Chemotassonomia e attività biologica degli oli essenziali di taxa del genere Thymus.

High taxonomic confusion associated with low morphological disparity makes the genus Thymus an ideal model system to study chemical profiles to resolve taxonomic status. Furthermore, the genus contains species that have chemicals that can be phytotoxic (harmful to plants), which can prove useful for developing as natural herbicides. During my PhD program, I characterized the chemical constituents of essential oils from different taxa of the Thymus genus and used chemotaxonomic markers to resolve the taxonomic confusion. The analysis of the chemical components of essential oils was carried out using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC/FID, GC/MS) in multiple different taxa: T. longicaulis C. Presl subsp. longicaulis; T. paronychioides Celak., T. praecox Opiz subsp. parvulus (Lojac.) Bartolucci, Peruzzi & N.G. Passal., T. spinulosus Ten., T. richardii Pers. subsp. nitidus (Guss.) Jalas, T. striatus Vahl subsp. striatus, T. vulgaris L. subsp. vulgaris, Thymus sp. To quantify both the intra and interspecific similarity of chemical components, we conducted a cluster analysis using UPGMA (Unweighted pair method using arithmetic averages) based on Euclidean distances. My research also focused on evaluating the biological activity of Thymus essential oils, in vitro and in vivo, against the germination, survival, and growth of weeds for their potential use as bio-herbicides. To do so, I performed phytotoxicity assays on a range of taxa (Amaranthus blitum L., Amaranthus retroflexus L., Portulaca oleracea s.l., Avena fatua L., Echinocloa crus-galli (L.) P. Beauv. e Lepidium sativum L.) by evaluating the effect of essential oils in vitro, on seeds and seedlings, calculating the percentages of germination inhibition (GI%) and phytotoxicity. I then tested the effects in vivo by estimating phytotoxicity on plant tissue using a scale of values related to the degree of damage suffered. Overall, the chemical characterization of essential oils showed intra and interspecific variability, and contributed to consolidating the taxonomic relationships among the taxa within Sicily. The phytotoxicity assays exhibited a significant inhibiting action of the essential oils of T. longicaulis subsp. longicaulis, T. praecox subsp. parvulus, T. spinulosus and T. vulgaris subsp. vulgaris. Results from my dissertation showed that differences in chemical composition of aromatic species can resolve difficult taxonomic scenarios. I characterized the essential oils that can be used as bioherbicide agents in several species, which will be interesting for practical applications in agronomy.

Il lavoro di ricerca prende spunto dalle problematiche tassonomiche inerenti al genere Thymus correlate alla notevole variabilità dei tratti morfologici spesso non sufficientemente discriminanti. Lo studio ha riguardato la caratterizzazione dei componenti chimici degli oli essenziali di differenti taxa del genere Thymus, quali validi marcatori chemotassonomici, per contribuire all identificazione delle entità indagate. La ricerca è stata finalizzata anche alla valutazione dell attività biologica, in vitro e in vivo, degli oli essenziali di Thymus su germinazione, sopravvivenza e crescita di diverse specie infestanti, per un loro potenziale impiego come bio-erbicidi. L analisi dei componenti chimici degli oli essenziali è stata condotta utilizzando la gas cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GC/FID, GC/MS), in differenti taxa del genere Thymus: T. longicaulis C. Presl subsp. longicaulis; T. paronychioides Celak., T. praecox Opiz subsp. parvulus (Lojac.) Bartolucci, Peruzzi & N.G. Passal., T. spinulosus Ten., T. richardii Pers. subsp. nitidus (Guss.) Jalas, T. striatus Vahl subsp. striatus, T. vulgaris L. subsp. vulgaris, Thymus. sp. Per il confronto in termini composizionali tra i taxa, a livello intra ed interspecifico, è stata applicata l analisi cluster con il metodo agglomerativo UPGMA (Unweighted pair group method using arithmetic averages), basato su distanze Euclidee. I saggi di fitotossicità sono stati realizzati, in vitro e in vivo, su differenti specie target (Amaranthus blitum L., Amaranthus retroflexus L., Portulaca oleracea s.l., Avena fatua L., Echinocloa crus-galli (L.) P. Beauv. e Lepidium sativum L.) impiegando oli essenziali di Thymus tal quali, nanoemulsionati con diverse sostanze naturali (es. gomma arabica e proteine del siero del latte) o microincapsulati in particelle di zeina. L effetto in vitro degli oli essenziali è stato stimato calcolando le percentuali di inibizione della germinazione (GI%) e di fitotossicità. L azione erbicida, in vivo, è stata valutata adottando una scala di valori che commisura il grado di danneggiamento delle piante. La caratterizzazione chimica degli oli essenziali ha evidenziato una variabilità intra e interspecifica tra i taxa indagati e ha contribuito a consolidare e ampliare, per le entità distribuite in Sicilia, le relative conoscenze tassonomiche. I saggi di fitotossicità hanno evidenziato una significativa azione inibente degli oli essenziali di T. longicaulis subsp. longicaulis e T. praecox subsp. parvulus, T. spinulosus, T. vulgaris subsp. vulgaris. Essi, si configurano, quindi, potenzialmente interessanti per applicazioni in ambito agronomico.