Un approccio di genomica di popolazione per studiare la struttura e l'evoluzione delle popolazioni native e introdotte della formica rossa montana Formica paralugubris

Formica paralugubris is a species of ant belonging to the Rufa group, described in the 1990s by the Swiss scientist Seifert and distributed across the western Alpine arc. During the 1950s and 1960s, the research group led by Professor Mario Pavan transferred numerous colonies of this species—originally from Alpine populations—to various locations in the Apennines, as well as to Sicily, Sardinia, and even Canada. The aim was to use them for biological control against several harmful insect species. However, their introduction significantly altered the ecological balance in the affected areas. While in Italy there are no control measures for the species, the transplanted populations in Canada have been almost entirely eradicated. This thesis focused on studying genomic differences between the original populations—thanks to the analysis of preserved samples from the Kosmos museum's private collection of Professor Pavan—and the current populations. To this end, we first extracted and sequenced the genomes of 60 individuals from six Alpine and Apennine populations, as well as 15 museum specimens, for which specific approaches were necessary due to degraded/ancient DNA. We obtained a list of more than 2,000,000 polymorphic sites (SNPs), which were used to reconstruct the spatial and temporal evolution of this species. The results reveal weak levels of divergence and population structure, which may be related to the low genetic diversity of this species—as is often observed in eusocial insects—and to the strong bottlenecks experienced by these populations.

Formica paralugubris è una specie di formica del gruppo Rufa, descritta durate gli anni 1990 dallo scienziato svizzero Seifert e diffusa nell’arco Alpino occidentale. Durante gli anni 1950-60 il gruppo del professor Mario Pavan ha trasferito numerose colonie di questa specie, provenienti da popolazioni alpine, in diverse località appenniniche, in Sicilia e Sardegna, e persino in Canada, con lo scopo di utilizzarle per la lotta biologica contro diverse specie di insetti nocivi. La loro introduzione ha però notevolmente alterato gli equilibri ecologici delle località interessate. Mentre in Italia non vi sono pratiche contenitive della specie, le popolazioni trapiantate sono state quasi del tutto eradicate dal Canada. Il lavoro di questa tesi si è concentrato sullo studio delle differenze a livello genomico tra le popolazioni originali, grazie all’analisi campioni conservati all'interno del museo Kosmos nella collezione privata del professor Pavan, e le attuali popolazioni. Per questo abbiamo per prima cosa estratto e sequenziato i genomi di 60 individui provenienti da 6 popolazioni alpine e appenniniche nonché 15 campioni museali, per il quale è stato necessario utilizzare approcci specifici per il DNA antico/degenerato. Abbiamo quindi ottenuto ina lista di più di 2000000 siti polimorfici (SNPs), che sono stati utilizzati per ricostruire l’evoluzione nello spazio e nel tempo di questa specie. I risultati evidenziano deboli livelli di divergenza e di struttura delle diverse popolazioni, che potrebbero essere legati alla poca diversità genetica di questa specie, come spesso osservato negli insetti eusociali, e ai forti effetti di collo di bottiglia sperimentate dalle popolazioni.