Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/2421
Title: Phenotypic plasticity of the bud set process in a Populus nigra L. mapping pedigree and characterization of phenology in a P. nigra European association population
Other Titles: Plasticità fenotipica del processo di bud set in un pedigree mappato di Populus nigra L. e caratterizzazione della fenologia in un'associazione di popolazioni europee di P. nigra
Authors: Fabbrini, Francesco
Keywords: Populus nigra L.;GxS interaction;Photoperiod;Bud set;Heritability;Interazione GxS;Fotoperiodo;Ereditabilità;AGR/05
Issue Date: 10-Mar-2011
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 23. ciclo
Abstract: 
Among forest trees, poplars are important components of riparian ecosystems and are now accepted by the scientific
community as ideal model to study perennial plants. They offer several advantages as a model system, including rapid
growth, ease of cloning, prolific sexual reproduction, small genomic size and facile transgenesis. This study has the
objective to contribute to the knowledge of the genetic control of bud set (apical bud formation in the fall) in black
poplar (Populus nigra). For this purpose the genetic variability and the broad-sense hereditability at individual and
genotypic level, have been examined in a full-sib family (POP5) and in different european natural metapopulations of
black poplar grown in a common garden experiment. In addition QTLs (Quantitative Trait Loci) analysis for the most
discriminative traits of phenotypic variation in POP5 has been done using a genetic linkage map produced using 154
genotypes. The full-sib family was obtained crossing two parents selected in the germplasm collection (DISAFRI –
University of Tuscia) from Italian natural populations and divergent for phenology and other adaptive traits. The full-sib
family was planted in two sites in central (Viterbo 42°25’N, 12°05’E) and northern Italy (Cavallermaggiore 44°42’N,
07°40’E). The european natural populations were sampled in 4 different countries and 814 genotypes, from 14
metapopulations were planted in a common garden study in Northern Italy (Savigliano 44°36’N, 07°37’E). A
randomized block design was defined for the establishment of the experimental plantations in each site. Six complete
blocks were used with one replicated genotype randomly assigned to each block. The phenological study has been
realized on the basis of a protocol designed to monitor six crucial phenological phases of bud set in black poplar. Data
analysis have allowed to decompose the contribution of the different phases to the dynamics of bud set. Results showed
that the onset of growth cessation is a quantitative trait under strong genetic control. Night length is the most important
signal triggering the physiological process, but the role of other environmental factors such as temperature increase
during the process. Taking advantage of two contrasting experimental sites a considerable role of GxS interactions has
been found in all the different phenological phases and the low temperature seems to influence the sensitivity of some
more plastic genotypes. The large number of QTLs mapped in the POP5 genetic map, each one characterized by small
or modest effect, highlighted the complex nature of traits involved in the apical bud formation-maturation process.

Tra le specie forestali i pioppi risultano essere un’importante componente degli ecosistemi ripariali e sono ad oggi
accettati dalla comunità scientifica come modello ideale per lo studio delle piante perenni. Per tale scopo questo genere
offre molti vantaggi come il rapido accrescimento, la facilità di clonazione, la semplice riproduzione gamica, un
genoma di dimensioni ridotte e un’agevole produzione di organismi transgenici. L’obiettivo di questo lavoro è
contribuire alla conoscenza del controllo genetico del bud set (formazione della gemma apicale autunnale) in pioppo
nero (Populus nigra L.). A tale scopo sono state esaminate la variabilità genetica e l’ereditabilità in senso lato, a livello
individuale e genotipico, in una famiglia full-sib di pioppo nero (POP5) e in differenti metapopolazioni europee della
medesima specie cresciute nello stesso impianto sperimentale (common garden). In POP5 sono stati inoltre mappati i
QTLs (Quantitative Trait Loci) limitatamente ai caratteri maggiormente discriminanti della variabilità fenotipica sulla
base di una mappa genetica prodotta utilizzando 154 genotipi. La famiglia full-sib è stata ottenuta dall’incrocio di due
parentali divergenti per fenologia ed altri caratteri adattativi e selezionati in una collezione di germoplasma (DISAFRI –
Università della Tuscia) composta da popolazioni naturali raccolte in Italia. La famiglia full-sib è stata piantata in due
siti, rispettivamente nell’Italia centrale (Viterbo 42°25’N, 12°05’E) e settentrionale (Cavallermaggiore 44°42’N,
07°40’E). Le popolazioni europee sono state raccolte in 4 differenti Paesi e 814 genotipi, provenienti da 14
metapopolazioni, sono state piantate nello stesso sito sperimentale dell’Italia settentrionale (Savigliano 44°36’N,
07°37’E). In ciascun sito è stato definito un disegno sperimentale a blocchi randomizzati. Sono stati utilizzati sei
blocchi ed una replica di ciascun genotipo è stata assegnata casualmente a ciascun blocco. Lo studio fenologico è stato
condotto sulla base di un protocollo realizzato allo scopo di monitorare sei specifiche fasi fenologiche caratterizzanti il
bud set in pioppo nero. L’analisi dei dati ha permesso di scomporre il contributo delle differenti fasi nella dinamica del
bud set. I risultati hanno mostrato che l’innesco della cessazione dell’accrescimento è un carattere quantitativo
caratterizzato da un forte controllo genetico. La lunghezza della notte risulta essere il segnale più importante
nell’innesco del processo fisiologico, ma il ruolo di altri fattori ambientali come la temperatura aumenta durante il
processo. Grazie alla possibilità di studiare due siti sperimentali contrastanti si è potuto constatare un ruolo
considerevole dell’interazione GxS in tutte le diverse fasi fenologiche e la bassa temperatura sembra influenzare la
sensibilità di alcuni genotipi più plastici. L’alto numero di QTLs mappati nella mappa genetica di POP5, ciascuno
caratterizzato da un basso o modesto effetto, sottolineano la complessa natura dei caratteri coinvolti nel processo di
formazione-maturazione della gemma apicale.
Description: 
Dottorato di ricerca in Ecologia forestale
URI: http://hdl.handle.net/2067/2421
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