Aspetti genetici e necessità di conservazione delle

Schema della presentazione
•Genetica di conservazione
•(Accenni ai) metodi dell’indagine genetica
•Trota marmorata
- progetti di conservazione (alcuni es.)
- fenotipo ‘contro’ genotipo
- riproduzione artificiale contro naturale
•Temolo
•Trota fario (adriatica)
Genetica di Conservazione
(Biodiversità)
Utilizzo e applicazione dei principi e delle
conoscenze della genetica alla conservazione
della biodiversità
1.
Quali sono le unità che devono (‘meritano di’) essere conservate?
(specie, sottospecie, popolazioni, … ?)
2.
In che modo i fattori genetici influenzano la vitalità e il rischio di
estinzione delle popolazioni?
(ad es., inincrocio, esoincrocio, …)
3.
Quanta variazione genetica è disponibile (e necessaria) nelle specie
(popolazioni, …) a rischio per l’adattamento a futuri cambiamenti
ambientali?
Perdita di
diversità
genetica
La perdita di diversità (particolarmente nelle popolazioni piccole) riduce
la capacità di evolvere in risposta ai cambiamenti ambientali. Ci
sono 2 principali livelli di pericolo per la diversità genetica:
1. Estinzione di populazioni e specie
2. Estinzione di alleli (varianti genetiche entro specie o popolazione)
La genetica di conservazione si occupa dei fattori genetici che hanno un effetto sul rischio di estinzione (locale
o globale) e degli strumenti di gestione genetica necessari per minimizzare tale rischio.
Un taxon — l’unità di base della tassonomia — è una semplice ipotesi, non
un’evidenza o un ‘fatto’. (…)
I tassonomi continuamente filtrano ampie serie di osservazioni attraverso la
propria ampia base di conoscenze per decidere che un certo gruppo di
individui o un determinato insieme di taxa precedentemente definiti
costitiiscono un nuovo taxon. Inevitabilmente, un altro tassonomo,
utilizzando la stessa base di conoscenze, può arrivare in modo altrettanto
valido a conclusioni sostanzialmente differenti, è può essere quindi
necessario un lungo periodo di tempo per valutare le ipotesi alternative e
arrivare a un consenso (esso stesso soggetto a futuri cambiamenti e
aggiustamenti). (Thiele, K. and Yeates, D. 2002. Nature 419:337)
Esempio: Trota fario ‘Adriatica’
Salmo cenerinus
Kottelat & Freyhof 2007
alias
Salmo farioides
Bianco & Delmastro 2011
alias
Salmo (trutta) macrostigma
Gandolfi et al. 1991
ESU e MU
Evolutionary Significant Unit (ESU):
Unità evolutivamente significativa
“una popolazione o un insieme di popolazioni conspecifiche con una
storia evolutiva di lungo termine distinta e sostanzialmente separata da
quella di altre unità analoghe”
Termini alternativi possibili: “sottospecie riconosciuta” o “filogruppo
intraspecifico”
Management Unit (MU):
Unità gestionale
Da un punto di vista ‘Demografico’: “qualunque popolazione
autenticamente autonoma (senza migrazione) dalle altre”
Da un punto di vista ‘Genetico’: “una popolazione identificabile sulla
base di significative differenze genetiche”
Background
Trota fario
L’ittiofauna d’acqua dolce dell’Adriatico Settentrionale fortemente
impattata dall’introduzione di esotici
Le introduzioni possono portare a
introgressione genetica e quindi
influenzare negativamente le specie
native
Trota marmorata
Esiste una lunga tradizione di
immissione, ma ogni specie ha una
propria storia particolare
Carpione del Garda
Temolo
Barbo padano
(photographs: Fisheries Department
of Bolzano, Italy; Project ABaTe)
Il problema delle introduzioni
La storia di introduzione delle
diverse specie è differente sia in
termini di durata che di intensità
La pressione di semina non è sempre
la stessa in termini spaziali –
presenza di ‘stocking-hot-spots’
2020
2010
2000
1990
1980
1970
1960
1950
1940
1930
1920
1910
1900
Barbo europeo
Temolo Europeo
Trota marmorata + ibridi
Trota fario
Contatto secondario (mediato dall’uomo)
Possibili scenari di introgressione
+
Nessuna introgressione Introgressione limitata
‘Sciame ibrido’
Picture modified from Meraner et al., 2008. CompBiochPhysD
Nulla è semplice
metodi
Lunghezza
Peso
Livrea
• Marmorata
X
• Fario
• Ibrido (M1, M2,
M3)
Scaglie
• Determinazione delle classi di età
Y
• Struttura demografica delle
popolazioni
Foto
Z
[
\
• Analisi morfometrica
• Analisi meristica
Tessuto
• Prelievo tessuto da pinna caudale
(dopo anestesia)
• Analisi genetica
Campionamento
(non invasivo)
Estrazione del DNA
DNA
genomico
DNA
amplificato
Elettroforesi
capillare
158
Elettroferogramma
154
154
160
158
156
taglia allelica
metodi
[
Regione di controllo D-loop (mtDNA):
Individuazione di polimorfismi specifici (SNPs) per le diverse linee evolutive
(ad es. atlantica e marmorata).
