Tematica: Biologia e Biotecnologie vegetali. Sede prevalente di frequenza: Ferrara.

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1 Di seguito sono presentate le tematiche di ricerca per le quali sono disponibili posti di dottorato per il 30 ciclo e la bibliografia fondamentale a cui si farà riferimento nella prova orale del concorso. Tematica: Biologia e Biotecnologie vegetali. Sede prevalente di frequenza: Ferrara. Ruolo degli aminoacidi della famiglia del glutamato nell'adattamento della pianta all'ambiente Un crescente numero di evidenze sperimentali mostra che la sintesi, l'accumulo, l'interconversione e la degradazione degli aminoacidi della famiglia del glutamato (acido glutamico, glutamina, prolina, arginina e il prodotto della decarbossilazione del glutamato, acido γ-aminobutirrico) contribuiscono alla regolazione dello sviluppo della pianta e al suo adattamento a condizioni ambientali avverse. Questo progetto si propone lo studio del ruolo di queste vie metaboliche nella risposta a condizioni di stress biotico e abiotico in piante modello (Arabidopsis, riso e tabacco). Il candidato, che svolgerà il suo lavoro presso il Dip. di Scienze della Vita e Biotecnologie dell'università di Ferrara, dovrà avere una buona conoscenza della fisiologia vegetale, nonchè esperienza di tecniche di biochimica e biologia molecolare applicate a sistemi vegetali. Amino acids of the glutamate family: Functions beyond primary metabolism Synthesis, accumulation, interconversion and degradation of amino acids of the glutamate family, namely glutamate, glutamine, proline, arginine and the product of glutamate decarboxylation γ- aminobutyric acid, contribute in many ways to the regulation of plant development, as well as to responses to environmental challenges. The subject of this research will be the study of the involvement of these pathways in the response to abiotic and biotic stress conditions in model plants (Arabidopsis, rice and tobacco). The candidate, which will be enrolled at the Dept of Life Science and Biotechnology of the University of Ferrara, should have a good background in plant physiology and experience with biochemical and molecular techniques applied to plant systems. 1. Ben Rejeb K, Abdelly C, Savouré A. How reactive oxygen species and proline face stress together. Plant Physiol Biochem doi: /j.plaphy Fait A, Fromm H, Walter D, Galili G, Fernie AR. Highway or byway: the metabolic role of the GABA shunt in plants. Trends Plant Sci. 2008, 13(1): Forde BG, Lea PJ. Glutamate in plants: metabolism, regulation, and signalling. J Exp Bot. 2007; 58: Forde BG. Glutamate signalling in roots. J Exp Bot. 2014, 65: Giberti S, Funck D, Forlani G. Δ 1 -pyrroline-5-carboxylate reductase from Arabidopsis thaliana: stimulation or inhibition by chloride ions and feedback regulation by proline depend on whether NADPH or NADH acts as co-substrate. New Phytol. 2014, 202: Hayat S, Hayat Q, Alyemeni MN, Wani AS, Pichtel J, Ahmad A. Role of proline under changing environments: a review. Plant Signal Behav. 2012, 7: Kavi Kishor PB1, Sreenivasulu N. Is proline accumulation per se correlated with stress tolerance or is proline homeostasis a more critical issue? Plant Cell Environ. 2014, 37: Liang X, Zhang L, Natarajan SK, Becker DF. Proline mechanisms of stress survival. Antioxid Redox Signal. 2013, 19: Nunes-Nesi A, Fernie AR, Stitt M. Metabolic and signaling aspects underpinning the regulation of plant carbon nitrogen interactions. Mol Plant. 2010, 3: Zeier J. New insights into the regulation of plant immunity by amino acid metabolic pathways. Plant Cell Environ. 2013, 36: Tematica: Ecologia ed Etologia. Sede prevalente di frequenza: Ferrara. Stima della variazione spazio-temporale dei servizi ecosistemici in aree del Delta del Po 1

2 Il capitale naturale, se mantenuto in buona qualità e funzionalità, fornisce alla società umana beni e servizi gratuiti con valore anche economico. La comprensione e l applicazione di questi concetti risulta fondamentale per la gestione degli ecosistemi e dei territori anche ad ampia base geografica. Scopo del progetto è quello di misurare la modificazione spazio-temporale dei beni e servizi ecosistemici forniti dal territorio del Delta del Po. Dopo una classificazione del capitale naturale e dei benefici ecologici ed economici connessi, dovrà essere misurata la variazione di questi nel tempo mediante confronti con metodologie aereofotografiche, o di georeferenziazione di mappe territoriali attuali e pregresse. La variazione spaziale verrà stimata sulla base della estensione delle aree oggetto di indagine e dei servizi ad esse connesse. Infine verrà stimato il valore economico potenziale del capitale naturale censito. Spatio-temporal