Impiego di tecniche innovative per la valorizzazione e caratterizzazione molecolare di specie vegetali ornamentali

The objective of this work was to assess the ability of the DNA barcoding approach to identify different taxonomic groups from two flowering plant collections: the most relevant commercial taxa, from nursery production, and Mediterranean plants with ornamental attitude, for new introduction. The DNA barcoding analysis by core markers, rbcL and matK, were adopted as a first identification step, carried out on 100 taxa belonging to 20 families. A third marker, the intergenic spacer trnH-psbA, was also tested, on 74 taxa, when the core markers shown some efforts. DNA barcode fragments were recovered from almost the total taxa investigated (98%). The rbcL gene was the most recovered fragment, on 96 taxa and matK gene on 78. The trnH-psbA fragment was recovered on 62 taxa . In this application, sixty-one taxa overall (61%) were totally resolved at the specific or subspecific level, by at least one of the three markers. The matK and rbcL locus respectively resolved 44% and 35% of the taxa successfully sequenced. The core markers in multilocus approach led to the discrimination of a total of 49% taxa, increasing the taxa number resolved in single locus. The trnH-psbA was able to discriminate 52% of taxa analysed and resulting determinant in the discrimination of 14 taxa. Four families, including the major number of taxa (Arecaeae, Fabaceae, Euphorbiaceae, Asteraceae), were evaluated in terms of genetic distance (K2P % value). Between the core markers, matK expressed the highest genetic distance, from 1,5% to 6,4%, against a range of 0,7% -2,1% of rbcL gene, confirming its superior level of species resolution. However, comparing the high technical performance of the rbcL gene, the use of the core markers appeared a good compromise between PCR, sequencing success and species-level resolution. The results also suggest the implementation of the trnH-psbA marker suitable in order to increase the success. A multilocus approach by further markers need to be addressed for different taxonomic groups, by the validation of additional markers or different primer combinations, particularly for matK, in order to increase the identification success. Despite the evidence of cryptic groups, this result confirms the potential of the barcoding approach for quick identification of unknown and heterogeneous plant groups. This work also highlights the importance to generate a dedicated reference dataset of the most relevant ornamental flora, helpful in solving taxonomic controversial and supporting commercial traceability by the chance to develop specific optical card associated to each plant on the market.

L'obiettivo di questo lavoro è stato quello di valutare la capacità dell approccio DNA barcoding per identificare diversi gruppi tassonomici da due collezioni di piante da fiore: taxa commerciali più rilevanti, provenienti dalla produzione in vivaio e piante autoctone mediterranee con atteggiamento ornamentale per nuova introduzione. L analisi del DNA barcoding dei core markers, rbcL e matK, è stato adottato come primo passo per l identificazione di 100 taxa appartenenti a 20 famiglie. Un terzo marcatore, la regione intergenica trnH-psbA, è stato anche testato su 74 taxa, dove i core markers indicati hanno presentato difficoltà. Sequenze di DNA barcode sono state recuperate sulla quasi totalità dei taxa investigati (98%). Le sequenze del gene rbcL sono state quelle più recuperate su 96 taxa e matK su 78. Le sequenze trnH-psbA sono state recuperate su 62 taxa. In questo studio 61 taxa complessivamente (61%) sono stati risolti totalmente a livello specifico o subspecifico, da almeno uno dei tre marcatori. I loci matK e rbcL hanno risolto rispettivamente il 44% e 35% dei taxa sequenziati con successo. I core markers in approccio multilocus hanno portato alla risoluzione del 49% dei taxa, incrementando il numero dei taxa risolti per singolo locus. Il trnH-psbA è stato in grado di discriminare il 52% dei taxa analizzati e risultando determinante nella discriminazione di 14 taxa. Quattro famiglie che includono il maggior numero di taxa (Arecaeae, Fabaceae, Euphorbiaceae, Asteraceae), sono stati valutati in termini di distanza genetica (K2P%). Tra i core markers, matK ha espresso la più alta distanza genetica, da 1,5% a 6,4%, contro un range di 0,7-2,1% di rbcL, confermando il suo superiore livello di risoluzione di specie. Tuttavia, tenendo conto delle alte performance tecniche del marcatore rbcL, l uso dei core markers appare un buon compromesso tra PCR, successo di sequenziamento e risoluzione a livello di specie. I risultati suggeriscono anche l utilizzo di trnH-psbA per incrementare i successi. Un approccio multilocus con ulteriori marcatori necessita di essere affrontato per diversi gruppi tassonomici, mediante la validazione di markers addizionali o le differenti combinazioni di primer, in particolare per matK, par aumentare i successi di identificazione. Nonostante l evidenza di gruppi criptici, i risultati confermano il potenziale dell approccio barcoding per una rapida identificazione di sconosciuti ed eterogenei gruppi di piante. Questo lavoro mette in evidenza anche l importanza di generare un dataset più ampio di riferimento per la flora ornamentale, utile per risolvere le controversie tassonomiche e sostenere la tracciabilità commerciale mediante specifiche schede ottiche associate ad ogni pianta sul mercato.