Linea atlantica
Linea marmorata
400-bp
300-bp
\
marcatori microsatellite (nDNA):
Loci nucleari costituiti da sequenze ripetute di 2-4 basi che presentano differenze tra
individui della stessa specie per il numero di ripetizioni
Alcuni dei marcatori molecolari
utilizzabili ...
RFLP
ASH
ASO
CAS
ARMS
GBA
OLA
SNP
AFLP
ASLP
SAMPL
AP-PCR
RAPD
ASAP
CAPS
DAF
SCAR
SPLAT
SSCP
DGGE
TGGE
(restriction fragment length polymorphism)
(allele-specific hybridisation)
(allele specific oligonucleotide)
(coupled amplification and sequencing)
(amplification refractory mutation system)
(genetic bit analysis)
(oligonucleotide ligation assay)
(single nucleotide polymorphism)
(amplified fragment length polymorphism)
(amplified sequence length polymorphism)
(selective amplification of polymorphic loci)
(arbitrarily primed PCR)
(random amplified polymorphic DNA)
(arbitrary signatures from amplification)
(cleaved amplified polymorphic sequence)
(DNA amplification fingerprint)
(sequence characterised amplified regions)
(single polymorphic amplification test)
(single strand conformation polymorphism)
(denaturing gradient gel electrophoresis)
(thermal gradient gel electrophoresis)
STS
REF
REMAP
(sequence- tagged- site)
(restriction endonuclease fingerprinting)
(retrotransposon-microsatellite
amplifiedpolymorphism)
IRAP
(inter-retrotransposon amplified polymorphism)
RBIP
(retrotransposon-based insertion
polymorphisms)
S-SAP
(sequence-specific amplification
polymorphisms)
STMS
(sequence- tagged microsatellite site)
SSLP
(simple sequence length polymorphism)
RAMPs (random amplified microsatellite polymorphisms)
RAMPO (randomly amplified microsatellite
polymorphisms)
RAHM
(randomly amplified hybridizing microsatellites)
RAMS
(randomly amplified microsatellites)
MP-PCR (microsatellite-primed PCR)
SPAR
(single primer amplification reactions)
ISSR
(inter-simple sequence repeats)
ISTR
(inverse sequence-tagged repeats)
VNTR
(variable number tandem repeats)
…
…
Il sistema di marcatori
“Ideali”
Elevato livello di polimorfismo
Codominanza
Designazione degli alleli non ambigua
Distribuzione casuale nel genoma
Selettivamente neutrale
Analisi facile e rapida (possibilmente automatzzata)
Elevata riproducibilità
Possibilità di scambio di dati tra laboratori
Sviluppo e analisi a costi contenuti
Analisi non distruttive
Non tutti I marcatori molecolari sono uguali.
Nessuno è ideale.
Alcuni sono meglio di altri per determinati scopi.
Hierarchical level
Clonality
Parentage
Populations
Related species
Deeper evolutionary history
DNA fingerprinting
Minisatellites Microsatellites
***
***
*
***
**
*
-
DNA sequencing
mtDNA Nuclear genes
***
***
*
**
***
Ereditabilità dei caratteri genetici
- Marcatori Mitocondriali
- Marcatori Nucleari
♀
(ovvero trasmissione dei marcatori)
Mitocondriali e Nucleari
nDNA mtDNA
nDNA mtDNA
♂
nDNA mtDNA
Ereditabilità dei caratteri genetici
- Marcatori Mitocondriali
- Marcatori Nucleari
♀
Mitocondriali e Nucleari
A
♂
A
♀
B
♂
(ovvero trasmissione dei marcatori)
B
A
Individuo puro - linea A
B
Individuo puro - linea B
Ereditabilità dei caratteri genetici
- Marcatori Mitocondriali
- Marcatori Nucleari
♀
Mitocondriali e Nucleari
A
♂
B
♀
B
♂
(ovvero trasmissione dei marcatori)
A
A
Individuo (puro?) linea A
B
Individuo (puro?) linea B
Ereditabilità dei caratteri genetici
- Marcatori Mitocondriali
- Marcatori Nucleari
♀
Mitocondriali e Nucleari
A
♂
B
♀
B
♂
(ovvero trasmissione dei marcatori)
A
A-B
Individuo ibrido F1 AxB
A-B
Individuo ibrido F1 AxB
Ereditabilità dei caratteri genetici
- Marcatori Mitocondriali
- Marcatori Nucleari
♀
Mitocondriali e Nucleari
A
♂
A-B
♀
B
♂
(ovvero trasmissione dei marcatori)
A-B
A-B
Individuo ibrido BC AxF1
A-B
Individuo ibrido BC BxF1
Alcuni metodi di rappresentazione della diversità genetica
Albero
Network
Figure da Lipinski et al. 2008, Domaschke et al. 2012
Alcuni metodi di rappresentazione della diversità genetica
Analisi di assegnazione individuale
Analisi fattoriale delle corrispondenze
Figure da Lipinski et al. 2008, Domaschke et al. 2012
• I dati genetici vengono interpretati per
confronto con dati di riferimento
• Come è (o come era) geneticamente una
linea ‘pura’?