variation of ecosystem goods and services in the Po River Delta The natural capital if kept in good quality and functionality provides human society with free goods and services also economically evaluable. The understanding and application of these concepts is fundamental to the management of ecosystems and territories, mainly to maintain the weel-being for the next generations. The aim of the project is to measure the change in the space-time of ecosystem goods and services supplied from the territory of the Po River Delta. After a classification of the natural capital and of the associated economic benefits, will be measured the variation in the time of these by comparing them with ortho-rectified aerial photos and/ or geo-referenced maps present and past. The spatial variation will be estimated on the basis of the extension of the areas under investigation and the services related to them. Finally, you will estimate the potential economic value of natural capital surveyed. 1. De Vries F. et al Soil food web properties explain ecosystem services across European land use systems. PNAS, 110 (35): Gamfelds L. et al Higher levels of multiple ecosystem services are found in forests with more tree species. NATURE COMMUNICATIONS 4:1340 DOI: /ncomms Zhi-Fang QI et al Land fragmentation and variation of ecosystem services in the context of rapid urbanization: the case of Taizhou city, China. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment /s Cardinale B.J. et al Biodiversity loss and its impact on humanity. Nature, 486: Kroll F. et al Rural urban gradient analysis of ecosystem services supply and demand dynamics. Land Use Policy, 29: Mace G.M. et al Biodiversity and ecosystem services: a multilayered relationship. Trends in Ecology and Evolution, 27(1): Bullock J.M. et al Restoration of ecosystem services and biodiversity: conflicts and opportunities Trends in Ecology and Evolution, 26 (10): Cadotte M.W. et al Beyond species: functional diversity and the maintenance of ecological processes and services. Journal of Applied Ecology, 48, Frondoni R. et al A landscape analysis of land cover change in the Municipality of Rome (Italy): Spatio-temporal characteristics and ecological implications of land cover transitions from 1954 to Landscape and Urban Planning, 100: Maes J. et al A European assessment of the provision of ecosystem services. European Commission, Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability EUR 24750, 88pp. 11. Kremen C Managing ecosystem services: what do we need to know about their ecology?. Ecology Letters, 8: Costanza R. et al The value of the world s ecosystem services and natural capital. Nature, 387: Tematica: Ecologia ed Etologia. Sede prevalente di frequenza: Ferrara. 2

3 Surrogati biologici quali descrittori delle comunità bentoniche di ambienti marino costieri Negli ultimi decenni gli studi di conservazione e gestione degli ecosistemi marino-costieri si sono rivolti sempre più verso lo studio delle componenti biologiche dell ecosistema, poiché in grado di rispondere, con differente sensibilità, alle modificazioni dell ambiente. In tal senso, particolare attenzione è stata posta allo studio delle comunità macrobentoniche di fondi mobili. Il macrobenthos del Mediterraneo è estremamente ricco di specie e l accurata identificazione di tutti i taxa raccolti nel corso di uno studio è tra degli aspetti più costosi e limitanti dei programmi di ricerca bionomica. Spesso gli studi bionomici si limitano all analisi dei gruppi dominanti, ma la generalizzazione delle informazioni tratte dall analisi di una singola componente non sempre è rappresentativa della reale condizione della comunità stessa. Per superare questo problema, potrebbero essere utilizzati i surrogati biologici. Questo progetto mira a valutare l'efficacia di surrogati biologici a fini ecologici e di conservazione. Lo studio si occuperà della distribuzione di una serie di gruppi tassonomici di invertebrati in differenti ambienti marino costieri, valutandone la risposta a gradienti ambientali e/o geografici, con lo scopo di valutare se la nostra interpretazione della componente biotica viene o meno inficiata dall'utilizzo di surrogati (sviluppati nel corso del triennio di studio) che ne riassumono la complessità. Biological surrogates for benthic communities in marine coastal environments Marine ecologists rarely obtain complete inventories of all of the species in a community. This is generally due to the high costs of exhaustive field surveys. A common alternative is the use of biodiversity indicators or surrogates, which are features of a community that are more easily measured yet highly correlated with species richness, rarity, or composition. The high