Descrizione della commessa "Evoluzione ed analisi della diversità genetica delle risorse naturali e forestali (AG.P01.019)"

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  • Descrizione della commessa "Evoluzione ed analisi della diversità genetica delle risorse naturali e forestali (AG.P01.019)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I risultati acquisiti in questa commessa consentiranno alla comunità scientifica una migliore comprensione dell'importanza della diversità genetica nella gestione sostenibile degli ecosistemi naturali, e di come questa variazione sia strutturata in natura e possa rispondere al cambiamento globale. Inoltre, permetteranno di produrre una serie di indicatori e linee guida per la gestione degli ecosistemi e delle risorse naturali suscettibili di forti pressioni selettive a causa del cambiamento climatico, nonché di strumenti molecolari per il monitoraggio della variazione adattativa in popolamenti naturali, ad uso di operatori ecologici e gestionali. In particolare, verranno fornite linee guida per l'identificazione di requisiti minimi per selezionare popolamenti ed ecosistemi naturali/forestali che possano rappresentare unità di conservazione a livello europeo. I risultati potranno essere di grande utilità per gli enti locali nella gestione e conservazione della biodiversità (in aree protette, parchi, riserve naturali), per la certificazione dell'origine del materiale di propagazione e per la selezione del materiale per la forestazione, in grado di adattarsi all'evoluzione del clima (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le attività di ricerca di questa commessa possono essere ricondotte principalmente alla tematica volta ad indagare le basi molecolari dell'adattamento di ecosistemi naturali e forestali ai cambiamenti tematici utilizzando approcci innovativi ad alta processività propri della genomica. L'approccio principale prevede azioni coordinate che coinvolgono competenze sull'ecologia del territorio, la modellizzazione e la genetica di popolazione per: 1. analizzare dati GIS esistenti e generarne di nuovi, combinando dati ambientali e molecolari, questi ultimi usando approcci ad alta processività e di ultima generazione tipici della genomica, per realizzare studi di landscape genetics 2. eseguire analisi per stimare il ruolo della demografia e della selezione sulla distribuzione della diversità 3. verificare l'applicabilità e l'efficienza dei metodi statistici di analisi disponibili per stimare la struttura genetica con i dati molecolari e svilupparne di nuovi 4. verificare le ipotesi alla base delle dinamiche spazio-temporali della biodiversità 5. fornire linee guida per la conservazione della diversità genetica e il monitoraggio della variazione della diversità nello spazio e nel tempo. (literal)
Competenze
  • I partecipanti a questa commessa hanno lunga esperienza nello sviluppo e nell'uso di marcatori molecolari in specie naturali/forestali. Numerosi studi sono stati condotti su importanti aspetti di genetica di popolazione e di conservazione. Le ricerche hanno riguardato la variabilità genetica rilevata con marcatori a DNA per descrivere i processi riproduttivi, la variazione geografica, la struttura genetica spaziale, e per comprendere la storia evolutiva, i processi migratori e le basi molecolari dell'adattamento. I partecipanti hanno sviluppato e ottimizzato diversi metodi di analisi molecolare. Tutte le tecniche per l'analisi di marcatori a DNA sono state automatizzate e ottimizzate nei vari laboratori. Il gruppo possiede inoltre solida esperienza nell'analisi statistica dei dati genetici, inclusa quella Bayesiana. Il gruppo è coinvolto in collaborazioni con diverse unità di ricerca internazionali nell'ambito di progetti finanziati dall'UE. Il gruppo di ricerca si avvale inoltre della collaborazione con numerose piattaforme biotecnologiche di genomica e fenomica. Le competenze dei partecipanti è testimoniata dalla rilevante produzione di pubblicazioni in riviste internazionali. