Biotecnologie Industriali
INVASIONE DI IBRIDI DI
TAMERICI NEGLI USA: STUDI
GENETICI E CONSIDERAZIONI
ECOLOGICHE
Corso di Valutazione Rischio Ambientale
Studente: Sara Zanardi
CARATTERISTICHE DESCRITTIVE
TASSONOMIA
Famiglia: Tamaricaceae
Genere: Tamarix
Specie: circa 54
T.ramosissima (Cina,
Mongolia, Korea, Tibet,
India, sud Europa)
T.chinensis (Cina Mongolia
Giappone)
T.parviflora, gallica, aphylla
DISTRIBUZIONE DELLE
TAMERICI NEGLI USA
Negli USA le tamerici
sono comparse circa
200 anni fa, ma solo
agli metà del ‘900 ci si
accorse del loro potere
invasivo
Presenti nel Gran
Canyon National Park,
lungo le rive dei fiumi
Rio Grande e Colorado
DESCRIZIONE
MORFOLOGICA
Le tamerici sono arbusti
con rami sottili e foglie
squamiformi; la lamina
fogliare è
estremamente ridotta
al fine di limitare
perdite d’acqua
(ADATTAMENTI
XEROFITICI)
I fiori, ermafroditi,
sono di colore
rosa/bianco, riuniti
in densi racemi;
sono presenti tutto
l’anno, soprattutto
tra Aprile e Agosto
HABITAT
Ambienti umidi o
salmastri, nelle
zone ripariali,
costiere, ai bordi
dei fiumi, sulle rive
dei laghi (SALTCEDAR)
Facoltativa
freatofita
Tollera inondazioni,
stress salini e
termici
“INVASIVITA’”
600.000 ettari
CARATTERISTICHE
DELLA
PIANTA INVASIVA
CARATTERISTICHE
DELL’AMBIENTE
INVASO
AZIONE DELL’UOMO
CARATTERISTICHE DELLE
TAMERICI
SEMI
PROTEZIONE: produce capsule ovali nelle quali
racchiude i semi
QUANTITA’: 2.5 x 108 l’anno, 500.000 a
stagione
LEGGERISSIMI: 1 x 10-5g
DIFFUSIONE FACILITATA: provvisti di un
estroflessione all’estremità apicale di 2 mm
RESISTENZA: riescono a sopravvivere durante
l’inverno
GERMINAZIONE IN 24 h
MOLTEPLICI MODALITA’ DI RIPRODUZIONE:
ESOINCROCIO, AUTOIMPOLLINAZIONE, RIPROD.
VEGETATIVA
APPARATO RADICALE 6 miliardi di m3 d’acqua
l’anno
TOLLERANZA A STRESS SALINI E SUOLI
ALCALINI: concentra nelle foglie il 5-15% dei sali e,
quando cadono, rendono il terreno attorno ad esse
più salino
RICRESCONO VELOCEMENTE DOPO UN
INCENDIO
PIANTA LONGIVA
CARATTERISTICHE
DELL’AMBIENTE INVASO
Le altre piante non riescono a
raggiungere le falde in profondità e
non tollerano alte concentrazioni saline
Basso tasso di predazione (erbivoria)
AZIONE DELL’UOMO
Utilizzata come pianta ornamentale o per
proteggere le rive dall’erosione
Costruzione dighe
Conversione delle foreste ripariali native in
terreni per l’agricoltura
Creazione di aree ricche di sedimenti, sabbia,
ideali substrati per la loro colonizzazione
CAMBIAMENTO DEI NATURALI PROCESSI
IDROLOGICI
CONSEGUENZE
DELL’INVASIONE
1.
2.
3.
