L’isolamento geografico svolge un ruolo chiave nei meccanismi evolutivi delle piante, rappresentando d’altro canto di per sé un fattore di minaccia per la persistenza delle popolazioni. Lo studio della biologia riproduttiva assume particolare importanza nelle indagini riguardanti specie entomofile caratterizzate da popolazioni isolate, o popolazioni marginali e/o numericamente ridotte, sia per quanto riguarda gli aspetti evolutivi che quelli conservazionistici. Il nostro obiettivo è quello di analizzare diversi aspetti legati all’isolamento, attraverso ricerche in campo su popolazioni naturali, considerando fattori legati alla fitness (efficienza dell’impollinazione, successo riproduttivo, struttura demografica delle popolazioni, fattori limitanti) ed altri caratteri critici (ricettività stigmatica, incompatibilità, vitalità dei semi, fitness della progenie). Le indagini sono condotte su 3 specie modello: Gentiana lutea L., Convolvulus lineatus L., e Dictamnus albus L. Gentiana lutea è una pianta erbacea perenne tipica di prati e pascoli montani compresi tra i 1000 e i 2200 m. La specie è ampiamente utilizzata in farmacologia per i numerosi principi attivi presenti nel rizoma e proprio la sua raccolta non regolamentata ne rappresenta il principale fattore di minaccia. L’areale comprende le montagne dell’Europa centrale e meridionale e si estende fino alla Turchia nord-occidentale. La specie si articola in quattro sottospecie: G. lutea ssp. lutea L., G. lutea ssp. symphyandra Murb. (Hayek), G. lutea ssp. vardjanii Wraber e G. lutea ssp. montserratii (Vivant ex Greuter) Romo. Campioni d’erbario sono stati osservati per testare la validità di alcuni caratteri discriminanti per l’identificazione delle sottospecie. Uno studio comparato di biologia riproduttiva è stato svolto su tre popolazioni appartenenti rispettivamente alle sottospecie lutea, symphyandra e vardjanii: sono state studiate fenologia fiorale, produttività in condizioni di controllo e di autogamia, vitalità dei semi e fitness della progenie. Uno studio filogenetico dei taxa appartenenti alla sez. Gentiana è stato condotto mediante marcatori nucleari e plastidiali con l’obbiettivo di mettere in luce le relazioni entro specie. G. lutea risulta essere una specie autocompatibile, ma la produttività in condizioni di autogamia risulta significativamente inferiore rispetto al controllo. Semi e plantule derivanti da autogamia presentano fitness ridotta (depressione da inbreeding). In condizioni naturali il successo riproduttivo di G. lutea ssp. symphyandra è minore rispetto a G. lutea vardjanii e G. lutea lutea. A livello filogenetico G. lutea risulta monofiletica e, al suo interno, è supportata l’identità della sottospecie vardjanii. Lo sfasamento nella fioritura di G. lutea ssp.vardjanii (15-20 giorni in anticipo rispetto alle altre sottospecie, con le quali è simpatrica ) rappresenta una barriera riproduttiva temporale, che potrebbe spiegare l’isolamento di questa sottospecie durante il processo microevolutivo. Convolvulus lineatus è un’erbacea perenne tipica delle regioni mediterranee, minacciata da attività antropiche che ne frammentano la distribuzione. Lo studio è stato effettuato in 4 popolazioni isolate nel sud della Francia, dove la specie raggiunge il limite settentrionale di distribuzione. È stato analizzato il successo riproduttivo (rapporto frutti:fiori) in relazione a diverse distanze di impollinazione (intra- ed inter-popolazione). I risultati evidenziano una scarsa produzione di frutto in seguito ad impollinazioni tra piante adiacenti, ad indicare probabile depressione dovuta alla presenza di genotipi strettamente correlati. È stata inoltre evidenziata una tendenza significativa verso un aumento della produttività con l’aumentare della distanza di impollinazione. La scarsa fitness individuale potrebbe essere spiegata dall’impollinazione principalmente mediata da piccoli coleotteri osservati sui fiori, che garantiscono trasporto di polline a brevi distanze. Data la mancanza di depressione da outbreeding per la produzione di frutto, potrebbe essere tentato un intervento di soccorso genetico per garantire la sopravvivenza delle popolazioni più a rischio. Dictamnus albus è una pianta perenne erbacea tipica di margini e schiatite di querceti termofili, che in Italia raggiunge il limite meridionale di distribuzione. Le maggiori minacce sono dovute al cambiamento dell’uso del suolo da parte dell’uomo, con conseguente chiusura del bosco e generale frammentazione ed isolamento delle popolazioni. Durante le nostre ricerche è stata evidenziata, seppure irregolarmente negli anni, una limitazione della produzione di seme attribuita a scarsità di impollinatori. Nonostante una alta diversità tassonomica di insetti visitatori, lo spettro degli impollinatori effettivi include un numero inferiore di specie. Dall’analisi demografica è stato riscontrato uno scarsissimo reclutamento da seme in situazione di bosco “maturo”, dove la fioritura è praticamente nulla. Da questi presupposti è nato un progetto LIFE+ “Biodiversità” a carattere dimostrativo, della durata di 4 anni. Sono stati effettuati interventi di taglio del bosco per favorire la fioritura e lo sviluppo delle piante in condizioni ottimali di luce incidente. È inoltre previsto l’inserimento di colonie naturali di bombi e di piante nettarifere per incrementare e sostenere la fauna impollinatrice nell’area