• Importanza di campioni di riferimento
Tassonomia e distribuzione della Trota europea
AT
DA
ME
MA
AD
Salmo
trutta
complex
Salmo marmoratus
Salmo cenerinus
Salmo cetti
IUCN Redlist (Kottelat M.
and J. Freyhof 2007)
Zerunian 2002
Trota marmorata
Salmo marmoratus*
alias
Salmo (trutta) marmoratus‡
* Kottelat & Freyhof 2007
‡ Gandolfi et al. 1991
I
Liste rosse internazionali
1996: DD = “Data Deficient”
New data from slovenian populations
2006: LC = Least Concern
Liste rosse nazionali
Fauna
italiana
inclusa
nella
Direttiva
Habitat
Maggio
2013
!
Fattori di rischio
… la massiccia e ripetuta immissione di Trote fario da allevamento ne mettono a rischio l’integrità genetica …
alterazioni antropiche dei corsi d’acqua, le eccessive captazioni idriche e la forte pressione di pesca …
la specie / la semispecie
Salmo marmoratus
o
Salmo trutta marmoratus
morfologia
genetica
zoogeografia
l’areale di distribuzione
Areale residuo: isolamento
Attuale bacino del Po
Bacino del Po durante l’ultimo
Massimo Glaciale (21000 anni fa)
Massima estensione dei ghiacci
durante l’ultimo massimo Glaciale
Reticolo idrografico
modalità gestionali
Misure di protezione:
Zone di protezione speciale: bandite/no
kill
Periodi di protezione speciale: fase
riproduttiva (mesi invernali)
Limitazioni sul numero di catture
Limitazioni sulle taglie delle catture
Misure di ripristino:
Ripopolamenti
Campagna ittiogenica
Esperienze di recupero della marmorata
Esperienze di recupero della marmorata: Slovenia
Bacino del Soca (Slovenia):
Adapted from Fumagalli et al. 2002
Adapted from Fumagalli et al. 2002
- dal 1993, programma di recupero,
riproduzione e ripopolamento di
popolazioni geneticamente pure di
trota marmorata.
- mantenimento delle diversità locali,
evitando incroci tra popolazioni
(‘ceppi’) differenti.
Esperienze di recupero della marmorata: Slovenia
Fumagalli et al. 2002
- Diverse popolazioni pure di marmorata
individuate (confermate)
- Variabilità genetica straordinariamente
elevata tra popolazioni separate da
limitata distanza geografica
- Livelli di variabilità genetica
estremamente bassi entro popolazioni
(‘ceppi’)
Adapted from Fumagalli et al. 2002
Adapted from Fumagalli et al. 2002
CONCLUSIONE:
Un’appropriata strategia di gestione e
conservazione dovrebbe prevedere la
reintroduzione di popolazioni pure ottenute dal
mescolamento dei diversi ceppi, al fine di
evitare la depressione da inincrocio e
un’ulteriore perdita di diversità genetica
Esperienze di recupero della marmorata: Slovenia
- Creazione di nuove popolazioni di
marmorata, in fiumi dove nessuna
popolazione (salmonidi) fosse presente
Adapted from Fumagalli et al. 2002
Adapted from Vincenzi et al. 2011
- Per aumentare la bassa variabilità genetica
entro popolazione (> potenziale
adattativo), le popolazioni sono state
create mescolando (incrociando) individui
da differenti popolazioni pure
Esperienze di recupero della marmorata: Slovenia
Dopo circa 15 anni …
- 4 popolazioni: estinte a seguito di frane o eventi di piena
- Popolazione di Gatsnik (creata nel 1998):
Image from Vincenzi et al. 2011
“Dobbiamo aggiustarlo se non è rotto?”
Dopo 2 generazioni presentava i tipici segni di maladattamento e depressione da
esoincrocio:
• Basso tasso di sopravvivenza annuo (0.39) per le trote nate in fiume
(sopravvivenza maggiore di 0.55 per altre marmorate che vivono in zone
limitrofe)
• Bassa riproduzione della generazione F2
• insolite anomalie morfologiche (Fig. 1)
• Moreover, preliminary results from a egg-to-fry experiment performed in the
fish farm for the F1 generation of Gatsnik showed 80.4% di mortalità dalla
fertilizzazione alla schiusa delle uova in F1 (35.6 % nelle altre popolazioni)
Esperienze di recupero della marmorata: Alto Adige
Fenotipo
Distribuzione percentuale degli
Aplogruppi Mitocondriali
MARMORATA
(nei diversi fenotipi)
11 siti - 282 individui
Dati Meraner et.al. 2007
Esperienze di recupero della marmorata: Alto Adige
Introgressione limitata ma sempre presente
Refs.
Meraner et al. 2010. Microsatellite DNA
data point to extensive but incomplete
hybridisation between native marble
trout and introduced brown trout.
Conservation Genetics 11: 985-998.
