Ecologia e genetica di popolazione di Aethionema thomasianum J. Gay, specie rara delle Alpi Occidentali

Biodiversity represents one of the most valuable treasures of our planet, essential for maintaining ecological balance and ensuring human well-being. However, it is currently under severe threat, primarily due to human activities. In response to this crisis, conservation strategies have been developed in recent decades, which include not only legal protection and habitat preservation but also scientific studies aimed at deepening the understanding of threatened species. This thesis fits within this context, focusing on the study of Aethionema thomasianum J. Gay, a rare wild plant species considered vulnerable (VU) according to the national IUCN Red List. In Italy, its presence is limited to a few rare sites in the Western Alps, between Piedmont and the Aosta Valley, where it is strictly protected by regional legislation. The goal of this research is to expand knowledge on the distribution, ecology, and genetic structure of A. thomasianum populations in the Aosta Valley, using a multidisciplinary approach structured into three main phases: ecological and morphometric analysis of the populations; development and application of SSR (Simple Sequence Repeats) molecular markers for genetic characterization; and comparison between the genetic variability observed in nature and that preserved in the gene bank. Field investigations, conducted on over 200 individuals across five populations between the municipalities of Cogne and Aymavilles, led to the discovery of new sites in the Cogne Valley, contributing to updated knowledge of the species’ distribution. The analysis of ecological characteristics highlighted, for the first time, A. thomasianum’s preference for arid environments on mobile scree composed of calcareous schists, within an altitudinal range between 2,400 and 2,650 meters. From a genetic perspective, SSR markers were developed from NGS sequencing data. Eleven SSR loci were applied to 99 samples from all known Aosta Valley sites, as well as from French and Spanish populations used as outgroups. A total of 41 alleles were identified, from which key genetic diversity parameters (FIS, FST, FIT) and genetic distances between populations were calculated. The results showed overall low genetic diversity, but clear structure in the two distinct groups within the Cogne Valley, likely due to the presence of barriers to gene flow. The correspondence between genetic groups and geographic distribution suggests an evolutionary separation between the studied populations. This information is particularly relevant for defining effective ex-situ conservation strategies, ensuring the genetic representativeness of collected material. The analysis of an accession from the Aosta Valley gene bank also demonstrated that the preserved genetic variability aligns with that found in nature. Finally, placing the species within Grime’s CSR ecological model provided insights into its adaptive strategies, thus completing the ecological profile of A. thomasianum. In conclusion, this study represents an important first contribution to the knowledge of a vulnerable species. The results lay the foundation for future conservation actions, both in situ and ex situ, and highlight the need to extend research to the species’ entire range to assess its true conservation status at a global level.

La biodiversità rappresenta una delle ricchezze più preziose del nostro pianeta, essenziale per il mantenimento degli equilibri ecologici e per il benessere dell’umanità. Tuttavia, essa è oggi gravemente minacciata soprattutto a causa delle azioni dell’uomo. In risposta a questa crisi, negli ultimi decenni sono state sviluppate strategie di conservazione che prevedono, oltre alla tutela legale e alla protezione degli habitat, lo svolgimento di studi scientifici volti ad approfondire la conoscenza delle specie minacciate. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi, dedicato allo studio di Aethionema thomasianum J. Gay, una rara specie vegetale spontanea considerata vulnerabile (VU) secondo la Lista Rossa IUCN nazionale. In Italia, la sua presenza è limitata ad alcune rare stazioni delle Alpi Occidentali, tra Piemonte e Valle d’Aosta, dove è rigorosamente protetta dalla normativa regionale. L’obiettivo della ricerca è stato ampliare le conoscenze sulla distribuzione, l’ecologia e la struttura genetica delle popolazioni valdostane di A. thomasianum, adottando un approccio multidisciplinare articolato in tre fasi principali: analisi ecologica e morfometrica delle popolazioni; sviluppo e applicazione di marcatori molecolari SSR (Simple Sequence Repeats) per la caratterizzazione genetica; confronto tra la variabilità genetica osservata in natura e quella conservata in banca del germoplasma. Le indagini di campo, condotte su oltre 200 individui distribuiti in cinque popolazioni tra i comuni di Cogne e Aymavilles, hanno portato all’individuazione di nuove stazioni in Val di Cogne, contribuendo ad aggiornare le conoscenze sulla distribuzione della specie. L’analisi delle caratteristiche ecologiche ha evidenziato per la prima volta la preferenza di A. thomasianum per ambienti aridi su ghiaioni mobili di calcescisti, in un intervallo altitudinale compreso tra 2.400 e 2.650 m. Dal punto di vista genetico, sono stati sviluppati marcatori SSR a partire da dati di sequenziamento NGS. Undici loci SSR sono stati applicati a 99 campioni, provenienti da tutte le stazioni valdostane note, oltre che da popolazioni francesi e spagnole utilizzate come outgroup. Sono stati individuati 41 alleli, da cui sono stati calcolati i principali parametri di diversità genetica (FIS, FST, FIT) e le distanze genetiche tra popolazioni. I risultati hanno mostrato una diversità genetica complessivamente bassa, ma una chiara strutturazione in due gruppi distinti all’interno della Val di Cogne, probabilmente dovuta alla presenza di barriere al flusso genico. La corrispondenza tra i gruppi genetici e la distribuzione geografica suggerisce una separazione evolutiva tra le popolazioni studiate. Questa informazione è particolarmente rilevante per definire corrette strategie di conservazione ex-situ, garantendo la rappresentatività genetica del materiale raccolto. L’analisi di un’accessione della banca del germoplasma della Valle d’Aosta ha inoltre dimostrato che la variabilità genetica conservata è in linea con quella presente in natura. Infine, l’inquadramento della specie secondo il modello ecologico CSR di Grime ha permesso di approfondire le sue strategie adattative, completando così il quadro ecologico di A. thomasianum. In conclusione, questo studio rappresenta un primo importante contributo alla conoscenza di una specie vulnerabile. I risultati ottenuti pongono le basi per future azioni di conservazione, sia in situ che ex situ, e suggeriscono la necessità di estendere le ricerche all’intero areale della specie, per valutarne il reale stato di conservazione a livello globale.