diversity found in Mediterranean coastal marine ecosystems and the logistical difficulty and expense of sampling these regions, results in an ecosystem where a great deal remains to be discovered. Therefore, our ecological understanding of these ecosystems (and knowledge about the efficacy of conservation efforts) remain largely limited. To overcome this problem, biological surrogates might be used. This project aims to assess the efficacy of biological surrogates for ecological and conservation purposes. The student will question whether a range of taxonomic groups have similar distributions or respond to the environment in a similar way, and whether our understanding of Mediterranean marine ecosystems may be biased when surrogates (derived during the study) are used to develop our ecological understanding. 1. Dauvin JC, Gomez Gesteira L, Salvande Fraga M, 2003 Taxonomic sufficiency: an overview of its use in the monitoring of sublittoral benthic communities after oil spills. Mar Pollut Bull 46: Frid CLJ, Paramor OAL, Brockington S, Bremner J, 2008 Incorporating ecological functioning into the designation and management of marine protected areas. Hydrobiologia 606: Hewitt J, Thrush SF, Dayton PK (2008) Habitat variation, species diversity and ecological functioning in a marine system. J Exp Mar Biol Ecol 366: MacArthur MA, Brook BP, Przeslawski R, Ryan DA, Lucieer VL et al On the use of abiotic surrogates to describe marine benthic biodiversity. Est Coast Shelf Sci 88: Mellin C, Delean S, Caley J, Edgar G, Meekan M et al Effectiveness of biological surrogates for predicting patterns of marine biodiversity: A global meta-analysis. PLOS ONE 6: e Munari C., Mistri M., 2008 Biodiversity of soft-sediment benthic communities from Italian transitional waters. Journal of Biogeography, 35: Munari C., Warwick R.M., Mistri M., 2009 Monitoring with benthic fauna in Italian coastal lagoons: new tools for new prospects. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems 19: Musco L, Terlizzi A, Licciano M, Giangrande A, Taxonomic structure and the effectiveness of surrogates in environmental monitoring: a lesson from polychaetes. MEPS 383: Nordström MC, Lindblad P, Aarnio K, Bonsdorff E, 2010 A neighbour is a neighbour? Consumer diversity, trophic function and spatial variability in food webs. J Exp Mar Biol Ecol 391:

4 10. Törnroos A, Nordström MC, Bonsdorff E, 2013 Coastal Habitats as Surrogates for Taxonomic, Functional and Trophic Structures of Benthic Faunal Communities. PLOS ONE 10: e78910 Tematica: Genetica ed Evoluzione. Sede prevalente di frequenza: Ferrara. Comparison of genomic and linguistic differences in human populations Il posto, finanziato da fondi dello European Research Council sul progetto LanGeLin presso il Dipartimento di Scienze della Vita e Biotecnologie dell Università di Ferrara, è destinato all analisi comparativa della diversità genomica e linguistica in popolazioni di tutto il mondo. Sono richieste capacità di lavorare su un progetto multidisciplinare, buone conoscenze di base in genetica di popolazioni e in biostatistica, ed esperienza nell ambito dell analisi bioinformatica dei genomi. The studentship, supported by funds of the European Research Council project LanGeLin, will be hosted within the Department of Life Sciences and Biotechnologies, University of Ferrara. The study subject will be the comparison of genomic and linguistic diversity in worldwide populations. The successful candidate for this fellowship should be able to work in a multidisciplinary context, should have a good background in population genetics and biostatistics, and experience with the bioinformatic analysis of genomes. 1. Barbujani G, Colonna V (2010) Human genome diversity: frequently asked questions. Trends Genet 26: Barbujani G, Pilastro A (1993) Genetic evidence on origin and dispersal of human populations speaking languages of the Nostratic macrofamily. Proc Natl Acad Sci USA 90: Bolnick DA, Shook BA, Campbell L, Goddard I (2004) Problematic use of Greenberg's linguistic classification of the Americas in studies of Native American genetic variation. Am J Hum Genet 75: Bonatto SL, Salzano FM (1997) A single and early migration for the peopling of the Americas supported by mitochondrial sequence data. Proc Natl Acad Sci USA 94: Bouckaert R, Lemey P, Dunn M, Greenhill SJ, Alekseyenko AV, Drummond AJ, Gray RD, Suchard MA, Atkinson QD (2012) Mapping the origins and expansion of the Indo-European language family. Science 337: Cavalli-Sforza LL, Piazza A, Menozzi P, Mountain J (1988) Reconstruction of human evolution: bringing together genetic, archaeological, and linguistic data. Proc Natl Acad Sci USA 85: Colonna V, Boattini A, Guardiano C, Dall Ara