Individui ibridi di prima e successiva generazione,
insieme a entrambe le forme parentali pure
Esperienze di recupero della marmorata: Italia
Pujolar et al. 2011
campionamenti (~400 ind.)
tra il 1995 e il 1997
Pro:
Ampio areale campionato
Contro:
Bassa densità di campionamento
Selezione fenotipica
(analizzati geneticamente solo gli
individui ‘puri’ da un punto di vista
fenotipico)
Figure from Pujolar et al. 2011
Esperienze di recupero della marmorata: Italia
fario AT
marmorata
Figure from Pujolar et al. 2011
- Basso livello di introgressione (?????!!!!!!!!!!!! Selezionati fenotipicamente a priori!!!!!!!!!!!!!!!!)
Figures from Pujolar et al. 2011
- Correlazione tra distanza genetica e distanza geografica
(diversità entro marmorata)
ipotesi
trasloc
azion
I livello di indagine:
antica separazione ( = diversità
genetica) tra fario (atlantica) e
marmorata
e
ipotesi
trasloc
azion
IIIlivello
livellodidiindagine:
indagine:
antica
separazione
( = diversità
Ulteriore
diversificazione
tra
genetica)
tra tra
fario
(atlantica)
popolazioni
loro
isolate die
marmorata
marmorata
e
I p o t e s i
I livello di indagine
Popolazione 1
Progenitore
comune
Popolazione 2
Progenitore
comune
I p o t e s i
III ll ii vv ee ll ll oo dd ii ii nn dd aa gg ii nn ee
Popolazione 1
Progenitore
comune
Popolazione 2
campionamento
N
CODICE
STAZIONE
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
BRE
CAM
COL
EGN
GAI
MAL
RIF
TER
VAN
VIP
IAS
CAL
CA
PRE
CAC
FeC
LOR
MAT
PdV
PES
PoA
SER
VLA
LAV
MEZ
APD
LEB
LER
PiP
NOV
LET
MdV
DEN
TAS
CAV
COM
PRA
VER
ZAM
Rov
BBE
CER
MIL
MUR
OpA
OSS
RMO
SAV
VOL
Bressanone
Campodazzo
Coldrano
Egna
Gais
Malles
Rifiano
Terlano
Vandoies
Vipiteno
IASMA (II)
Cavalese
Cavizzana
Predazzo
Cacciatora
Fersina Corona
S. Lorenzo
Mattarello
Ponte del Vo
Pescara
Ponte alto
Serravalle
Villa Lagarina
Lavis
Mezzocorona
APDV Adige
Leno
Leno Rovereto
Piazzo Prà
Novella
Trambileno
Masi di Val Floriana
Denno
Tassullo
Cavizzana
Commezzadura
Pracorno
Vermigliana
Zambana
Rovereto (II)
Brentino Belluno
Ceraino
Milani
Murolongo
Opera di presa Agroveronese
Ossenigo
Rio Molino
Sava
Volargne
PROVINCIA
BZ
TN
VR
risultati: fenotipo + aplotipo
Y struttura per età
Z morfometria
[ aplotipo
X fenotipo
ƒ368 marmorate
• 54 popolazioni campionate
ƒ539 ibridi
• 1136 individui analizzati:
ƒ229 fario
• 59 esclusi (poliploidi o dati
mancanti)
ƒ876 Marmorata
ƒ201 Atlantico
1077 individui
Aplotipo
mtDNA
MA
AT
marmorata
Fenotipo
ibrido
fario
0
200
400
600 N
campionamento
Sito
A
Adige
+ Sarca
+ Piemonte
Sito
B
+ Lombardia
+ Slovenia
_____________
Sito
C
Sito
D
62 siti di campionamento
1371 inidividui
analisi fenotipica
Sito
A
M - esemplare di Trota marmorata pura:
testa molto sviluppata, marmoreggiatura
evidente su tutto il corpo, assenza di pallini
rossi.
Sito
B
M1 - ibrido con caratteristiche prevalenti
della marmorata: testa sviluppata rispetto
al tronco, marmoreggiatura evidente,
presenza di striature rossastre o di qualche
pallino rosso.
Sito
C
M2 - ibrido con caratteristiche intermedie:
testa piccola o non molto sviluppata
rispetto al tronco, marmoreggiatura ancora
evidente sul dorso e sugli opercoli,
tendenza a formare macchie sui fianchi,
presenti pallini rossi.
Sito
D
M3 - ibrido con caratteristiche prevalenti di
Trota fario: testa piccola, marmoreggiatura
ancora evidente sugli opercoli ma molto
ridotta sulle altre parti del corpo, presenti
numerose macchie nere e pallini rossi.
