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http://hdl.handle.net/2067/2739
Title: | Affirmation of DNA barcoding as a poweful tool in cataloguing medicinal and aromatic plants in mediterranean forests | Other Titles: | Studio del DNA barcoding come strumento per la catalogazione di piante aromatiche e medicinali nelle foreste mediterranee | Authors: | Laiou, Angeliki | Keywords: | DNA barcoding;Medicinal and aromatic plants;Mediterranean region;Piante medicinali e aromatiche;Mediterraneo;AGR/05 | Issue Date: | 27-May-2013 | Publisher: | Università degli studi della Tuscia - Viterbo | Series/Report no.: | Tesi di dottorato di ricerca. 25. ciclo | Abstract: | From the pre-historic era, men have been using plants as medicine and in recent years, medicinal and aromatic plants (MAPs) harvested from the wild still remain of immense importance. MAPs are clearly an important global resource in terms of healthcare but they are also an important economic resource. Consequently, MAPs are an ideal case for developing DNA barcodes. In this doctorate thesis, more than 100 specimens were sampled in different biogeographic regions through Italy and Greece (three provenances from Italy and one from Greece) of each country including also some representatives from other countries for comparison. Thus, 38 medicinal and aromatic plant species have been collected and being analyzed, derived from 22 genera, with a total number of 30 different provenances belonging to 17 families. We used “core barcode” for land plants rbcL and matK, and tested trnH-psbA as additional marker. Each marker was amplified with the universal primer pairs. RbcL displayed 100% amplification success, followed by trnH-psbA 98%, while matK was unable to amplify some certain plant groups (overall amplification success of 91). Species discrimination success was attempted using sequence character states (Blastclust), presence of barcoding-gap (uncorrected p-distances), species monophyly through inference of RAxML dendrogram and assessment discrimination using GenBank. These approaches return similar results in the discrimination level of species using all combined markers. The trnH-psbA region showed the highest values of genetic variability; however this divergence did not allow reliable alignment across all sequences and consequently contributed to the absence of barcoding gap. Regarding the results retrieved from Genbank submissions, the lowest percentage of molecular data was retrieved surprisingly by MatK (37% of the species in GenBank), even if it is considered one of the most recommended core-barcodes with the highest discriminatory power. The majority of data were produced by trnH-psbA (65% of the species in GenBank) showed a good coverage, highlighting that this marker, beyond the core barcode, is becoming the most widely used plastid region. On the whole, conserving medicinal and aromatic plants biodiversity should be given a serious attention as well as the development of an integrated DNA database. An important limitation DNA barcoding potential users may actually meet is related with a yet incomplete reference list in the database as well as the common used similarity methods in these databases are prone to errors. Moreover, the use of a fourth marker could be necessary to obtain adequate discriminatory power. In conclusion, this doctorate thesis highlights the utility of DNA barcoding as a promising tool in providing a practical and standardized identification of medicinal and aromatic plants thus contributing to the conservation and the trade control of these valuable plant resources. Sin dalla preistoria l’uomo ha usato le piante a scopo medicamentoso. Negli ultimi anni, le piante medicinali aromatiche (PAM), raccolte in ambienti selvatici sono state riconosciute come risorse molto importanti sia per la salvaguardia della biodiversità globale, sia per i possibili risvolti per la salute umana, ed hanno assunto per questo un ruolo economico importante. Esse vengono spesso commercializzate sotto forma di frammenti rendendo difficile o impossibile una identificazione morfologica certa, e che lascia ampi spazi a possibili frodi commerciali. La tecnica del DNA Barcoding si propone già da tempo come metodologia molecolare per la tracciabilità di campioni biologici per i quali, per ragioni di vario tipo, sia impossibile il riconoscimento per via morfologica. Per questo motivo i PAM costituiscono una applicazione ideale per la tecnica del DNA barcoding, esse infatti potrebbero essere certificate in maniera univoca attraverso il loro DNA anche in assenza di morfologia. Per questa tesi sono stati dunque analizzati più di 100 campioni provenienti da varie zone biogeografiche, in particolare da tre provincie italiane ed una greca ed includendo anche campioni da altri paesi per un miglior paragone. Il dataset è costituito 38 specie, di 30 diverse provenienze, appartenenti a 22 generi diversi per un totale di 17 famiglie. Ciascun campione è stato accuratamente conservato in erbario e analizzato utilizzando i marcatori molecolari ufficiali del progetto Barcode per le piante (rbcL e matK) e inoltre affiancando ad essi un terzo locus ( trnH-psbA ) segnalato in letteratura come molto promettente. I marcatori, amplificati con le coppie di primers universali del progetto Barcode, hanno mostrato comportamenti diversi che hanno confermato i risultati ottenuti in studi analoghi, infatti rbcL è stato amplificato e sequenziato con successo nel 100% dei casi, seguito da trnH-psbA con il 98% , e infine dal matK con solo il 91% di successo. Diversi tipi di approcci sono stati utilizzati per la valutazione delle potenziali applicazioni delle tecnica barcode alle PAM : i) la generazione degli aplotipi per evidenziare le sequenze identiche in specie diverse, attraverso l’uso di Blastclust; ii) la presenza di barcoding-gap sia utilizzando p-distance sia K2P; iii) la valutazione del successo di discriminazione con la verifica della monofilia delle specie su dendrogramma; iv) test applicativo del dataset PAM all’interno del database mondiale di sequenze nucleotidiche disponibile (GenBank) . Tali approcci, pur evidenziando aspetti diversi legati alla metodica, mostrano risultati concordi. La regione trnH-psbA, pur non essendo indicata tra i loci ufficiali del progetto barcode, ha mostrato i valori migliori sia in termini di variabilità genetica sia come discriminazione delle specie nel test applicativo su GenBank, mentre matK e rbcL mostrano livelli di successo decisamente inferiori. I risultati di questo studio sono, nel complesso, in linea con altri progetti Barcode ed evidenziano come non sia ancora possibile una applicazione pratica e di routine di tale metodologia in ambito vegetale. Infatti i problemi e i limiti che si sono evidenziati in questa tesi non sono specifici del dataset di PAM analizzato, ma sono comuni a molti altri studi in ambito vegetale e riguardano la scelta di marcatori molecolari più potenti in grado di discriminare specie molto vicine, il potenziamento del database delle sequenze di riferimento e degli algoritmi di ricerca al suo interno. Questi limiti consentono, attualmente, solo un utilizzo applicativo parziale della metodologia Barcode, ma sottolineano la sua l’utilità come strumento in grado di contribuire alla conservazione ed al controllo del commercio di risorse preziose quali le specie di piante aromatiche e medicinali. |
Description: | Dottorato di ricerca in Scienze e tecnologie per la gestione forestale e ambientale |
URI: | http://hdl.handle.net/2067/2739 |
Appears in Collections: | Archivio delle tesi di dottorato di ricerca |
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