Il genere Rhododendron L.: diversità genetica e fenomeni di ibridazione.

La terra, nel corso della sua storia, ha subito molteplici cambiamenti con la comparsa e scomparsa di numerose specie animali e vegetali. Attualmente, l’estinzioni delle specie, la riduzione degli areali e il depauperamento degli ecosistemi è da ricollegare alle attività dell’uomo. Per tali motivi, in questi ultimi decenni si è iniziato a dare importanza alla conservazione della biodiversità, alla creazione di zone protette e a sviluppare interventi di reintroduzione e rafforzamento di specie rare e a rischio di estinzione. Questo lavoro di tesi si propone di analizzare la variabilità genetica delle popolazioni di Rhododendron ferrugineum L. lungo il suo areale, con particolare attenzione alle aree marginali dell’Appennino, dove la specie rappresenta un caso di pseudo rarità, al fine di valutare lo stato di salute della specie al limite del suo areale e valutare appropriati interventi di conservazione o reintroduzione. Per effettuare le analisi sono stati messi a punto dei marcatori molecolari discontinui, i microsatelliti, che, essendo dei marcatori co-dominati, permettono di valutare differenti parametri legati alla diversità genetica delle popolazioni inclusi i livelli di eterozigotà ed il flusso genico tra popolazioni limitrofe. I campionamenti sono stati effettuati nelle uniche 3 stazioni presenti sugli Appennini. Al fine di confrontare la struttura genetica di queste popolazioni sono state considerate anche popolazioni delle Alpi Marittime, delle Alpi centro-orientali e dei Pirenei. L’analisi della diversità genetica effettuata su questo pool di popolazioni analizzate con 7 marcatori microsatelliti, ha messo in evidenza che le popolazioni relitte dell’Appennino Tosco-Emiliano presentano un ridotto livello di eterozigosità che suggerisce quindi un elevato livello di inbreeding. Si ritiene che ciò sia dovuto alla loro dislocazione sul territorio, che le rende isolate sia tra di loro che dalle popolazioni delle vicine Alpi Marittime. La stima delle relazioni genetiche tra le popolazioni appenniniche e le vicine piante alpine evidenzia come non vi sia scambio genetico tra le popolazioni. Le analisi dei cluster suggeriscono che due delle popolazioni Appenniniche siano più simili alle popolazioni della Alpi Marittime, mentre la terza ha più affinità con le popolazioni delle Alpi centro-orientali. Le popolazioni dei Pirenei risultano essere geneticamente più simili alle popolazioni delle Alpi Marittime, in particolare alle tre popolazioni del versante francese. In questo lavoro abbiamo affrontato anche il problema delle specie ibride. Rhododendron x intermedium Tausch è un ibrido frutto dell’incrocio tra Rhododendron ferrugineum L. e Rhododendron hirsutum L., in grado di incrociarsi sia con altri ibridi, sia con i parentali (fenomeno dell’introgressione). L’origine di questo ibrido risiede nella simpatria delle due specie parentali, che tuttavia, presentano esigenze ecologiche differenti. Ad oggi la presenza di Rhododendron x intermedium è stata accertata in almeno tre stazioni sulle Alpi Italiane, ma la letteratura documenta la sua presenza anche in altre zone dell’Arco Alpino. L’obiettivo di questa ricerca è stato quello di verificare la reale natura ibrida di Rhododendron x intermedium in queste stazioni utilizzando un approccio integrato ossia sia attraverso un’analisi di tipo morfologico sia attraverso un analisi di tipo molecolare. In particolare l’approccio molecolare ha previsto prima un’analisi filogenetica attraverso l’utilizzo di marcatori molecolari filogenetici nucleari e plastidiali (ITS, At103, psbA-trnH e matK) e quindi un’analisi della struttura delle popolazioni della specie ibrida attraverso l’utilizzo di marcatori molecolari microsatelliti. Da un’analisi morfologica, risulta che gli esemplari ibridi possono essere molto differenti tra loro e ciò supporta la formazione di sciami ibridi. Al fine di verificare la natura di questa specie e la struttura delle popolazioni ibride e dei rispettivi parentali, sono state campionate differenti popolazioni in tutta l’area di interesse. I campioni ottenuti sono stati quindi analizzati geneticamente mediante marcatori molecolari del DNA. I risultati ottenuti hanno permesso innanzitutto di confermare l’origine ibrida degli individui di prima generazione della specie Rhododendron x intermedium e quindi di distinguere i parentali dagli ibridi ed evidenziare la struttura genetica delle popolazioni ibride.