F – esemplare di Trota fario pura.
analisi genetica
Sito
A
1
Sito
B
Sito
C
Sito
D
2
3
…
Fenotipo
FARIO
IBRIDO
MARMORATA
215 individui
497 individui
359 individui
Distribuzione percentuale degli
Aplogruppi Mitocondriali
(nei diversi fenotipi)
Dati progetto GAME
Fario - BZ
MA
AT
N = 41
Fario - TN
N = 40
MA
AT
N = 145
MA
AT
N = 134
Fario - VR
Ibrido - BZ
Ibrido - TN
Ibrido - VR
N = 66
MA
AT
N = 48
MA
AT
N = 286
MA
AT
Marmorata - BZ
Marmorata - TN
MA
AT
N = 267
MA
AT
Marmorata - VR
N = 44
MA
AT
analisi genetica
Ipotesi più probabile:
2 gruppi
Per ciascun individuo:
livello di ‘purezza’
marmorata
proporzione
marmorata
fario atlantica
proporzione
fario atlantica
fario autoctona
Trota marmorata
I
Come già osservato in Alto Adige in uno studio
indipendente:
Introgressione limitata ma sempre presente
Individui ibridi di prima e successiva generazione,
insieme a entrambe le forme parentali pure
Slovenia
Piemonte
0.4
Avisio
Alto
Adige
Noce
0.6
Adige
(TN+VR)
0.8
Lombardia
Sarca
1
0.2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Solo individui >95% marmorata
Solo individui >80% ‘Noce-Avisio-Fersina’
2 cluster
4 cluster
Solo individui >80% ‘Noce-Leno-Adige’
3 cluster
Conclusione generale
Diverse unità gestionali (MU) in diversi bacini (e sottobacini!)
fenotipo
‘contro’
genotipo
(Ogni cellula di) ogni
organismo vivente possiede
un corredo genetico
(genotipo)
Glossary
Il corredo genetico
(genotipo) è
espresso …
Genotype: 1. The genetic
constitution of an organism
or cell; also refers to the
specific set of alleles
inherited at a locus. 2.The
genetic identity of an
individual that does not show
as outward characteristics
Phenotype: The observable
physical and/or biochemical
traits and characteristics of
the expression of a gene. 2.
The outward characteristics
produced by an organism's
genotype interacting with the
environment
G1
F1
F2
… a determinare un
particolare fenotipo
G1
G2
F1
F2
FENOTIPO
GENOTIPO
Pop
età
3
3+
Fenotipo
M
purezza Marm
0.586
Pop
età
18
4+
Fenotipo
M
purezza Marm
0.509
Pop
età
25
4+?
Fenotipo
M
purezza Marm
0.514
Pop
età
49
5+
Fenotipo
M
purezza Marm
0.528
Pop
età
19
4+
Fenotipo
M3
purezza Marm
0.977
Pop
età
28
3+
Fenotipo
M2
purezza Marm
0.981
Pop
età
27
4+
Fenotipo
M2
purezza Marm
0.972
Pop
età
38
4+
Fenotipo
M2
purezza Marm
0.964
Pop
età
9
2+
Fenotipo
M2
purezza Marm
0.961
Pop
età
15
3+
Fenotipo
M2
purezza Marm
0.953
Pop
età
32
3+
Fenotipo
M2
purezza Marm
0.968
Selezione su base fenotipica
‘contro’
selezione su base genetica
SELEZIONE
BASATA SU
FENOTIPO
GENOTIPO
FENOTIPO
SELEZIONE
BASATA SU
FENOTIPO
GENOTIPO
GENOTIPO
SELEZIONE
SELEZIONE
DIFFERENZA
BASATA SU
BASATA SU
TRA
FENOTIPO
GENOTIPO
METODI
Doppio effetto negativo della
selezione basata soltanto sul fenotipo
Individui ibridi considerati come puri
Effetto:
Aumento del livello di ibridazione
Individui puri considerati come ibridi
Effetto:
Perdita di diversità genetica della
marmorata
DIFFERENZA
TRA
METODI
Meno ma meglio
Incubatoio alimentato
da un Rio nel quale
risalgono
naturalmente le trote
in riproduzione
Stock di riproduttori stabulati nell’impianto
(provenienti dal Rio e da altre acque
dell’Associazione)
+
Riproduttori in risalita lungo il Rio
captive vs. wild spawners
ry
e
tch
a
h
Stabulazione
r
ir ve
Marcatura individuale
Prelievo del tessuto
Analisi genetica
CA
CA3_
CA3_140
CA3_1402
CA3_1403
CA3_1404
CA3_1406
CA3_1407
CA3_1408
CA3_1419
CA3_1410
CA3_1411
CA3_1412
CA3_1413
CA3_1414
CA3_1415
CA3_1417
CA3_1428
CA3_1421
CA3_1422
CA3_1423
CA3_1424
CA3_1425
CA3_1426
CA3_1427
CA3_1438
CA3_1430
CA3_1431
CA3_1432
CA3_1434