Danni economici
137 MILIARDI $l’anno, solo negli USA
(agricoltura, specie protette)
Perdite di 6 milioni di dollari l’anno,
nello stato dell’Oregon
Perdite di 42 milioni di dollari l’anno,
nel nord e sud Dakota e Montana
DANNI ECOLOGICI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Sostituisce e allontana le specie autoctone
che occupano habitat simili (PIOPPO,
SALICE, MESQUITE)
Aumenta la salinità del terreno rendendolo
inadatto alla crescita di altre piante
Rende l’habitat di basso valore
naturalistico
Aumenta la deposizione di sedimento
Aumenta l’incidenza di alluvioni
Riduce la popolazione di macroinvertebrati
acquatici
POSSIBILI SOLUZIONI
UTLIZZO DI PESTICIDI-ERBICIDI
Applicare IMAZAPYR e GLIFOSATO sulle foglie
Tagliare il fusto, sradicare con bulldozer o
incendiare per poi spruzzare l’erbicida
SCELTA EFFETTUATA IN BASE ALL’ESTENSIONE
DELL’AREA INTERESSATA E IN BASE
ALL’INTERESSE DELLA VEGETAZIONE PRESENTE
NELLA MEDESIMA ZONA
Ricerche del Dipartimento
dell’Agricoltura degli Stati Uniti
d’America
CONTROLLO BIOLOGICO
Nel 1989 selezionano, come
migliore candidato per
controllo biologico, lo
scarafaggio cinese Diorhabda
elongata deserticola
VANTAGGI:maggiore
specificità di target (specie
specifico), non nocivo, ampio
range geografico, adattabile
agli USA
E’ stato fatto uno studio per rilevare
se Diorhabda apportasse
conseguenze anche ad altre piante
come Myricaria, Franckenia.
E’ stato visto che le larve che hanno
completato il proprio ciclo vitale
hanno attaccato:
1. nel 67% Tamerix
2. Nel 12 % Mycaria
3. Nell’1.6% Frankenia
(2001, DeLoack et all.)
“HIBRID TAMARIX WIDESPREAD IN U.S.
INVASION AND UNDETECTED IN NATIVE
ASIAN RANGE”
L’introduzione di una specie in una nuova
regione può mettere a contatto specie che
prima erano geograficamente isolate
Nuove opportunità di incrocio: ibridazione
Formazione di nuovi genotipi (NEW HYBRID
TAXA) con alta fitness nell’habitat invaso e
perdita di suscettibilità verso i predatori dei
genotipi parentali
Obiettivi
1.
2.
Capire l’identità e l’origine delle popolazioni
invasive
Individuare il numero di genotipi e aplotipi di
tamerici che sono presenti negli USA
3. Costruire “genealogie geniche” che dimostrino
le relazioni mutazionali degli alleli esistenti
AL FINE DI PROGETTARE STRATEGIE EFFICACI E
SPECIFICHE
PER IL CONTROLLO DELL’INVASIONE
FENOTIPO: Le diversità morfologiche
tra specie spesso non sono sufficienti
per la loro certa identificazione
tassonomica
GENE LEVEL: E’ nata l’esigenza di
affrontare l’invasione dal punto di vista
genetico-molecolare ( R. J.Petit, 2004)
ANALISI MOLECOLARI DEI GENOMI
DI PIANTE AUTOCTONE E INVASIVE
Alloenzimi, RAPSs e AFLPs
Purtroppo la bassa quantità di
popolazioni di piante invasive
studiate, gli scarsi livelli di
ibridazione dei markers, tempi
lunghi e i costi hanno portato ad
abbandonare queste tecniche
MATERIALI E METODI
Campioni: 269, di cui 155 provenienti da
popolazioni dell’ovest degli USA e 114 da
popolazioni native in Eurasia (1-8 individui
per popolazione)
Primer disegnati usando sequenze codificanti
da piante coltivate dell’ordine Caryophillales
(es. spinaci, garofano)
PPCL1 5’ GTCCCTAAGTTTCTGCGTCG 3’
PPCL2 5’ CTTCAGGTGTTACTCTTGGG 3’
Amplificazione del 4°introne del gene
nucleare fosfoenolpiruvato carbossilasi PepC
CONDIZIONI DI PCR:
2’ 95°C - 30 cicli; 1’ 95°C; 1’ 50°C; 2’ 72°C ; 5’ 32°C
• Purificazione prodotti e elettroforesi in gel d’agarosio
• Sequenziamento in due direzioni
• Clonazione alleli PepC da una varietà di individui
eterozigoti e loro sequenziamento
• Digestione con EcoRI e HindIII per determinare il
numero di copie del 4° introne di PepC nel genoma
•Southern-blot e ibridazione usando frammenti marcati
del 4° introne di PepC.
