Obiettivi e caratteristiche del laboratorio
| Numerose forze naturali agiscono sugli organismi viventi, contribuendo alla loro evoluzione. È grazie a queste pressioni selettive, sia abiotiche (come temperatura e umidità) sia biotiche (come le interazioni con altri organismi), che oggi osserviamo un’enorme biodiversità, anche negli ambienti più estremi. Il laboratorio di Ecologia Molecolare ed Evoluzione Animale (AniMEE lab) si occupa di studiare in modo interdisciplinare come queste forze modellano l’evoluzione degli animali, attraverso approcci innovativi di biologia, biologia molecolare, bioinformatica e biostatistica. Le principali linee metodologiche impiegate includono:
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In AniMEE, queste metodologie vengono applicate principalmente a problematiche di interesse ecologico, agrario, veterinario e sanitario. Inoltre, il laboratorio si occupa dello sviluppo di strumenti bioinformatici volti a rendere accessibili queste analisi anche a chi non possiede competenze tecniche avanzate.
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Applicazioni ecologiche
 In alto a destra, esempio di catena trofica. In basso a sinistra, interazione tra ospite e microbiota. In basso a destra, esempio di datazione molecolare dell’origine della specie. |
Le metodologie molecolari adottate in AniMEE sono fondamentali per lo studio e il monitoraggio della biodiversità. Tecniche come barcoding, metabarcoding e metagenomica vengono utilizzate per analizzare il DNA ambientale (eDNA) e ottenere un quadro dettagliato della biodiversità in un ecosistema (animali, piante, funghi, batteri). Queste tecniche sono impiegate anche per lo studio delle reti trofiche, permettendo di comprendere le dinamiche di predazione e di sviluppare modelli matematici predittivi. Grazie a queste analisi, è possibile identificare precocemente elementi invisibili alla sola osservazione diretta, con importanti ricadute sulla conservazione delle specie, il monitoraggio e il controllo delle specie invasive. Filogenesi/filogenomica e genetica/genomica di popolazione sono altresì essenziali per ricostruire le relazioni evolutive tra popolazioni o specie, comprendere gli effetti di fattori ecologici sull’evoluzione, stimare fenomeni di ibridazione o coevoluzione. In AniMEE è in fase di sviluppo consequence, uno strumento bioinformatico che permetterà l’esecuzione di analisi evolutive complete in modo accessibile e guidato. Inoltre, metagenomica e metatassonomia sono utilizzate per studiare come le relazioni ospite-microbiota varino tra specie o tra popolazioni di una stessa specie. Lo studio dei pangenomi (cioè l’insieme dei geni presenti in tutte le popolazioni di un gruppo tassonomico) è un’ulteriore area di interesse. In questo ambito, AniMEE sta sviluppando un progetto sul pan-metagenoma, mirato a caratterizzare la variabilità dei microbi simbionti in diverse popolazioni animali, al fine di esplorare l’intero spettro delle possibili interazioni microbiche per una determinata specie. |
Pubblicazioni associate:
- Vilaça, S. T., Piccinno, R., Rota-Stabelli, O., Gabrielli, M., Benazzo, A., Matschiner, M., Soares, L. S., Bolten, A. B., Bjorndal, K. A., & Bertorelle, G. (2021). Divergence and hybridization in sea turtles: Inferences from genome data show evidence of ancient gene flow between species. Molecular ecology, 30(23), 6178–6192. https://doi.org/10.1111/mec.16113
- Piccinno, R., Tatti, A., Avosani, S., Galla, G., Lazazzara, V., Pedrazzoli, F., Zadra, N., Rodeghiero, M., Seljak, G., Özgen, İ., Hauffe, H. C., Verrastro, V., Rossi Stacconi, M. V., Mazzoni, V., & Rota-Stabelli, O. (2024). A multidisciplinary approach to tackling invasive species: barcoding, morphology, and metataxonomy of the leafhopper Arboridia adanae. Scientific reports, 14(1), 2229. https://doi.org/10.1038/s41598-023-49410-9
Applicazioni agrarie
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Il settore agricolo è sempre più esposto alla minaccia delle pesti, in particolare quelle aliene, il cui impatto è aggravato dai cambiamenti climatici e dalla globalizzazione. Esempi rilevanti sono Drosophila suzukii (moscerino dei piccoli frutti) e Halyomorpha halys (cimice asiatica), che rappresentano gravi problemi per l’agricoltura a causa della loro rapidità di adattamento, resistenza ai metodi di controllo convenzionali e mancanza di predatori naturali nei nuovi ambienti. In questo contesto, lo studio dell’ecologia delle pesti è cruciale per individuare agenti biologici di controllo, come parassitoidi e batteri, da introdurre in modo sicuro per contenere o eradicare le infestazioni. Il progetto principale attualmente in corso presso AniMEE si inserisce proprio in questo ambito. WICKED, finanziato da Fondazione Cariplo, ha come obiettivo lo studio del batterio Wolbachia in D. suzukii, per comprenderne l’efficacia nel controllo biologico dell’ospite. Il progetto combina biostatistica, trascrittomica, metatrascrittomica e biologia strutturale (in collaborazione con il Laboratorio di Biologia Strutturale Armenise-Harvard, prof. Federico Forneris). Wolbachia è noto per la sua capacità di alterare la riproduzione degli insetti ospiti, e viene impiegato insieme alla tecnica dell’insetto sterile per ridurre le popolazioni infestanti. Pubblicazioni associate:
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  In basso: moscerino dei piccoli frutti (Drosophila suzukii) maschio. Immagini prese da Wikimedia Commons. |
Applicazioni sanitarie e veterinarie
  In basso: mosca tsé tsé (Glossina morsitans). Immagini prese da Wikimedia Commons. |
Le stesse tecnologie impiegate in ambito agrario trovano applicazione anche nel campo della salute pubblica e veterinaria. Diverse specie animali, sia autoctone sia alloctone, rappresentano una minaccia diretta per l’uomo e per gli animali da compagnia o da allevamento, in quanto vettori di patogeni e/o parassiti. Attualmente, AniMEE è coinvolto nello studio della zanzara tigre asiatica (Aedes albopictus) e della mosca tsé-tsé (Glossina spp.), applicando strumenti di genetica di popolazione, filogenesi, metatassonomia e trascrittomica, con l’obiettivo di comprendere le dinamiche evolutive e ecologiche di questi vettori e sviluppare strategie di contenimento più efficaci. Pubblicazioni associate:
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