CA3_1435
CA3_1436
CA3_1437
CA3_1438
CA3_1449
CA3_1440
CA3_1442
CA3_1443
CA3_1444
3_1445
14 6
47
q
value
CA
CA3_1
CA3_1448
4
CA3_1 50
4
CA3_1 52
4
CA3_1 53
4
CA3_1 54
CA3_1455
4
CA3_1 58
4
CA3_1 60
CA3_1463
4
CA3_1 64
4
CA3_1 67
CA3_1468
4
CA3_1 69
4
CA3_1 70
4
CA3_1 71
4
CA3_1 72
CA3_1474
4
CA3_1 75
4
CA3_1 76
CA3_1478
4
CA3_1 79
4
CA3_1 80
CA3_1482
4
CA3_1 85
4
CA3_1 86
4
CA3_1 87
4
CA3_1 88
CA3_1490
4
CA3_1 91
4
CA3_1 92
CA3_1494
3_ 49
14 5
97
CA
CA3_1
CA3_1448
4
CA3_1 50
4
CA3_1 52
CA3_1453
4
CA3_1 54
4
CA3_1 55
CA3_1458
4
CA3_1 60
4
CA3_1 63
CA3_1464
4
CA3_1 67
4
CA3_1 68
CA3_1469
4
CA3_1 70
4
CA3_1 71
CA3_1472
4
CA3_1 74
4
CA3_1 75
CA3_1476
4
CA3_1 78
4
CA3_1 79
CA3_1480
4
CA3_1 82
4
CA3_1 85
CA3_1486
4
CA3_1 87
4
CA3_1 88
CA3_1490
4
CA3_1 91
4
CA3_1 92
CA3_1494
4
3_ 9
14 5
97
spawners from the hatchery
q
1.0
value
fario
marble
0.8
SSRs
0.6
0.4
0.0
0.6
0.4
1st level
1
0.8
2nd level
CA
CA3_
CA3_140
CA3_1402
CA3_1403
CA3_1404
CA3_1406
CA3_1407
CA3_1408
CA3_1419
CA3_1410
CA3_1411
CA3_1412
CA3_1413
CA3_1414
CA3_1415
CA3_1417
CA3_1428
CA3_1421
CA3_1422
CA3_1423
CA3_1424
CA3_1425
CA3_1426
CA3_1427
CA3_1438
CA3_1430
CA3_1431
CA3_1432
CA3_1434
CA3_1435
CA3_1436
CA3_1437
CA3_1438
CA3_1449
CA3_1440
CA3_1442
CA3_1443
CA3_1444
3_1445
14 6
47
captive vs. wild spawners
ry
e
tch
a
h
r
ir ve spawners from the river
q
1.0
value
(Structure)
Analysis
0.2
q
value
0.2
0.2
0
0
fario
marble
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
individual
individual
Slovenia
Lombardia
Slovenia
Lombardia
Noce+Avisio+Fersina
Leno+Adige
Noce+Avisio+Fersina
Leno+Adige
1
0.8
0.6
0.4
individual
individual
Livelli di introgressione in progenie simulate a partire da
dati genetici osservati in stock di riproduttori
Selezione
sui
fenotipi
va
e
l
l
a
Simulazione sugli effetti della
selezione su base fenotipica e su
base genetica
Dati progetto GAME
72 individui, da
allevamento e
selvatici, con
fenotipo marmorata
Î F1 Î F2 Î F3 Î F4 Î
nto
e
m
F5
Per ogni generazione, 10,000 individui simulati, di cui 100 estratti
a caso usati come ‘riproduttori per la generazione successiva
e
if um
Selezione
sui
genotipi
Î F1 Î F2 Î F3 Î F4 Î
21 individui, da
allevamento e
selvatici, con genotipo
marmorata > 95%
F5
Simulazione sugli effetti della
selezione su base fenotipica e su
base genetica
Livelli di introgressione in progenie simulate a partire da
dati genetici osservati in stock di riproduttori
Dati progetto GAME
Generazione P
P Allevamento + Selvatico
Ma
Generazione F5
F5 Allevamento + Selvatico
FA
1.00
1.00
0.90
0.90
0.80
0.80
0.70
0.70
0.60
0.60
0.50
0.50
0.40
0.40
0.30
0.20
29%
0.30
0.20
0.10
0.10
0.00
0.00
P Selezionati
1.00
FA
Ma
1.00
0.80
0.80
0.70
0.70
0.60
0.60
0.50
0.50
0.40
0.40
0.30
0.20
100%
0.30
0.20
0.10
0.10
0.00
0.00
FA
20%
F5 Selezionati
0.90
0.90
Ma
100%
Ma
FA
Simulazione sugli effetti della
selezione su base fenotipica e su
base genetica
Conclusioni
Indicazioni gestionali:
1 – utilizzare una selezione su
base genetica in parchi
riproduttori
2 – il rinsanguamento (ciclo
aperto) diminuisce l’effetto di
domesticazione e/o inincrocio,
ma può alterare il livello di
purezza di uno stock
Temolo
Temolo
Thymallus thymallus
III
Stato di conservazione del
Temolo Adriatico
(Thymallus thymallus)
A. Meraner
A. Gandolfi
(Ufficio Caccia e Pesca, Provincia di Bolzano)
Progetto ABaTe: stato di conservazione
del Temolo Adriatico
- Stato di autoctonia delle popolazioni Adriatiche
- Struttura di popolazione
- Ibridazione / Introgressione genetica
con ceppi alloctoni
- Popolazioni / individui residui di Temolo Adriatico?
- Se si, dove?