I, Pettener D, Longobardi G, Barbujani G (2010) Long-range comparison between genes and languages based on syntactic distances. Hum Hered 70: Gray RD, Atkinson QD (2003) Language-tree divergence times support the Anatolian theory of Indo-European origin. Nature 426: Gray RD, Drummond AJ, Greenhill SJ (2009) Language phylogenies reveal expansion pulses and pauses in Pacific settlement. Science 323: Lansing JS, Cox MP, Downey SS, Gabler BM, Hallmark B, Karafet TM, Norquest P, Schoenfelder JW, Sudoyo H, Watkins JC, Hammer MF (2007) Coevolution of languages and genes on the island of Sumba, eastern Indonesia. Proc Natl Acad Sci USA 104: Li JZ, Absher DM, Tang H, Southwick AM, Casto AM, Ramachandran S, Cann HM, Barsh GS, Feldman M, Cavalli-Sforza LL, Myers RM (2008) Worldwide human relationships inferred from genome-wide patterns of variation. Science 319: Liu H, Prugnolle F, Manica A, Balloux F (2006) A geographically explicit genetic model of worldwide human-settlement history. Am J Hum Genet 79: Sokal RR (1988) Genetic, geographic, and linguistic distances in Europe. Proc Natl Acad Sci USA 85: Sokal RR, Oden NL, Thomson BA (1992) Origins of the Indo-Europeans: Genetic evidence. Proc Natl Acad Sci USA 89:

5 Tematica: Ecologia ed Etologia. Sede prevalente di frequenza: Parma. Ambienti acquatici marginali come hotspot di biodiversità in bacini idrografici con forti pressioni antropiche: diversità biologica e funzionale degli invertebrati e processi ecosistemici I piccoli sistemi acquatici lentici (es. paludi, zone umide perifluviali, stagni, maceri, pozze temporanee, abbeveratoi, ecc.) sia naturali che artificiali ospitano importanti processi biogeochimici (Wetzel, 2001; Downing, 2010) e sono siti di grande interesse per la conservazione della biodiversità acquatica (Verdonschot et al., 2011). Ad esempio, una recente ricerca ha dimostrato che gli stagni contribuiscono alla biodiversità a livello regionale e possono funzionare come nodi importanti nelle reti ecologiche situate nel paesaggio antropico (Hassall, 2014). Ospitano inoltre una quota importante della biodiversità acquatica, e comprendono un numero elevato di specie rare. La perdita di questi piccoli corpi d'acqua dolce può costituire una minaccia per la conservazione delle popolazioni relitte, in quanto interrompe la connettività tra gli habitat che le ospitano (Martens et al., 2008). Questi ecosistemi sono distribuiti nel paesaggio agricolo e nelle aree naturali residue, ma la conoscenza sulle loro comunità e sul loro funzionamento è scarsa rispetto agli ecosistemi acquatici principali che sono tradizionalmente considerati negli studi limnologici ed ecologici. La marginalità di questi ecosistemi è in genere legata al loro isolamento, alla durata imprevedibile della sommersione e al disturbo naturale o antropico (Rossetti et al., 2006). La ricerca proposta ha come riferimento il territorio della pianura padana e considera diversi gruppi modello di taxa di invertebrati acquatici. I principali obiettivi sono in particolare: indagare distribuzione, modalità di dispersione e capacità di colonizzazione degli ambienti considerati con particolare attenzione alla struttura delle meta-comunità (De Bie et al, 2012.); prevedere la variazione della biodiversità in tutta l'area di studio attraverso lo studio delle relazioni con le forzanti ambientali e spaziali (Astorga et al. 2011); valutare l'influenza di fattori locali (qualità delle acque e dei sedimenti, idroperiodo, ecc), regionali (possibilità di dispersione) e globali (estremi di temperatura, precipitazioni) nel determinare la struttura delle comunità nelle acque lentiche (Cereghino et al., 2009; Tavernini et al, 2009.); analizzare il funzionamento ed i servizi ecosistemici associati ai principali gruppi tassonomici dei macroinvertebrati, in relazione ad altre componenti del sistema bentonico (macrofite); svillupare scenari di gestione integrata utilizzando la gestione del bacino idrografico (RBM) come un approccio per l'uso sostenibile e la conservazione delle risorse acquatiche (Boix et al, 2012.). Small lentic waters as biodiversity hotspots in heavily exploited watersheds: invertebrate biological and functional diversity and ecosystem processes in neglected aquatic ecosystems Small lentic habitats, both natural and artificial (e.g. bogs, perifluvial wetlands, retting ponds, temporary pools, troughs, etc.) are important sites for biogeochemical processing (Wetzel, 2001; Downing, 2010) and aquatic biodiversity conservation (Verdonschot et al., 2011). For example, recent research has demonstrated that ponds contribute a great deal to biodiversity at a regional level as networks of habitat patches that also act as stepping stones to facilitate the