Molecular diversity of Primula apennina and phylogeny of Primula Subsection Euauricula

Primula apennina Widmer is endemic to the North Apennines (Italy). ISSR were used to detect the genetic diversity within and among six populations representative of the species distribution range. High levels of genetic diversity were revealed both at population (PPB = 75.92%, HS = 0.204, Hpop = 0.319) and at species level (PPB = 96.95%, HT = 0.242, Hsp = 0.381). Nei gene diversity statistics (15.7%), Shannon diversity index (16.3%) and AMOVA (14%) detected a moderate level of interpopulation diversity. Principal coordinate and bayesian analyses clustered the populations in three major groups along a geographic gradient. The correlation between genetic and geographic distances was positive (Mantel test, r = 0.232). All together, these analyses revealed a weak but significant spatial genetic structure in P. apennina, with gene flow acting as a homogenizing force that prevents a stronger differentiation of populations. Conservation measures are suggested based on the observed pattern of genetic variability. P. apennina belongs to Primula subsect. Euauricula which includes 15 species distributed on the whole Alps and Apennines. A phylogenetic analysis was carried out using AFLP markers in order both to clarify the relationships among the species of subsection Euauricula that remained unresolved in previous works and to make some hypoteses on their evolutive dynamics. NJ, PCO and BAPS analyses strongly confirmed the monophyly of P. subsect. Euauricula and all the species form strongly supported clades. NJ tree topology suggested a simultaneous fragmentations of ancestral species in a large number of isolated populations that survived in refugia along the unglaciated margins of the Alps in response to the Pleistocene climatic oscillations.

Pollination ecology and reproductive success in isolated populations of flowering plants: Primula apennina Widmer, Dictamnus albus L. and Convolvulus lineatus L.

This research focuses on reproductive biology and pollination ecology of entomophilous angiosperms, with particular concern to reproductive success in small and isolated populations of species that occur at their distribution limits or are endemic. I considered three perennial herbs as model species: Primula apennina Widmer, Dictamnus albus L. and Convolvulus lineatus L. I carried out field work on natural populations and performed laboratory analyses on specific critical aspects (resource allocation, pollen viability, stigmatic receptivity, physiological self-incompatibility, seed viability), through which I analysed different aspects related to plant fitness, such as production of viable seed, demographic structure of populations, type and efficiency of plant-pollinator system, and limiting factors.

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.