Stima della biodiversità della dendroflora italiana attraverso il metodo del dna barcoding: il genere quercus

Abstract

Il DNA barcoding è un metodo che si propone di identificare le specie attraverso l’utilizzo di una regione genomica standard. I potenziali campi di applicazione del metodo sono molteplici e comprendono studi ecologici, biodiversità , forensi, agro-alimentari, etc.. Il patrimonio forestale svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento degli ecosistemi terrestri e per questo è necessario studiarlo e salvaguardarlo in modo adeguato. Tuttavia, la caratteristiche evolutive intrinseche di tale organismi potrebbero costituire una grossa sfida per il metodo Barcode. In questo studio è stata dapprima esplorata la biodiversità della dendroflora italiana attraverso l’utilizzo di quattro marcatori cloroplastici, (trnH-psbA, rbcL, rpoC1, matK) tra quelli consigliati dal Consortium for the Barcode of Life (CBOL), la struttura mondiale di riferimento per il progetto Barcode. Il campionamento ha riguardato cinquantadue specie, ed è stato effettuato rispettando la loro naturale distribuzione sul territorio italiano, proprio per poter fornire indicazioni su una possibile applicazione pratica del metodo Barcode. I risultati ottenuti hanno evidenziato una percentuale di circa il 70% di specie discriminate con successo utilizzando il locus trnH-psbA, il più variabile, . Inoltre si è evidenziata una risposta particolarmente negativa del genere Quercus che è stato quindi oggetto di un dettagliato campionamento intraspecie. I risultati di questo studio hanno messo in luce un netto fenomeno di polifilia all’interno dei tre sottogeneri (Cerris, Quercus e Schlerophyllodris), che sembrerebbe essere legato alla condizione simpatrica delle popolazioni. Le cause di tale fenomeno possono essere molteplici e comprendono ibridizzazione e introgressione, incomplete lineage sorting, basso tasso evolutivo del frammento, etc. Quindi è possibile concludere che l’applicazione del metodo Barcode alla flora forestale italiana, ha mostrato risultati molto incoraggianti. Tuttavia ha evidenziato anche la necessità di dettagliati e completi campionamenti intraspecie per poter mettere in luce la presenza di generi che, come il genere Quercus, possiedano delle caratteristiche biologiche tali che, l’applicazione del metodo Barcode con marcatori cloroplastici, risulti molto problematica. Per tali generi potrebbe essere dunque necessario lo sviluppo di nuovi marcatori nucleari da affiancare a quelli cloroplastici per poter ottenere una corretta risoluzione a livello di specie.

DNA barcoding may be particularly important in influencing ecology, economic issues, and the fundamental crisis facing biodiversity as a standardized, species-level identification tool for taxonomy assessment. Trees play important roles in the conservation of many land ecosystems, the wood trade, and the definition of biogeographical processes; nevertheless, peculiar biological, evolutionary and taxonomical features will probably constitute an intriguing challenge to barcoders. We examined whether four marker regions (trnH-psbA, rbcL, rpoC1, matK) proposed by the Consortium for the Barcode of Life (CBOL) matched species taxonomy in a preliminary tree biodiversity survey of Italian forested land. Our objective was to provide a test of future in situ applications of DNA barcodes by evaluating the efficacy of species discrimination under the criteria of uniformity of methods and natural co-occurrence of the species in the main forest ecosystems. Fifty-two species were included in a floristic study. We obtained 73% total discrimination success, with trnH-psbA as the best performing marker and oaks as the least responsive plants to the markers used. A further taxon-based study of Quercus (thirty specimens, 12 species) revealed that this genus is refractory to barcoding (0% discrimination success), a probable consequence of low variation rate at the plastid genome level, hybridization, and the incidence of biogeography. We conclude that some species-rich tree genera in small geographical regions may prove exceptionally difficult to barcode. Until more efficient markers are developed, we recommend that improved and diversified sampling (multiple locations of sympatric and co-occurring congenerics) be embraced as a timely and important goal for the precise assessment of haplotype specificity to facilitate the productive application of barcoding in practice.