movement of species through the landscape (Hassall, 2014). They hold an important fraction of aquatic biodiversity, and include more rare species than any other non-marine aquatic habitat; at the same time, the loss of small freshwater bodies will reduce connectivity among remaining populations, as well as reduce number of organisms (Martens et al., 2008). These ecosystems are widely distributed in agricultural areas and in more pristine environments, but the knowledge on their functioning and biological communities remains relatively scarce when compared to other aquatic ecosystems that are traditionally considered in limnological and ecological studies. The marginality of these ecosystems is generally related to their isolation, unpredictable duration, natural or anthropic disturbance (Rossetti et al., 2006). The proposed research will be carried out in the Emilia Romagna Region, and different selected model groups (with special reference to invertebrates) will be considered. The aims of this study are to address, through an integrated approach at regional scale, some important ecological questions. Our interests in particular are: 5

6 investigating the colonization capacity in lentic species, with special attention to metacommunity structure and dispersal modes (De Bie et al., 2012); predicting the variation of biodiversity across the study area by analyzing environmental and land derived stressors (Astorga et al. 2011); assessing the influence of local (i.e.physico-chemical constraints, hydroperiod, etc.), regional (i.e. dispersal) and global (i.e. temperature and hydrological extremes) processes in determining the structure of communities in lentic waters (Céréghino et al., 2014); analyzing processes and ecosystem services associated with invertebrate fauna and other components of the benthic system (i.e. macrophytes); developing integrated management options using the River Basin Management (RBM) as an approach to sustainable use and conservation of aquatic resources (Boix et al., 2012). 1. Astorga A., Heino J., Luoto M., Muotka T., Freshwater biodiversity at regional extent: determinants of macroinvertebrate taxonomic richness in headwater streams. Ecography, 34: Boggero A., Basset A., Austoni M., Barbone E., Bartolozzi L., Bertani I., Campanaro A., Cattaneo A., Cianferoni F., Corriero G., Dörr A.M., Elia A.C., Ficetola G.F., Kamburska L., La Porta G., Lauceri S., Ludovisi A., Gaino E., Goretti E., Lorenzoni M., Manca M., Marchetto A., Morabito G., Nonnis Marzano F., Oggioni A., Pierri C., Riccardi N., Rossetti G., Ungaro N., Volta P., Zaupa S., Fontaneto D., Weak effects of habitat type on susceptibility to invasive freshwater species: an Italian case study. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems (in press). DOI: /aqc Boix D., Biggs J., Céréghino R., Hull A.P., Kalettka T., Oertli B., Pond research and management in Europe: Small is Beautiful. Hydrobiologia, 698: 1-9. DOI: /s Céréghino R., Boix D., Cauchie H.-M., Martens K., Oertli B., The ecological role of ponds in a changing world. Hydrobiologia, 723: 1-6. DOI: /s y 5. De Bie,T., De Meester L., Brendonck L., Martens K., Goddeeris B., Ercken D., Hampel H., Denys L., Vanhecke L., Van der Gucht K., Van Wichelen J., Vyverman W., Declerck S. A. J., Body size and dispersal mode as key traits determining metacommunity structure of aquatic organisms. Ecology Letters, 15: DOI: /j x 6. Downing J.A., Emerging global role of small lakes and ponds: little things mean a lot. Limnetica, 29: Hassall C., The ecology and biodiversity of urban ponds. WIREs Water, 1: DOI: /wat Martens K., Losson B., Kestemont P., Vyverman W., De Meester L., Integrated management tools for water bodies in agricultural landscapes (MANSCAPE). Final Report EV/29, Belgian Science Policy, Brussels, 127 pp. 9. Rossetti G., Martens K., Meisch C., Tavernelli S., Pieri V., Small is beautiful: diversity of freshwater ostracods (Crustacea, Ostracoda) in marginal habitats of the province of Parma (northern Italy). Journal of Limnology, 65: Shurin J.B., Havel J.E., Leibold M.A., Pinel-Alloul B., Local and regional zooplankton species richness: a scale independent test for saturation. Ecology 81: DOI: / (2000)081[3062:LARZSR]2.0.CO;2 11. Tavernini S., Primicerio R., Rossetti G., Zooplankton assembly in mountain lentic waters is primarily driven by local processes. Acta Oecologica, 35: DOI: /j.actao Verdonschot R.C.M., Keizervlek H.E., Verdonschot P.F.M., Biodiversity value of agricultural drainage ditches: a comparative analysis of the aquatic invertebrate fauna of ditches and small lakes. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 21: DOI: /aqc Wetzel R.G., Limnology. W.B. Saunders Company, Philadelphia, 1006 pp. 6

