La conoscenza della componente genetica della biodiversità, ovvero la diversità genetica, ha un ruolo strategico in programmi volti a preservare il potenziale adattativo delle popolazioni rispetto ai cambiamenti ambientali, specialmente in condizioni che si modificano rapidamente, come di fatto avviene oggi. La biodiversità forestale è una delle principali componenti degli ecosistemi terrestri ed una delle più minacciate, infatti, nelle specie forestali, con la riduzione dell'habitat occupato dagli ecosistemi e con la frammentazione degli areali di distribuzione, la diversità genetica subisce perdite che possono compromettere in queste specie la capacità di adattamento. Vista la crescente preoccupazione sull'impatto delle attività umane sugli ecosistemi e i cambiamenti climatici previsti, il mantenimento dei meccanismi che generano diversità nelle foreste è diventato un tema centrale poiché, appunto, determina la stabilità degli ecosistemi terrestri e la sostenibilità delle risorse. Tale preoccupazione si origina dall'osservazione di una significativa discrepanza tra la lunghezza dei cicli vitali delle specie forestali e la rapidità dei cambiamenti ambientali a cui si aggiunge il fatto che, come testimoniano molti dati paleo-botanici, il potenziale di migrazione degli alberi ha una velocità molto inferiore del tasso attuale dei cambiamenti ambientali. Uno degli obiettivi principali della genetica di popolazioni moderna e della genetica evolutiva è quello di identificare i geni coinvolti nella determinazione di caratteri a valenza adattativa, che sono quei geni che subiscono l'effetto della selezione per l'adattamento a mutate condizioni ambientali e che quindi contribuiscono all'evoluzione delle popolazioni. La maggior parte dei geni che controllano caratteri adattativi è costituita da geni che controllano caratteri quantitativi (QTL). Negli alberi forestali sono stati descritti molti clini reativi a variazioni adattative che verosimilmente sono il prodotto della variazione in un numero limitato di geni e di vie biosintetiche. Le strategie classiche per l'identificazione di questi geni non sono efficaci nelle specie forestali per il lungo tempo di generazione, la difficoltà di ottenere generazioni segreganti e soprattutto le grandi dimensioni del genoma, che rendono impraticabili approcci di scansione del genoma alla ricerca di regioni coinvolte nel carattere in esame. Una nuova strategia, la mappatura per associazione (AM) consiste quindi nel percorso inverso: a partire da geni candidati, la ricerca di linkage disequilibrium (LD) tra sostituzioni di basi (SNP) studiate a livello della sequenza codificante e il carattere in esame. Lo scopo principale di questo progetto coordinato di ricerca è porre le basi per l'AM di caratteri adattativi in conifere mediterranee, il cui habitat è particolarmente sottoposto agli effetti dei cambiamenti climatici (principalmente nell'innalzamento delle temperature e nell'aumento dello stress idrico). Il Progetto si focalizzerà sull'analisi di sequenza di geni candidati per la resistenza a stress idrico, la difesa da parassiti, la fenologia della gemma e la formazione del legno. Ciascuno di questi caratteri rappresenta un tratto di valenza adattativa, specialmente in considerazione dei cambiamenti climatici in atto. Le specie studiate, tutte di grande importanza ecologica in ambienti Mediterranei, saranno: il Pino marittimo (Pinus pinaster), il Pino domestico (Pinus pinea), il Pino d'Aleppo (Pinus halepensis) e l'Abete bianco (Abies alba). Tutte le specie presentano gradienti ben pronunciati per i caratteri in esame e i dati paleobotanici consentono di individuarne le popolazioni di sicura origine naturale. Per ciascun carattere e ciascuna specie saranno selezionati da banche dati già esistenti per altre Conifere 30 geni candidati, che saranno sequenziati su 12 megagametofiti, uno da ciascuna di 12 popolazioni scelte lungo tutto l'habitat. Questo consentirà di identificare SNP nella regione codificante dei geni e di sceglierne 10 per classe per la fase successiva. In una seconda fase, i 10 geni saranno sequenziati su 12 megagametofiti da ciascuna delle 12 popolazioni. I dati ottenuti consentiranno di stimare: il grado di diversità nucleotidica, il grado di differenziamento tra popolazioni, di mettere in evidenza tracce di avvenuta selezione a carico dei geni, di valutare l'entità e il tasso di decadimento del LD entro e tra geni ed entro e tra popolazioni. Questi dati saranno il punto di partenza per selezionare quelle popolazioni adatte per studi di AM. Sempre a questo proposito, la definizione di SNP che caratterizzino aplotipi particolari (htSNP) permetterà di ottimizzare le procedure di genotipizzazione e di determinare, ai fini conservazionistici, delle FSU (Functionally Significant Units) per le specie studiate. La definizione delle FSU sarà di importanza nella progettazione di strategie gestionali basate su dati genetici.

Adattamento a cambiamenti climatici in specie forestali mediterranee: un approccio di genomica di popolazioni.