Workshop finale ABaTe, Fondazione E. Mach, San Michele All’Adige, 24.04.2013
1,50
kg/ha
Semine Temolo
2,00
1,00
0,50
Quantità di pressione di
semine dipende da:
20
08
20
06
20
04
20
02
20
00
19
98
19
96
19
94
19
92
19
90
19
88
19
86
19
84
19
82
19
80
19
78
19
76
0,00
year
Ind/ha
- periodo
150
100
50
0
20
08
20
06
20
04
20
02
20
00
19
98
19
96
19
94
19
92
19
90
19
88
19
86
19
84
19
82
19
80
19
78
19
76
- zona
year
- provenienza bacini:
Danubio
Atlantico
Scandinavia
(modified from: Meraner and Gandolfi, 2012)
Declino demografico del Temolo anche nel Bacino
Nord-Adriatico
Semine con pesci d’oltralpi (provenienza: Atlantica, Danubiana
Scandinava)
Studi e dati genetici antecedenti indicano la quasi totale
perdita delle popolazioni Adriatiche
(IUCN):
‘……..genetic variability suggests…that the..
Adriatic populations are distinct, ….because
of extensive stocking …..it might be too late to
investigate the original morphology, …
genetics and distribution…’
Filogeografia
- Diverse linee evolutive
- Danubiani:
‘Northern Alps’
‘Southern Alps’
‘Sava’
- Atlantici:
‘Rhine’
‘Scandinavian’
- Adriatico
(from: Meraner and Gandolfi, 2012)
Metodica
campionamento (N>1000):
- pesca elettrica
(da riva)
(da barca)
- pesca a mosca
- pesci di ceppi commerciali
laboratorio:
- sequenziamento mtDNA CR
(N=644)
- 15x SSR (microsatellite)
(N=683)
Siti di campionamento (N=30):
- Adriatici (N=20):
Po Basin (Sesia e Adda)
Brenta, Livenza e Tagliamento
Adige Basin (N=14)
- Siti di riferimento:
Danube (N=7)
Atlantic (N=3)
Situazione di conservazione del Temolo
nel Bacino Adriatico
Southern Alps,
Danubian
Multipli pattern genetici
rintracciati:
Sava,
Danubian
Adriatic 1+2
- Adriatico (indigeno)
Northern Alps,
Danubian
- Danubiano
‘Northern Alpine’ (esotico)
‘Southern Alpine’ (esotico?)
‘Sava’ (esotico)
- Atlantico
‘Rhine’ (esotico)
‘Scandinavia’ (esotico)
Rhine 1
Come è la situazione del Temolo Adriatico?
Rhine 2
Scandinavia (hatchery)
(from: Meraner et al., in prep.)
Situazione di conservazione del Temolo
nel Bacino Adriatico
Fiume
Adige
(Ovest)
Fiume
Adige
(Est)
Po
Brenta
Friuli
Popolazioni
di riferimento
(from: Meraner et al., in prep.)
Gruppo Adriatico 1
Gruppo Adriatico 2
Q=0.69
Q=0.82
Q=0.93
Q=0.93,
0.95
Q=0.90
Q=0.83
Q=0.86
Gruppo Adriatico 1
Gruppo Southern Alpine, Danubian
ABC
Approximate
Bayesian
Computation
SP
E
CQU
A
I
T
AR
OVEST
ADIGE
Metodo statistico
per validare
scenari
alternativi
ADIGE
DRAVA
EST
ADIGE
(basato su software: DIYabc; Cornuet et al., 2010)
*
*selected models:
popolazioni Est-Adige da Drava (~100-150 generations
ago); median = 115 g
Ovest-Adige con flusso genico da Est (~ 10%)
*
Conclusioni
- Tracce genetiche multiple di semine nelle popolazioni Adriatiche
- Alta frequenza del cluster Adriatico (‘Temolo Adriatico’)
in fiumi Sesia, Adda, Adige, Isarco Basso, Livenza
- Split Ovest / Est in Adige
- Popolazioni del Est probabilmente di origine Drava, NON
introdotte recentemente, ma prob. da semine storiche,
medioevali (periodo di regno di Massimiliano I; 1486-1519)
(Weiss et al., 2001)
- Due entità genetiche di conservazione nel Bacino del fiume
Adige
Implicazioni gestionali
- Revisione dei piani di gestione
- Proibizione di semina di Temoli alloctoni
(in parte già in atto; dal 2012
in Provincia di Bolzano)
- Divieto di traslocazione, vista
la forte sottostruttura nel
Macrobacino Adriatico
- Se semine vengono ritenute indispensabili,
usare metodi di ‘supportive breeding’,
‘cocooning’ o ‘artificial nests’
partendo da materiale selvatico locale
- Promuovere la riqualificazione fluviale
Temolo
Bacino della Drava (Danubio) - Southern Alps
Ref.