7 Tematica: Ecologia ed Etologia. Sede prevalente di frequenza: Parma. Relazioni multitrofiche tra formiche, piante e altri insetti: aspetti eco-etologici, sociobiologici ed applicativi Le interazioni trofiche che si verificano tra le componenti degli ecosistemi terrestri costituiscono un complesso network in cui gli insetti giocano un ruolo cruciale. Tra questi, le formiche sono organismi dominanti nella maggior parte degli habitat terrestri e possono stabilire un complesso network di interazioni con la maggior parte delle componenti biotiche dei loro ecosistemi a ogni livello trofico, dai microrganismi ai funghi, da altri animali alle piante. Questa linea di ricerca si propone di affrontare, con un approccio multidisciplinare, lo studio del ruolo e dell impatto delle formiche nei sistemi multitrofici che vedono coinvolte piante e altri insetti, con particolare riguardo agli insetti fitofagi e loro predatori. Lo studio di queste interazioni, oltre a chiarire vari aspetti della eco-etologia delle formiche e del funzionamenti di ecosistemi naturali, potrebbe garantire l acquisizione di conoscenze molto utili per lo sviluppo di nuovi programmi di lotta biologica ed integrata. Multitrophic interactions between ants, plants and other insects: eco-ethological, sociobiological and applicative aspects Trophic interactions occurring among the components of terrestrial ecosystems constitute a complex network in which the impact of insects represent a key element. Ants are dominant organisms in most of the terrestrial habitats and may establish a complex network of interactions with virtually every components of their ecosystems at every trophic level, from microorganisms to fungi, from other animals to plants. This research program is aimed to deepen the study of the role and impact of ants in multitrophic systems involving plants and other insects, in particular phytophagous insects and their predators. The study of these interactions (based on a multidisciplinary approach) not only can shed light on ant behavioural ecology and natural ecosystem functioning but can provide novel insight for applicative issues such as biological control and integrated pest management programs. 1. Benckiser G (2010) Ants and sustainable agriculture. A review. Agron. Sustain. Dev., 30: Choate B, Drummond F (2011) Ants as biological control agents in agricultural cropping systems. Terrestrial Arthropod Reviews, 4: Delabie J.H.C. (2001) Trophobiosis Between Formicidae and Hemiptera (Sternorrhyncha and Auchenorrhyncha): an Overview. Neotropical Entomology 30: Ness J, Mooney K, Lach L (2010) Ants as mutualists. In: Lach L, Parr CL, Abbott KL (eds): Ant ecology, Oxford University Press, New York, pp Philpott SM, Armbrecht I (2006). Biodiversity in tropical agroforests and the ecological role of ants and ant diversity in predatory function. Ecological Entomology, 31: Philpott SM, Perfecto I, Armbrecht I, Parr CL (2010) Ant diversity and function in disturbed and changing habitats. In: Lach L, Parr CL, Abbott KL (eds): Ant ecology, Oxford University Press, New York, pp Rosumek FB, Silveira FAO, Neves F. de S., Barbosa N. P. de U., Diniz L, Oki Y, Pezzini F, Fernandes GW, Cornelissen T (2009). Ants on plants: a meta-analysis of the role of ants as plant biotic defences. Oecologia, 160: Schoonhoven LM, van Loon JJA, Dicke M (2005). Insect-plant biology. Oxford University Press, Oxford. 9. Stadler B, Dixon T (2008) Mutualism: Ants and their Insects Partners. Cambridge University Press, Cambridge. 10. Styrsky JD, Eubanks MD (2007) Ecological consequences of interactions between ants and honeydew-producing insects. Proceedings of the Royal Society B, 274: Van Mele P (2008). A historical review of research on the weaver ant Oecophylla in biological control. Agricultural and Forest Entomology, 10:

8 12. Wielgoss A, Tscharntke T, Rumede A, Fiala B, Seidel H, Shahabuddin S, Clough Y Interaction complexity matters: disentangling services and disservices of ant communities driving yield in tropical agroecosystems. Proceedings of the Royal Society, 281, doi: /rspb Wyckhuys et al. (2013). Current status and potential of conservation biological control for agriculture in the developing world. Biological Control 65: Tematica: Biologia e Biotecnologie vegetali. Sede prevalente di frequenza: Parma. Identificazione, caratterizzazione funzionale e valutazione per fitoremedio di geni per la biosintesi di peptidi tiolici in arundineae Alcuni metalli pesanti e metalloidi sono elementi altamente tossici anche in traccia, e sono fra gli inquinanti più frequenti in siti impattati da attività industriali. Svariate specie di piante hanno sviluppato sistemi in grado di disintossicare i metalli pesanti, in