RISULTATI
Regione del DNA sequenziata è lunga circa 900 basi e contiene
144 siti variabili nelle specie analizzate
57% degli individui analizzati sono eterozigoti, e gli alleli di 30
individui eterozigoti clonati combaciano in tutti i casi
L’analisi Southern dell’introne PepC ha mostrato solo un singolo
frammento per entrambe le specie, perché è in singola o basso
numero di copie
58 aplotipi in totale trovati nei 269 individui (538 alleli)
Tutte le popolazioni, eccetto uno in Cina, avevano più di 1
aplotipo rappresentato, e qualcuna aveva fino a 11 differenti
aplotipi in 6 piante.
Usati gli aplotipi per costruire la genealogia e le relazioni
mutazionali tra gli aplotipi.
12 dei 58 aplotipi USA (20,6%) comparabili con i 50
aplotipi Eurasia (86,2%)
4 aplotipi sia in Eurasia che USA (6,9%)
8 aplotipi solo in USA
Trovato un totale di 80 combinazioni genotipiche di cui:
• 56 (70%) esclusive dell’Eurasia
• 20 (25%) esclusive degli USA
• 4 (5%) comuni a entrambi i territori.
I livelli di eterozigosi variano intrinsecamente tra le 2
specie nelle aree native
Rilevate 54 diverse combinazioni genotipiche per 81
specie di T. ramosissima in Asia, di cui il 76,3% è
eterozigote; 2 genotipi in 29 specie di T. chinensis in
Asia e solo il 6,6% è eterozigote
Questi dati rispecchiano le osservazioni fatte nel 19°
secolo sul fatto che T. chienensis in Cina era coltivata
estensivamente e si trovava raramente selvatica
Nell’area Euroasiatica le combinazioni genotipiche più
comuni sono 1/1 e 2/2 ed appartengono rispettivamente
a T. ramosissima e T. chinensis; e negli USA questi
genotipi sono i 2° e 3° più comuni.
Negli USA il più comune è 1/2 (ibrido T. ramosissima e
T.chinensis), non riscontrato in Eurasia
In Asia non sono conosciute barriere fisiche tra le due
specie e negli USA hanno trovato i 2 genotipi (1/1) e (2/2),
entrambi in 5 popolazioni che crescevano a 2 m di distanza
Aplotipo 12 è il 3° più comune negli USA e differisce
dall’aplotipo 1 per 14 mutazioni. Trovato solo in una pianta
omozigote in Eurasia (12/12) in Azerbaijan
Genotipo 2/12 trovato solo negli USA, può essere un altro
nuovo ibrido (molto raro) i cui nativi provengono da 2 aree
diverse (Cina e Azerbaijan)
Aplotipo 7 è l’unico comune in Eurasia e USA Differisce
dall’1 per 15 mutazioni ed è stato trovato solo in una
popolazione negli Usa (Idaho) e in 3 Eurasia (Georgia,
Turkmenistan, Kazakstan).
C’è una piccola regione nativa in cui sono stati rilevati tutti
gli aplotipi di T. ramosissima (Georgia e Azerbaijan).
E’stato possibile solo in parte identificare le aree native
dei genotipi invasivi che hanno avuto applicazioni
pratiche del controllo biologico, perché era necessario un
maggior numero di campioni.
Aplotipi 51, 53 e 55 trovati negli USA per T.ramosissima e T.
chinensis derivano da altre specie invasive (T. Gallica e T.
parviflora) che sono native del mediterraneo (ovest). Sono
geneticamente distanti dall’aplotipo 1 e sono stati trovati negli
USA in combinazione con gli aplotipi più comuni 1 e 2. Questo
è stato reso possibile dagli spostamenti e dalle coltivazioni
degli uomini che hanno avvicinato le specie.
