Pleistocene evolutionary history and conservation of mountain species within mediterranean peninsulas: insight from the alpine newt in the Apennine Chain

Abstract

Mediterranean peninsulas are hotspots of intraspecific genetic diversity, and several studies on species genetic structure have investigated the evolutionary processes involved in generating such richness. However, despite Mediterranean peninsulas are mainly mountainous regions, most studies were focused on temperate species, whereas the evolutionary dynamics involving mountain species remain underinvestigated. Here I investigated the genetic structure and the evolutionary history of the mountain amphibian Ichthyosaura alpestris within the Apennine peninsula, using both mitochondrial and nuclear genetic markers, coupled with Bayesian phylogeographic analyses and species distribution models. I found a deep and ancient genetic structure, with three distinct genetic lineages whose divergence dates back to the Early and Middle Pleistocene. Two of these lineages form a secondary contact zone in the Ligurian Apennine, which corresponds to the area where populations showed the highest levels of genetic diversity. These results confirm the role of Mediterranean peninsulas as multiple refugia during the Pleistocene for mountain species as well, and suggest that repeated cycles of fragmentation and allopatric isolation, followed by secondary admixture, may have been a common process in forming hotspots of intraspecific diversity within these peninsulas. Moreover, to evaluate if population genetic diversity of I. alpestris could be affected by some on-going erosive processes, I tested for presence of Chytrid fungus, an emerging infectious disease which is strongly affecting amphibians worldwide, especially in mountain habitats. I found a wide distribution of the pathogen along peninsula, but low prevalence within populations. However, I also found an interesting correlation between the absence of the pathogen and the high levels of population genetic diversity. Such result might suggest a role of genetic diversity in protecting populations, as already observed in other species, and provide useful information for conservation strategies. This research highlights the necessity to better understand the processes generating genetic diversity, in order to evaluate how the evolutionary potential of populations could favour their long term persistence, in the face of global change.

Le penisole del Mediterraneo sono hotspot di diversità genetica intraspecifica, e numerosi studi sulla struttura genetica delle specie hanno investigato quali processi evolutivi sono coinvolti nella generazione di tale ricchezza. Tuttavia, nonostante le penisole mediterranee siano aree principalmente montuose, la maggior parte degli studi si è sinora focalizzata sulle specie temperate, mentre le specie montane restano trascurate. In questo studio è stata analizzata la struttura genetica e la storia evolutiva dell’anfibio montano Ichthyosaura alpestris all’interno della penisola appenninica, avvalendosi sia di marcatori genetici mitocondriali che nucleari, assieme ad analisi di filogeografia bayesiana e a modelli di distribuzione spaziale. E’ stata rilevata una profonda ed antica struttura genetica, con tre linee genetiche distinte, la quale divergenza risale al primo e medio Pleistocene. Due di queste linee formano attualmente una zona di contatto secondario nell’Appennino ligure, all’interno della quale le popolazioni mostrano i livelli più elevati di diversità genetica. Questi risultati confermano il ruolo delle penisole mediterranee quali rifugi multipli durante il Pleistocene, anche per le specie montane, e suggeriscono che i ripetuti cicli di frammentazione e isolamento in allopatria, seguiti da rimescolamenti secondari possano aver rappresentato un processo diffuso e comune nella formazione degli hotspot di biodiversità all’interno di queste penisole. Inoltre, per valutare se la diversità genetica delle popolazioni sia influenzata da processi depauperanti attualmente in corso, ho saggiato la presenza del fungo Chitridio, un patogeno epidemico emergente che sta affliggendo gli anfibi a scala globale, specialmente negli habitat montani. Ho trovato una ampia distribuzione del patogeno lungo la penisola, ma bassa prevalenza all’interno delle popolazioni. Tuttavia, ho anche trovato una correlazione interessante tra l’assenza del patogeno e gli elevati livelli di variabilità genetica. Tale risultato potrebbe suggerire un ruolo della diversità genetica nel proteggere le popolazioni, come già osservato in altre specie, e fornisce utili informazioni per la valutazione di strategie di conservazione. Questa ricerca evidenzia la necessità di comprendere meglio i processi in grado di generare la diversità genetica delle popolazioni, in modo da poter valutare come il loro stesso potenziale evolutivo possa favorire la persistenza delle specie, a fronte del cambiamento globale attualmente in corso.