particolare tramite la biosintesi di peptidi tiolici, chiamati fitochelatine. Alcune specie di Poacee appartenenti alla tribù delle Arundineae sono state proposte come candidate per la fitodepurazione di ambienti contaminati da metalli pesanti grazie alla loro crescita rapida ed alla tolleranza a questi inquinanti. Il progetto proposto si prefigge di elucidare le basi molecolari di tale tolleranza e di esplorare il potenziale dei geni biosintetici per la produzione di peptidi tiolici e di enzimi preposti alla loro sintesi (es. fitochelatina sintasi, enzima costitutivo catalizzante la biosintesi delle fitochelatine) in due specie di Arundineae, Arundo donax e Phragmites australis, per migliorarne il potenziale di fitodepurazione. In particolare, il progetto si articola in: (1) identificazione dei geni per la biosintesi di fitochelatina sintasi e di altri enzimi del metabolismo tiolico nei trascrittomi di A. donax e P. australis (He et al. 2012; Sablok et al. 2013); (2) caratterizzazione degli stessi a livello genetico (evoluzione, struttura genica, espressione); 3) analisi funzionale degli enzimi da essi codificati (specificità, attività, capacità di disintossicazione di metalli pesanti, regolazione dell omeostasi di micronutrienti). Il lavoro sarà completato anche impiegando piante terrestri basali e alghe con esse imparentate, al fine di acquisire dati solidi di ordine filogenetico ed evolutivo. Identification, functional characterization and evaluation for phytoremediation of genes for thiol peptide biosynthesis in Arundineae Some metal(loid)s are highly toxic even in trace concentrations, and are among the most common pollutants in sites impacted by industrial activities. Several species of plants have developed systems that can detoxify heavy metals, in particular through the biosynthesis of thiol peptides, namely phytochelatins. Some species of Poaceae belonging to the tribe of Arundineae have been proposed as candidates for phytoremediation of environments contaminated by heavy metals, due to their rapid growth and tolerance to these pollutants. The proposed project is aimed at elucidating the molecular basis of this tolerance and to explore the potential of biosynthetic genes for the production of thiol peptides and enzymes responsible for their synthesis (eg. phytochelatin synthase, constitutive enzyme catalyzing the biosynthesis of phytochelatins) in two species of Arundineae, namely Arundo donax and Phragmites australis, in order to improve their phytoremediation potential. In particular, the project is articulated in: (1) identification of the genes for the biosynthesis of phytochelatin synthase and for other thiol metabolism-connected enzymes in the transcriptomes of A. donax and P. australis (He et al., 2012; Sablok et al., 2013); (2) characterization of these genes at a genetic level (evolution, gene structure, expression); 3) functional analysis of the enzymes encoded by them (specificity, activity, ability of metal detoxification, regulation of micronutrient homeostasis). The work will be completed by employing also basal land plants and evolutionarily-related algae, in order to obtain solid data of phylogenetic and evolutionary value. 1. Ceotto, E., Di Candilo, M., Castelli, F., Badeck, F.-W., Rizza, F., Soave, C., Marletto, V. (2013). Comparing solar radiation interception and use efficiency for the energy crops giant reed (Arundo 8

9 donax L.) and sweet sorghum (Sorghum bicolor L. Moench). Field Crops Research, 149, doi: /j.fcr Hardion, L., Verlaque, R., Baumel, A., Juin, M., & Vila, B. (2012). Revised systematics of Mediterranean Arundo (Poaceae) based on AFLP fingerprints and morphology. TAXON, 61(6), He, R., Kim, M.-J., Nelson, W., Balbuena, T. S., Kim, R., Kramer, R., Gang, D. R. (2012). Nextgeneration sequencing-based transcriptomic and proteomic analysis of the common reed, Phragmites australis (Poaceae), reveals genes involved in invasiveness and rhizome specificity. American Journal of Botany, 99, doi: /ajb Mariani, C., Cabrini, R., Danin, A., Piffanelli, P., Fricano, A., Gomarasca, S., Soave, C. (2010). Origin, diffusion and reproduction of the giant reed (Arundo donax L.): a promising weedy energy crop. Annals of Applied Biology, 157, doi: /j x 5. Mirza, N., Mahmood, Q., Pervez, A., Ahmad, R., Farooq, R., Shah, M. M., & Azim, M. R. (2010). Phytoremediation potential of Arundo donax in arsenic-contaminated synthetic wastewater. BIORESOURCE TECHNOLOGY, 101, doi: /j.biortech Papazoglou, E. G., Serelis, K. G., & Bouranis, D. L. (2007). Impact of high cadmium and nickel soil concentration on selected physiological parameters of Arundo donax L. EUROPEAN JOURNAL OF SOIL BIOLOGY, 43, doi: /j.ejsobi Petraglia A., De Benedictis