BINELLI, GIORGIO PIETRO MARIO
2010

Abstract

La conoscenza della componente genetica della biodiversità, ovvero la diversità genetica, ha un ruolo strategico in programmi volti a preservare il potenziale adattativo delle popolazioni rispetto ai cambiamenti ambientali, specialmente in condizioni che si modificano rapidamente, come di fatto avviene oggi. La biodiversità forestale è una delle principali componenti degli ecosistemi terrestri ed una delle più minacciate, infatti, nelle specie forestali, con la riduzione dell'habitat occupato dagli ecosistemi e con la frammentazione degli areali di distribuzione, la diversità genetica subisce perdite che possono compromettere in queste specie la capacità di adattamento. Vista la crescente preoccupazione sull'impatto delle attività umane sugli ecosistemi e i cambiamenti climatici previsti, il mantenimento dei meccanismi che generano diversità nelle foreste è diventato un tema centrale poiché, appunto, determina la stabilità degli ecosistemi terrestri e la sostenibilità delle risorse. Tale preoccupazione si origina dall'osservazione di una significativa discrepanza tra la lunghezza dei cicli vitali delle specie forestali e la rapidità dei cambiamenti ambientali a cui si aggiunge il fatto che, come testimoniano molti dati paleo-botanici, il potenziale di migrazione degli alberi ha una velocità molto inferiore del tasso attuale dei cambiamenti ambientali. Uno degli obiettivi principali della genetica di popolazioni moderna e della genetica evolutiva è quello di identificare i geni coinvolti nella determinazione di caratteri a valenza adattativa, che sono quei geni che subiscono l'effetto della selezione per l'adattamento a mutate condizioni ambientali e che quindi contribuiscono all'evoluzione delle popolazioni. La maggior parte dei geni che controllano caratteri adattativi è costituita da geni che controllano caratteri quantitativi (QTL). Negli alberi forestali sono stati descritti molti clini reativi a variazioni adattative che verosimilmente sono il prodotto della variazione in un numero limitato di geni e di vie biosintetiche. Le strategie classiche per l'identificazione di questi geni non sono efficaci nelle specie forestali per il lungo tempo di generazione, la difficoltà di ottenere generazioni segreganti e soprattutto le grandi dimensioni del genoma, che rendono impraticabili approcci di scansione del genoma alla ricerca di regioni coinvolte nel carattere in esame. Una nuova strategia, la mappatura per associazione (AM) consiste quindi nel percorso inverso: a partire da geni candidati, la ricerca di linkage disequilibrium (LD) tra sostituzioni di basi (SNP) studiate a livello della sequenza codificante e il carattere in esame. Lo scopo principale di questo progetto coordinato di ricerca è porre le basi per l'AM di caratteri adattativi in conifere mediterranee, il cui habitat è particolarmente sottoposto agli effetti dei cambiamenti climatici (principalmente nell'innalzamento delle temperature e nell'aumento dello stress idrico). Il Progetto si focalizzerà sull'analisi di sequenza di geni candidati per la resistenza a stress idrico, la difesa da parassiti, la fenologia della gemma e la formazione del legno. Ciascuno di questi caratteri rappresenta un tratto di valenza adattativa, specialmente in considerazione dei cambiamenti climatici in atto. Le specie studiate, tutte di grande importanza ecologica in ambienti Mediterranei, saranno: il Pino marittimo (Pinus pinaster), il Pino domestico (Pinus pinea), il Pino d'Aleppo (Pinus halepensis) e l'Abete bianco (Abies alba). Tutte le specie presentano gradienti ben pronunciati per i caratteri in esame e i dati paleobotanici consentono di individuarne le popolazioni di sicura origine naturale. Per ciascun carattere e ciascuna specie saranno selezionati da banche dati già esistenti per altre Conifere 30 geni candidati, che saranno sequenziati su 12 megagametofiti, uno da ciascuna di 12 popolazioni scelte lungo tutto l'habitat. Questo consentirà di identificare SNP nella regione codificante dei geni e di sceglierne 10 per classe per la fase successiva. In una seconda fase, i 10 geni saranno sequenziati su 12 megagametofiti da ciascuna delle 12 popolazioni. I dati ottenuti consentiranno di stimare: il grado di diversità nucleotidica, il grado di differenziamento tra popolazioni, di mettere in evidenza tracce di avvenuta selezione a carico dei geni, di valutare l'entità e il tasso di decadimento del LD entro e tra geni ed entro e tra popolazioni. Questi dati saranno il punto di partenza per selezionare quelle popolazioni adatte per studi di AM. Sempre a questo proposito, la definizione di SNP che caratterizzino aplotipi particolari (htSNP) permetterà di ottimizzare le procedure di genotipizzazione e di determinare, ai fini conservazionistici, delle FSU (Functionally Significant Units) per le specie studiate. La definizione delle FSU sarà di importanza nella progettazione di strategie gestionali basate su dati genetici.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/11383/1718508
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