Meraner A, Unfer G, Gandolfi A, (2013). Good
news for conservation: mitochondrial and
microsatellite DNA data detect limited genetic
signatures of inter-basin fish transfer in Southern
Alpine Danubian Thymallus thymallus
(Salmonidae). In press
• Elevato impatto genetico dei pesci di allevamento
riportato da studi precedenti
• Limitate – ma individuabili – tracce genetiche di
traslocazione da altri bacini
• ‘Risposta rapida’ dei pattern genetici ai
cambiamenti nelle pratiche gestionali (1998)
Proporzione di alloctoni (mtDNA):
~60% (Uiblein et al. 2001 – Weiss et al. 2002),
~40% (Duftner et al. 2005),
~7% oggi.
Dalla genetica alla gestione ittica
‘Salmonidi di fiume’
NE
E
G
A
C
TI
ico
t
a
i
r
d
/ A
o
e
p
o
r
Eu
Temolo
NE
O
TI
S
GE
revisione delle direttive gestionali
Linee evolutive differenti
Rigida proibizione di semina di
stock esotici
Introgressione limitata /
popolazioni native
definizione di Unità Gestionali
Selezione su base genetica dei
riproduttori destinati alle
attività di ripopolamento
Trota fario ‘Adriatica’
II
Salmo cenerinus*
alias
Salmo farioides†
alias
Salmo (trutta) macrostigma‡
Linea atlantica
Linea marmorata
400-bp
300-bp
* Kottelat & Freyhof 2007
† Bianco & Delmastro 2011
‡ Gandolfi et al. 1991
Trota fario ‘Adriatica’
II
Salmo
trutta
complex
Salmo marmoratus
Salmo cenerinus
Salmo cetti
IUCN Redlist (Kottelat M.
and J. Freyhof 2007)
Zerunian 2002
Trota fario ‘Adriatica’
II
Fenotipo
FARIO
20 siti - 416 individui
Dati Meraner et.al. 2007
Trota fario ‘Adriatica’
II
Fario
autoctona
Solo stazioni ‘non gestite’ e isolate
(tratti alti nei bacini di Sarca,
Adige e Brenta)
Ref.
Meraner A, Gratton P, Baraldi F, Gandolfi A (2013). Nothing but
a trace left? Autochthony and conservation status of Northern
Adriatic Salmo trutta inferred from PCR multiplexing, mtDNA
(data
and figuresand
from:
Meraner et al., 2012)
control region
sequencing
microsatellite
analysis.
Hydrobiologia, in press. (online early view available)
Trota fario ‘Adriatica’
II
Fenotipo
FARIO
26 siti - 516 individui
MA
2
AT
8
MA
11
AT
17
AT
20
AT
18
AT
5
AT
19
MA
16
AT
20
MA
1
AT
17
MA
1
MA
4
AT
13
AT
19
AT
16
AT
19
MA
8
AT
19
AT
17
MA
1
AD
7
MA
1
AT
12
AT
15
AT
17
MA
3
AT
20
AT
9
AT
19
MA
3
AT
14
AT
20
MA
3
AT
17
AT
16
AT
16
AT
20
Trota fario ‘Adriatica’
II
Ref.
Ref.
Ref.
AD
AT
MA
Traccia genetica a livello del mtDNA
Ref.
Meraner A, Gratton P, Baraldi F, Gandolfi A (2012). Nothing but
a trace left? Autochthony and conservation status of Northern
Adriatic Salmo trutta inferred from PCR multiplexing, mtDNA
control region sequencing and microsatellite analysis.
Hydrobiologia, in press. (online early view available)
De facto estinzione genomica a livello di
(data and figures from: Meraner et al., 2012)
ncDNA
II
Su 2285 individui analizzati in Trentino Alto Adige:
MA
AT
Fario - BZ
Ibrido - TN
Marmorata - VR
MA
AT
Prevalenza assoluta di individui appartenenti agli aplogruppi MA e AT
MA
AT
Significativa presenza di individui appartenenti all’aplogruppo DA nel
versante Est dell’Alto Adige
AD
7
MA
1
Ridottissima presenza di individui appartenenti all’aplogruppo AD in
un sito del Trentino (un’analisi a livello nucleare ha evidenziato
però una similarità TOTALE di questi campioni a individui di
origine Atlantica)
AT
12
Quindi
Possiamo ragionevolmente escludere la presenza di
una fario di origine autoctona in questa regione
Dalla genetica alla gestione ittica
‘Salmonidi di fiume’
NE
E
G
A
C
TI
ata
r
o
m
r
a
a m
t
o
r
T
io e
r
a
f
a
Trot
fario locale di origine esotica
(nessuna evidenza di fario
native)
introgressione diffusa nella
marmorata, ma (sotto)popolazioni
native sono ancora presenti
NE
O
TI
S
GE
Revisione delle direttive
gestionali
Riconoscimento dello status esotico
della fario
conservazione della marmorata
Interruzione delle semine di fario
Incremento della pressione di pesca
diretta alla fario
Limitazioni sulla pesca della
marmorata
Uso della genetica per selezionare
i riproduttori di marmorata
utilizzati a fini di ripopolamento
Grazie per l’attenzione
I dati qui presentati sono stati raccolti dalla letteratura scientifica o nell’ambito dei seguenti progetti di ricerca:
FarioPAT
funded by the Autonomous Province of
Trento, 'Marie Curie Action - COFUND
PostDoc 2009 Incoming‘