M., Degola F., Pastore G., Calcagno M., Ruotolo R., Mengoni A., Sanità di Toppi L. (2014). The capability to synthesize phytochelatins and the presence of constitutive and functional phytochelatin synthases are ancestral (plesiomorphic) characters for basal land plants. Journal of Experimental Botany, 65: Sabeen, M., Mahmood, Q., Irshad, M., Fareed, I., Khan, A., Ullah, F., Tabassum, S. (2013). Cadmium Phytoremediation by Arundo donax L. from Contaminated Soil and Water. BioMed Research International, 2013, doi: /2013/ Sablok, G., Fu, Y., Bobbio, V., Laura, M., Rotino, G.L., Bagnaresi, P., Allavena, A., Velikova, V., Viola, R., Loreto, F., Li, M., Varotto, C. (2014) Fuelling genetic and metabolic exploration of C3 bioenergy crops through the first reference transcriptome of Arundo donax L. Plant Biotechnology Journal. Plant Biotechnology Journal, 12, Sanità di Toppi L., Gabbrielli R. (1999) Response to cadmium in higher plants. Environmental and Experimental Botany, 41: Sanità di Toppi L., Pawlik-Skowrońska B. (Editors) (2003). Abiotic stresses in plants. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, ISBN , pp. xviii Sanità di Toppi L., Prasad M.N.V., Ottonello S. (2002) Metal chelating peptides and proteins in plants (chapter 3). In: Physiology and biochemistry of metal toxicity and tolerance in plants, M.N.V. Prasad and K. Strzałka (Editors), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, ISBN , pp Sanità di Toppi L., Vurro E., Rossi L., Marabottini R., Musetti R., Careri M., Maffini M., Mucchino C., Corradini C., Badiani M. (2007) Different compensatory mechanisms in two metal-accumulating aquatic macrophytes exposed to acute cadmium stress in outdoor artificial lakes. Chemosphere, 68: Vymazal, J. (2013). Emergent plants used in free water surface constructed wetlands: A review. Ecological Engineering. doi: /j.ecoleng Tematica: Ecologia ed Etologia. Sede prevalente di frequenza: Parma. Genomica di popolazione della verdesca Prionace glauca: confronto tra popolazioni mediterranee ed atlantiche con lo scopo di definire le dinamiche migratorie della specie Il progetto prevede l applicazione di tecniche innovative di Next Generation Sequencing per l identificazione di marcatori utili a definire la struttura di genetica di popolazione della verdesca in Mar Mediterraneo e effettuare confronti con esemplari catturati nell Oceano Atlantico. I risultati dovrebbero consentire alcune considerazioni su scala zoogeografica sulla base dei livelli di differenziamento 9

10 genetico presenti tra gruppi di verdesche provenienti da aree geografiche diverse. In progetto proposto dal prof. Nonnis Marzano sarà svolto in collaborazione con l'università di Porto Rico. Population genomics of bluefin shark Prionace glauca: comparison between Mediterranean and Atlantic populations to define migratory patterns The project is mainly based on the application of Next Generation Sequencing techniques to identify molecular markers able to assess the population genetic structure of Mediterranean bluefin shark. Comparisons with Atlantic samples should presumably lead to zoogeographic conclusions and define migratory patterns between different marine sectors. 1. Baum et al. (2003) Collapse and Conservation of Shark Populations in the Northwest Atlantic. Science 299: Castoe et al. (2012) Rapid Microsatellite Identification from Illumina Paired-End Genomic Sequencing in Two Birds and a Snake. PLoS One 7: e Dell'Apa et al. (2012) Trends of fish and elasmobranch landings in Italy: associated management implications. Journal Marine Science 69: Fitzpatrick et al. (2011) Development and characterization of 10 polymorphic microsatellite loci for the blue shark, Prionace glauca, and their cross shark-species amplification. Conservation Genetics Resources 3: Maynou et al. (2011) Estimating Trends of Population Decline in Long-Lived Marine Species in the Mediterranean Sea Based on Fishers Perceptions. PLoS One 6: e Mendonca et al. (2012) Identification and characterization of polymorphic microsatellite loci in the blue shark Prionace glauca, and cross-amplification in other shark species. Journal of Fish Biology 80: Queiroz et al. (2012) Spatial Dynamics and Expanded Vertical Niche of Blue Sharks in Oceanographic Fronts Reveal Habitat Targets for Conservation. PLoS One 7: e Sampaio I. Genetic Diversity and Population Structure of the Cosmopolitan Blue Shark Prionace glauca (Linnaeus, 1758) in the Atlantic Ocean. Thesis for: Master Degree, Available at: https://www.researchgate.net/publication/ _genetic_diversity_and_population_structur e_of_the_cosmopolitan_blue_shark_prionace_glauca_%28linnaeus_1758%29_in_the_atlantic_ Ocean 10

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