierend auf dem Plastid Marker psbA-trnH und dem Kern Marker Internal Transcribed Spacer (ITS)

Mit Hilfe des Programms TaxonGap kann man zum einen genetische Ähnlichkeit (similarity) eines Marker Bereichs im Vergleich verschiedener Arten darstellen und zum anderen einen Vergleich zwischen verschiedenen Marker Bereichen erstellen. 

Vergleich des Internal Transcribed Spacer (ITS) 1, der 5.8 S rDNA sowie des ITS 2 (Kerngenom)

Vergleich eines Bereichs des Ribulose-bisphosphate Carboxylase Gens (rbcL), des maturase K (matK) Gens sowie des intergenic Spacers psbA-trnH (Plastiden Genom)

Das Ziel des DNA Barcoding ist es, einen oder mehrere genetische Abschnitte zu finden, deren Sequenz Information eine eindeutige Art Zuweisung erlaubt. Mit Hilfe von Algorithmen lassen sich entsprechende Sequenz Sammlungen prüfen. Jede Sequenz wird dabei einmal als unbekannte Probe verwendet und mit den anderen verglichen. Je nach Algorithmus wird die taxonomische Zugehörigkeit, z.B. die der ähnlichsten Sequenz, der unbekannten Probe zugeordnet. Da die taxonomische Zugehörigkeit vorher schon bekannt ist kann man nach Prüfung aller Sequenzen sagen, wie viele der Sequenzen zugeordnet werden konnten und bei wie vielen dies erfolglos (falsche Zuordnung) verlief. 

Da die vorhergehende Analyse der genetischen Distanz und Variabilität gezeigt hatte, dass psbA-trnH und ITS die vielversprechendsten der 4 getesteten Marker sind, wurde auch nur mit diesen eine entsprechende Analyse durchgeführt.

Manche Algorithmen erlauben die Einstellung eines Distanz Schwellenwertes. Dies bedeutet, dass für die taxonomische Zuordnung nur die Sequenzen berücksichtigt werden, die innerhalb einer bestimmten genetischen Distanz liegen.

Ermittlung des Schwellenwertes mit R und SPIDER für psbA-trnH und ITS.

Der Moldawische Drachenkopf ist eine der wenigen Drachenkopf Arten, die auch in Europa bekannt sind. In der zweiten Hälfte des 16. Jahrhunderts wurde dieser nach Europa eingeführt und im Folgenden als Zier-, Gewürz-, Medizin- und Bienenpflanze in Kultur genommen [Mansfeld 2001, Adam 2012]. In neuerer Zeit wurde er aufgrund seiner Anpassung an ein moderates Klima und einer kurzen Vegetationsperiode als Ersatz für die Zitronen-Melisse (Melissa officinalis) in entsprechenden Regionen kultiviert [Holm 1988]. Beide Arten haben einen ähnlichen Geruch und werden als Teeprodukte sowie in Teemischungen verwendet. Zu diesem Thema haben wir eine genetische Methode entwickelt, mit der man die beiden Arten auf Gattungsebene voneinander unterscheiden kann [Horn 2013].

Nach DNA Extraktion, PCR Amplifikation und Sequenzierung des Markers rbcLa konnte der Bereich zwischen der Produktart (Dracocephalum moldavica) und den potentiellen Surrogaten (Melissa officinalis und Nepeta cataria) verglichen werden. Aufgrund von Unterschieden im Restriktions Muster zwischen den Sequenzen, konnte ein PCR-RFLP Assay entwickelt werden, der die Anwesenheit einer der Surrogate nachweist. Für die Detektion von Drachenkopf DNA wurde ein direkter Weg gewählt. Durch einen diagnostischen Primer wird bei Anwesenheit von Drachenkopf DNA ein spezifisches Teilfragment von rbcLa amplifiziert.