Molecular markers for the assessment of genetic variability in threatened plant species

La variabilità genetica è un importante strumento per lo studio e la conservazione della biodiversità in specie rare e minacciate di estinzione. Durante il mio dottorato mi sono quindi occupata di mettere a punto diverse metodologie molecolari al fine di valutare la diversità genetica in due specie rare della flora italiana che presentano problematiche diverse e specifiche. I marcatori arbitrari RAPD e i marcatori semi-arbitrari ISSR sono stati utilizzati per valutare la diversità genetica in Quercus crenata Lam. e per confermare l’ipotesi della sua origine ibridogena dalle due specie presunte parentali Quercus cerris L. e Quercus suber L., essendo Q. crenata presente in Italia settentrionale dove Q. suber è attualmente assente. I marcatori SSR o microsatelliti sono invece stati messi a punto su una specie a rischio di estinzione, endemica dell’Appennino Tosco-Emiliano, Primula apennina Widmer, applicando una metodologia specifica, basata sulla costruzione di una libreria genomica arricchita per l’isolamento di primer specifici. I marcatori RAPD e ISSR, utilizzati su un totale di 85 campioni, hanno mostrato alti livelli di diversità molecolare entro le specie studiate, eccetto per Q. suber le cui popolazioni rappresentano il margine orientale di distribuzione della specie, per questo più sottoposte ad impoverimento genetico. Oltre alla cluster analysis (UPGMA) e alla Analisi delle Componenti Principali effettuate per entrambi i marcatori, che confermano l’ipotesi dell’origine ibrida degli individui di Q. crenata diffusi in Italia Settentrionale, sono stati calcolati l’indice di ibridità basato sul maximum likelihood, che dimostra una introgressione asimmetrica di Q. crenata verso il parentale caratterizzato da superiorità demografica (Q. cerris) e il test di Mantel. Quest’ultimo ha permesso di confrontare i due marcatori RAPD e ISSR utilizzati ottenendo una bassa correlazione, a conferma del fatto che, amplificando tratti differenti del DNA nucleare, i dati non sono sovrapponibili, sebbene forniscano risultati analoghi. Per l’isolamento di loci microsatelliti ipervariabili ho utilizzato il protocolllo FIASCO (Fast isolation by AFLP of sequences containing repeats- Zane et al. 2002) che permette di costruire una libreria genomica arricchita partendo dal DNA estratto da P. apennina. Tale procedura ha previsto la digestione del DNA genomico per la produzione di una miscela di frammenti di DNA. Tramite ibridazione con opportune sonde sono stati isolati i frammenti contenenti i microsatelliti. Sequenziando i cloni ricombinanti, ho ottenuto sequenze contenenti repeats sulle cui regioni fiancheggianti sono stati costruiti 15 coppie di primer che potranno, in seguito, essere utilizzate per definire la quota di riproduzione clonale in P. apennina e per valutare la diversità genetica delle popolazioni che coprono l’areale di distribuzione della specie. Data la loro natura altamente variabile e la loro abbondanza nel DNA, gli SSR saranno, come i marcatori RAPD e gli ISSR, ugualmente validi per lo studio della variabilità genetica e per l’analisi di problematiche specifiche legate alle specie rare.

Relationships between plant diversity and environmental heterogeneity in rupicolous grasslands on gypsum. The case study of Alysso-Sedion albi (Habitat 6110).

Plant communities on weathered rock and outcrops are characterized by high values in species richness (Dengler 2006) and often persist on small and fragmented surfaces. Yet very few studies have examined the relationships between heterogeneity and plant diversity at small scales, in particular in poor-nutrient and low productive environment (Shmida and Wilson 1985, Lundholm 2003). In order to assess these relationships both in space and time in relationship, two different approaches were employed in the present study, in two gypsum outcrops of Northern Apennine. Diachronic and synchronic samplings from April 2012 to March 2013 were performed. A 50x50 cm plot was used in both samplings such as the sampling unit base. The diachronic survey aims to investigate seasonal patterning of plant diversity by the use of images analysis techniques integrated with field data and considering also seasonal climatic trend, the substrate quality and its variation in time. The purpose of the further, synchronic sampling was to describe plant diversity pattern as a function of the environmental heterogeneity meaning in substrate typologies, soil depth and topographic features. Results showed that responses of diversity pattern depend both on the resources availability, environmental heterogeneity and the manner in which the different taxonomic group access to them during the year. Species richness and Shannon diversity were positively affected by increasing in substrate heterogeneity. Furthermore a good turnover in seasonal species occurrence was detected. This vegetation may be described by the coexistence of three groups of species which created a gradient from early colonization stages, characterized by greater slope and predominance of bare rock, gradually to situation of more developed soil.