Studio del ginandromorfismo negli Imenotteri Diprionidi

Il ginandromorfismo è il fenomeno per il quale un organismo manifesta contemporaneamente caratteristiche fenotipiche maschili e femminili. Per quanto riguarda la Classe degli Insetti, numerose segnalazioni di tale manifestazione sono reperibili in letteratura, ma un’ interpretazione generale sulle origini e sulle cause che la generano non è ancora stata fornita. Lo scopo di questa tesi è stato quello di studiare il fenomeno per quanto riguarda l’Imenottero Diprionide Diprion pini (Linnaeus, 1758) attraverso l’allevamento controllato dell’insetto, esperimenti di inincrocio, studio del cariotipo e la valutazione della comparsa e la distribuzione dei tessuti maschili e femminili negli individui ginandromorfi. Altri parametri biologici (quali i pesi degli individui) sono stati presi in considerazione nel tentativo di fornire una spiegazione riguardo i meccanismi genetici che regolano la determinazione del sesso in questa specie. Gynandromorphism is the phenomenon by which an organism manifests phenotypic characteristics both male and female. For the class of insects, numerous reports of this event can be found in the literature, but a general interpretation of the origins and causes that generate it has not yet been provided. The purpose of this thesis was to study the phenomenon with regard to the Diprionid wasp Diprion pini (Linnaeus, 1758) through the controlled rearing of the insect, inbreeding experiments, study of the karyotype and evaluation of the appearance and distribution of male and female tissue in gynandromorph specimens. Other biological parameters (such as the weights of individuals) were taken into account in an attempt to provide an explanation of the genetic mechanisms that regulate sex determination in this species.

Heterosis in maize (Zea mays, L.): characterization of heterotic quantitative trait loci (QTL) for agronomic traits in near isogenic lines (NILs) and their testcrosses

In a previous study on maize (Zea mays, L.) several quantitative trait loci (QTL) showing high dominance-additive ratio for agronomic traits were identified in a population of recombinant inbred lines derived from B73 × H99. For four of these mapped QTL, namely 3.05, 4.10, 7.03 and 10.03 according to their chromosome and bin position, families of near-isogenic lines (NILs) were developed, i.e., couples of homozygous lines nearly identical except for the QTL region that is homozygote either for the allele provided by B73 or by H99. For two of these QTL (3.05 and 4.10) the NILs families were produced in two different genetic backgrounds. The present research was conducted in order to: (i) characterize these QTL by estimating additive and dominance effects; (ii) investigate if these effects can be affected by genetic background, inbreeding level and environmental growing conditions (low vs. high plant density). The six NILs’ families were tested across three years and in three Experiments at different inbreeding levels as NILs per se and their reciprocal crosses (Experiment 1), NILs crossed to related inbreds B73 and H99 (Experiment 2) and NILs crossed to four unrelated inbreds (Experiment 3). Experiment 2 was conducted at two plant densities (4.5 and 9.0 plants m-2). Results of Experiments 1 and 2 confirmed previous findings as to QTL effects, with dominance-additive ratio superior to 1 for several traits, especially for grain yield per plant and its component traits; as a tendency, dominance effects were more pronounced in Experiment 1. The QTL effects were also confirmed in Experiment 3. The interactions involving QTL effects, families and plant density were generally negligible, suggesting a certain stability of the QTL. Results emphasize the importance of dominance effects for these QTL, suggesting that they might deserve further studies, using NILs’ families and their crosses as base materials.

Taxonomy, phylogeny and reproductive ecology of Gentiana lutea L.

This research focuses on taxonomy, phylogeny and reproductive ecology of Gentiana lutea. L.. Taxonomic analysis is a critical step in botanical studies, as it is necessary to recognize taxonomical unit. Herbarium specimens were observed to assess the reliability of several subspecies-diagnostic characters. The analysis of G. lutea genetic variability and the comparison with that of the other species of sect. Gentiana were performed to elucidate phylogenetic relationships among G. lutea subspecies and to propose a phylogenetic hypothesis for the evolution and the colonization dynamics of the section. Appropriate scientific information is critical for the assessment of species conservation status and for effective management plans. I carried out field work on five natural populations and performed laboratory analyses on specific critical aspects, with special regard to G. lutea breeding system and type and efficiency of plant-pollinator system. Bracts length is a reliable character to identify subsp. vardjanii, however it is not exclusive, hence to clearly identify subsp. vardjanii, other traits have to be considered. The phylogenetic hypotheses obtained from nuclear and chloroplast data are not congruent. Nuclear markers show a monophyly of sect. Gentiana, a strongly species identity of G. lutea and clear genetic identity of subsp. vardjanii. The little information emerging from plastid markers indicate a weak signal of hybridization and incomplete sorting of ancestral lineages. G. lutea shows a striking variation in intra-floral dichogamy probably evolved to reduce pollen-stigma interference. Although the species is partially self-compatible, pollen vectors are necessary for a successful reproduction, and moreover it shows a strong inbreeding depression. G. lutea is a generalist species: within its spectrum of visitors is possible to recognize "nectar thieves" and pollinators with sedentary or dynamic behaviour. Pollen limitation is frequent and it could be mainly explained by poor pollen quality.