Risposta di Viscaria alpina (L.) G. Don al cambiamento climatico dopo vent'anni di conservazione in banca del germoplasma.

Climate warming is occurring in alpine environments faster than the global average, making cold-adapted alpine specialists particularly vulnerable to population decline and extinction. Ex situ seed conservation is of growing importance but little is known about how plants from genebank stored seeds will respond to climatic changes. We grew plants from seeds of the artic-alpine specialist Viscaria alpina, collected from the same location at different time points and held under seed bank conditions over the last 20 years. The site has experienced a warming trend of 0.3 °C per decade, with large interannual variation in temperature and precipitation. For six accessions (three old and three recent) we exposed juvenile plants to the stresses of heat and/or drought for one month. Plant biomass and leaf traits (leaf area, specific leaf area, leaf dry matter content) were measured as proxies of fitness under the different treatments. Interestingly, the temporal origin of the seeds did not have a significant effect on plant traits. However, we found differences in the stress response that were linked to inter-annual variation of the climate at the collection site. Specifically, plants from seeds produced in wet/cold years had lower biomass and significantly smaller leaf area when exposed to heat/dry and heat/wet stresses than those from seeds produced in drier/warmer years. As a result, these latter plants showed increased fitness when exposed to similar stress experienced by the mother plant. Our results demonstrate that 20 years of storage produces viable plants of V. alpina, but it may be important to collect seeds frequently as those produced in different years respond differently to stress. Using temporally separated accessions to study climate change and stress response, we highlight a lack of contemporary evolution but observe environmentally induced plastic responses that may have important implications for V. alpina survival under climate change.

Il riscaldamento climatico negli ambienti alpini sta avvenendo più velocemente rispetto alla media globale, rendendo le specie che abitano questi ambienti freddi particolarmente minacciate. Le risposte più frequenti finora osservate consistono nella migrazione verso quote più elevate e nell’adattamento, per lo più tramite la plasticità fenotipica. Con plasticità fenotipica si intende il fenomeno per cui lo stesso genotipo si può esprimere in fenotipi diversi, in risposta a variazioni ambientali. Questo tipo di risposta può essere anche trasmessa alla prole, in modo da renderla più adatta alle condizioni ambientali sperimentate dalle piante madri, caso in cui si parla di plasticità fenotipica transgenerazionale. In questo contesto di forte minaccia alla biodiversità vegetale, la conservazione dei semi ex situ nelle banche del germoplasma costituisce un’importante riserva di materiale vegetale utile a contrastare l’estinzione delle specie. Tuttavia, si sa poco su come le piante derivanti dei semi immagazzinati nella banca genetica risponderanno a questi cambiamenti ambientali. In questo studio, abbiamo coltivato piante a partire dai semi della specialista artico-alpina Viscaria alpina, pianta perenne dalla durata vitale di 3-10 anni e stress tollerante diffusa nell’emisfero Nord in Europa, Nord America e Groenlandia. I semi sono stati raccolti dalla stessa popolazione (Monte Prado, nell’Appennino emiliano) in anni diversi durante gli ultimi 20 anni e successivamente stoccati nella banca del germoplasma dell’Università di Pavia. Nel sito di raccolta si è registrato un riscaldamento di 0,3 °C per decennio, con grandi variazioni interannuali di temperatura e precipitazioni. Questo lavoro ha lo scopo di studiare la risposta al cambiamento climatico di piante nate da semi conservati nella banca del germoplasma. Sono state considerate sei accessioni di semi (tre vecchie e tre recenti), sulla base dell’anno di raccolta. Dopo la germinazione e il trapianto, le giovani piante sono state esposte a stress termici e da siccità per 35 giorni. Sono quindi stati misurati la biomassa vegetale e le caratteristiche fogliari come indicatori di fitness nei diversi trattamenti. Il trattamento da siccità ha prodotto piante con una minor biomassa totale e fogliare e una maggior superficie fogliare specifica, adattamenti comuni in piante cresciute in climi aridi, volti a minimizzare l’evapotraspirazione e massimizzare l’efficienza fotosintetica. Il tempo di stoccaggio dei semi non ha avuto un effetto significativo sui tratti della pianta. Tuttavia, abbiamo riscontrato differenze nella risposta allo stress collegate alla variazione del clima nel sito di raccolta. In particolare, piante ottenute da semi prodotti in anni umidi e freddi hanno mostrato maggiori segni di stress quando esposte a calore e siccità rispetto a quelle ottenute de semi prodotti in anni più secchi e caldi. Queste ultime piante hanno quindi mostrato una fitness maggiore quando sono state esposte a uno stress simile a quello sperimentato dalla pianta madre. Le risposte allo stress evidenziate nelle piante di Viscaria alpina sono coerenti con l’ipotesi di plasticità fenotipica transgenerazionale indotta dall’ambiente, più che da un adattamento evolutivo, dato il lasso di tempo limitato e le variazioni climatiche interannuali. I nostri risultati dimostrano che 20 anni di conservazione producono piante vitali di Viscaria alpina, ma risulta ugualmente importante raccogliere semi più frequentemente, poiché quelli prodotti in anni diversi rispondono in modo diverso allo stress.