Biologia riproduttiva in popolazioni isolate di angiosperme entomofile

FISOGNI, ALESSANDRO;CRISTOFOLINI, GIOVANNI;GALLONI, MARTA
2011

Abstract

L’isolamento geografico svolge un ruolo chiave nei meccanismi evolutivi delle piante, rappresentando d’altro canto di per sé un fattore di minaccia per la persistenza delle popolazioni. Lo studio della biologia riproduttiva assume particolare importanza nelle indagini riguardanti specie entomofile caratterizzate da popolazioni isolate, o popolazioni marginali e/o numericamente ridotte, sia per quanto riguarda gli aspetti evolutivi che quelli conservazionistici. Il nostro obiettivo è quello di analizzare diversi aspetti legati all’isolamento, attraverso ricerche in campo su popolazioni naturali, considerando fattori legati alla fitness (efficienza dell’impollinazione, successo riproduttivo, struttura demografica delle popolazioni, fattori limitanti) ed altri caratteri critici (ricettività stigmatica, incompatibilità, vitalità dei semi, fitness della progenie). Le indagini sono condotte su 3 specie modello: Gentiana lutea L., Convolvulus lineatus L., e Dictamnus albus L. Gentiana lutea è una pianta erbacea perenne tipica di prati e pascoli montani compresi tra i 1000 e i 2200 m. La specie è ampiamente utilizzata in farmacologia per i numerosi principi attivi presenti nel rizoma e proprio la sua raccolta non regolamentata ne rappresenta il principale fattore di minaccia. L’areale comprende le montagne dell’Europa centrale e meridionale e si estende fino alla Turchia nord-occidentale. La specie si articola in quattro sottospecie: G. lutea ssp. lutea L., G. lutea ssp. symphyandra Murb. (Hayek), G. lutea ssp. vardjanii Wraber e G. lutea ssp. montserratii (Vivant ex Greuter) Romo. Campioni d’erbario sono stati osservati per testare la validità di alcuni caratteri discriminanti per l’identificazione delle sottospecie. Uno studio comparato di biologia riproduttiva è stato svolto su tre popolazioni appartenenti rispettivamente alle sottospecie lutea, symphyandra e vardjanii: sono state studiate fenologia fiorale, produttività in condizioni di controllo e di autogamia, vitalità dei semi e fitness della progenie. Uno studio filogenetico dei taxa appartenenti alla sez. Gentiana è stato condotto mediante marcatori nucleari e plastidiali con l’obbiettivo di mettere in luce le relazioni entro specie. G. lutea risulta essere una specie autocompatibile, ma la produttività in condizioni di autogamia risulta significativamente inferiore rispetto al controllo. Semi e plantule derivanti da autogamia presentano fitness ridotta (depressione da inbreeding). In condizioni naturali il successo riproduttivo di G. lutea ssp. symphyandra è minore rispetto a G. lutea vardjanii e G. lutea lutea. A livello filogenetico G. lutea risulta monofiletica e, al suo interno, è supportata l’identità della sottospecie vardjanii. Lo sfasamento nella fioritura di G. lutea ssp.vardjanii (15-20 giorni in anticipo rispetto alle altre sottospecie, con le quali è simpatrica ) rappresenta una barriera riproduttiva temporale, che potrebbe spiegare l’isolamento di questa sottospecie durante il processo microevolutivo. Convolvulus lineatus è un’erbacea perenne tipica delle regioni mediterranee, minacciata da attività antropiche che ne frammentano la distribuzione. Lo studio è stato effettuato in 4 popolazioni isolate nel sud della Francia, dove la specie raggiunge il limite settentrionale di distribuzione. È stato analizzato il successo riproduttivo (rapporto frutti:fiori) in relazione a diverse distanze di impollinazione (intra- ed inter-popolazione). I risultati evidenziano una scarsa produzione di frutto in seguito ad impollinazioni tra piante adiacenti, ad indicare probabile depressione dovuta alla presenza di genotipi strettamente correlati. È stata inoltre evidenziata una tendenza significativa verso un aumento della produttività con l’aumentare della distanza di impollinazione. La scarsa fitness individuale potrebbe essere spiegata dall’impollinazione principalmente mediata da piccoli coleotteri osservati sui fiori, che garantiscono trasporto di polline a brevi distanze. Data la mancanza di depressione da outbreeding per la produzione di frutto, potrebbe essere tentato un intervento di soccorso genetico per garantire la sopravvivenza delle popolazioni più a rischio. Dictamnus albus è una pianta perenne erbacea tipica di margini e schiatite di querceti termofili, che in Italia raggiunge il limite meridionale di distribuzione. Le maggiori minacce sono dovute al cambiamento dell’uso del suolo da parte dell’uomo, con conseguente chiusura del bosco e generale frammentazione ed isolamento delle popolazioni. Durante le nostre ricerche è stata evidenziata, seppure irregolarmente negli anni, una limitazione della produzione di seme attribuita a scarsità di impollinatori. Nonostante una alta diversità tassonomica di insetti visitatori, lo spettro degli impollinatori effettivi include un numero inferiore di specie. Dall’analisi demografica è stato riscontrato uno scarsissimo reclutamento da seme in situazione di bosco “maturo”, dove la fioritura è praticamente nulla. Da questi presupposti è nato un progetto LIFE+ “Biodiversità” a carattere dimostrativo, della durata di 4 anni. Sono stati effettuati interventi di taglio del bosco per favorire la fioritura e lo sviluppo delle piante in condizioni ottimali di luce incidente. È inoltre previsto l’inserimento di colonie naturali di bombi e di piante nettarifere per incrementare e sostenere la fauna impollinatrice nell’area
PIPPs (Peripheral and Isolated Plant Populations) ed endemiti: tassonomia, filogenesi ed evoluzione - Sintesi delle COMUNICAZIONI
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Fisogni A.; Rossi M.; Cristofolini G.; Galloni M.
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