Aplotipi 50, 54, 56 e 57 trovati negli USA sono distanti
geneticamente dall’aplotipo 1 di T. ramosissima. Si sono
originati da altre specie perché non sono stati rilevati nell’area
nativa di T. ramosissima e T. chinensis.
CONCLUSIONI
Trovata un scarsissima presenza di ibridi nelle regioni native
Euro-asiatiche e al contrario un’estesa ibridazione tra le 2
specie invasive T. ramosissima e T. chinensis
Il genotipo più comune è 1/2, che rappresenta un ibrido T.
chinensis X T. ramosissima
Una minore presenza di ibridi è rappresentata dalle
combinazioni di T. ramosissima e T. chinensis con T.
parviflora e T. gallica.
Il controllo biologico ha mostrato alti livelli di specificità per
l’ospite, come risultati di molti anni di evoluzione.
Gli ibridi, dopo 200 anni di evoluzione, non hanno
ancora mostrato specificità genotipica di predatori;
per questo è stato proposto un controllo utilizzando gli
insetti specifici per le specie native. Purtroppo però la
presenza di nuovi ibridi può aver influenzato i risultati.
L’analisi di sequenze altamente variabili del DNA ha
consentito di capire la diversità, la distribuzione e le
relazioni mutazionali nelle regioni native e in quelle
invase e ha reso possibile ottenere informazioni
sull’origine e la storia delle recenti invasioni di T.
ramosissima e T. chinensis.
La continua introduzione di specie alloctone
negli ambienti porta col tempo alla
formazione di nuovi genotipi, all’alterazione
genotipica delle popolazioni e quindi alla
distruzione/perturbazione degli ecosistemi
naturali originari.
SPUNTI PER LA
DISCUSSIONE
Il cambiamento del patrimono genetico, la
formazione di ibridi è sempre un problema?
Dato che la biodiversità è minacciata: è possibile
arginare un’invasione?
Vale la pena mantenere in una banca del
germoplasma il genoma delle specie native di ogni
area a rischio?
E’ necessaria una regolamentazione?e per le
strategie di controllo?
Una pianta che subisce riarrangiamento genico
“naturale” è equivalente ad una pianta OGM?
CONSIDERAZIONI
BIOTECNOLOGICHE
Studiare il patrimonio genetico delle
tamerici(cercando i geni responsabili delle
caratteristiche peculiari delle tamerici, che la
rendono invasiva es.gene della dormienza,gene per
la germinazione immediata, produzione massiccia di
semi) per avere informazioni di base per applicazioni
biotecnologiche(trasferimento in altre piante per
aumento della produttività?miglioramento genetico
piante agrarie)
Si può controllare in modo genetico l’invasività?
Bloccare certi geni: ma come si fa a trasformare tutte
le tamerici?capovolgimento dello scopo di
sempre(per le altre piante si vorrebbe che il
transgene non si diffondesse mentre qua si
vorrebbe che si trasformassero tutte le tamerici!!)
…C’E’ CHI NON HA MAI CONSIDERATO LE TAMERICI UNA
PIANTA INVASIVA, MA SOLO UN ARBUSTO CHE DECORA IL
PAESAGGIO…
LA PIOGGIA NEL PINETO
GABRIELE D’ANNUNZIO
Taci. Su le soglie
del bosco non odo
parole che dici
umane; ma odo parole più
nuove
che parlano gocciole e foglie
lontane.
Ascolta. Piove
dalle nuvole sparse.
Piove su le tamerici
salmastre ed arse,
piove su i pini
scagliosi ed irti,
piove sui mirti
divini,
su le ginestre fulgenti
di fiori accolti,
su i ginepri folti
di coccole aulenti,
piove su i nostri volti
silvani,
piove su le nostre mani
ignude,
su i nostri vestimenti
leggieri,
su i freschi pensieri
che l'anima schiude
novella,
su la favola bella
che ieri
t'illuse, che oggi m'illude,
o Ermione….