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le informazioni derivanti dal sequenziamento, la comparazione tra diverse popolazioni, la caratterizzazione di geni e di varianti alleliche per geni associati a caratteri legati all'adattamento saranno molto utili per avviare programmi di miglioramento genetico per caratteristiche di pregio delle specie incluse in questa commessa. Sarà possibile sviluppare nuove piattaforme più efficienti di diagnostica da offrire al settore vivaistico forestale utili per certificare, tramite sequenziamento di nuova generazione e genotipizzazione di marcatori selezionati, l'origine delle popolazioni, del materiale di propagazione e del legno, e dei prodotti alimentari. I marcatori molecolari che deriveranno dallo studio delle variazioni di sequenza potranno essere utilizzati in programmi di miglioramento assistito, per caratteri legati all'adattamento e alla produzione. Il lavoro di sequenziamento permetterà di identificare anche geni strutturali e regolatori coinvolti nella produzione di metaboliti secondari ad alto valore salutistico (e.g. il taxolo); queste informazioni potranno facilitare il miglioramento delle specie di interesse attraverso la selezione di varianti alleliche funzionali. (literal)
Obiettivi
  • Obiettivo primario è quello di monitorare la diversità genetica neutrale ed adattativa, di descrivere la dinamica spazio-temporale della diversità in relazioni a fattori di disturbo legati ai cambiamenti climatici, al fine di formulare linee guida per la conservazione della biodiversità adattativa. Si prevede di usare dati genetici già disponibili, raccolti nell'ambito di progetti EU, di produrne di nuovi utilizzando approcci genomici di nuova generazione e di applicare metodi di analisi statistica innovativi per: -Descrivere la struttura genetica delle popolazioni a diverse scale spaziali, valutare il ruolo della demografia e della selezione su di essa -Rilevare i profili di evoluzione non-neutrale combinando i test di neutralità di nuova generazione e le correlazioni con dati ambientali -Valutare l'impatto dell'introduzione di specie non-locali (ibridazione) e quantificare quello dei cambiamenti di uso del territorio (frammentazione) -Studiare l'impatto della riduzione di ricchezza delle specie e delle diversità degli individui all'interno delle popolazioni sul potenziale adattativo -Definire associazioni tra marcatori molecolari, caratteri adattativi e parametri ambientali. (literal)
Stato dell'arte
  • Il cambiamento climatico in corso avrà un forte impatto sugli ecosistemi forestali. I tassi di migrazione degli alberi forestali (<100 m/anno) sono molto lontani da quelli necessari (3000 m/anno) per far fronte al futuro riscaldamento del clima. Mentre gli effetti della variazione climatica di breve periodo possono essere tamponati se c'è sufficiente plasticità, far fronte a quelli di lungo periodo richiede adattamento. La capacità di adattamento delle popolazioni alle condizioni locali dipende dalla variabilità genetica esistente e da come questa è distribuita fra ed entro le specie. I profili di variazione genetica spaziale riflettono il modo in cui gli organismi si muovono nel territorio e si adattano localmente. La landscape genetics è una disciplina che permette di descrivere il ruolo delle caratteristiche del territorio sulla dinamica spazio-temporale delle popolazioni e la distribuzione della variabilità genetica. Poiché i modi tradizionali di stimare la connettività tra popolazioni non integrano le caratteristiche del territorio, la landscape genetics costituisce un approccio efficiente per studiare l'impatto delle variabili del territorio sulla dispersione e l'adattamento. (literal)
Tecniche di indagine
  • L'attività nell'ambito di questa commessa trarrà giovamento dalla stipula di alcune convenzioni con piattaforme Biotecnologiche Nazionali. In particolare, la convenzione stipulata con l'Istituto di Genomica Applicata (IGA) di Udine permette di usufruire di servizi di sequenziamento e di genotipizzazione di ultima generazione a costi sostenibili, e di analisi bionformatica, oltre a garantire un importante scambio culturale. L'IBBR dispone di strumentazione di base sufficiente ma è purtroppo carente in strumentazione high throughput, oggi necessaria per poter sostenere progetti internazionali e competere a livello internazionale. Recentemente ha comunque acquisito un sequenziatore automatico ION Torrent, grazie ad un finanziamento della Regione Toscana. Le collaborazioni scientifiche in atto nell'ambito di progetti europei permettono di usufruire di strumentazione e di software (ad es. pipelines per l'analisi di dati di sequenza), disponibili presso i laboratori dell'INRA (Francia) e dell'INIA (Spagna), nonchè di arrays per la genotipizzazione di SNPs. Si prevede di usufruire di servizi esterni per il sequenziamento, la genotipizzazione e la fenotipizzazione. (literal)
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