Phylogeography and conservation genetics of parnassius mnemosyne l. : 1758 (lepidoptera, papilionidae)

Present work is addressed at providing basic information about relationships between patterns of geographic distribution and genetic variation in populations of the montane butterfly Parnassius mnemosyne. A total of 172 individuals from 58 localities representing most of the species range have been sequenced at part of two mitochondrial genes (COI and ND5) and one nuclear gene (EF-1α). A sample of 397 individuals from 16 italian localities (Central-Eastern Alps, Central Apennine and Sicily) has been characterized at 5 newly developed microsatellite loci. Phylogeographic analysis of mitochondrial and nuclear sequences showed that P. mnemosyne populations bear genetic traces of a geographic history about one million years long. Highly divergent mitochondrial lineages mark at least two evolutionarily significant units in Europe, which may indeed represent different species. Nested Clade Analysis was employed in a reconstruction of the main stages of the history of the species during the Pleistocene, including possible evidences of survival in Northern refugia during last glacial episodes. Novel microsatellite markers have been tested on some critical areas and provided evidences of genetic structuring at the scale of a few kilometers. Marked reduction of genetic variability was evidenced in “marginal” populations from Monti Aurunci (Lazio) and Sicily. Results are meant to offer a genetically based framework for planning future conservation effort.

Il presente lavoro ha l’obiettivo di fornire una base di informazioni sulle relazioni tra la distribuzione spaziale e la variazione genetica in popolazioni del lepidottero Parnassius mnemosyne. Un totale di 172 individui provenienti da 58 località, rappresentative dell’intero areale della specie, sono stati caratterizzati per le sequenze di due geni mitocondriali (COI e ND5) e un gene nucleare (EF-1α). Un campione di 397 individui da 16 località italiane (Alpi centro-orientali, Appennino Centrale e Sicilia) è stato analizzato impiegando 5 loci microsatellite appositamente sviluppati. I risultati hanno messo in luce evidenze genetiche della lunga e complessa storia geografica di questa specie e l’analisi della distribuzione geografica degli aplotipi mitocondriali ha permesso di ricostruirne con una certa accuratezza le tappe più significative. È chiaro che P. mnemosyne aveva raggiunto una distribuzione Eurasiatica simile all’attuale già alla fine del Pleistocene inferiore. La presenza di aplogruppi fortemente differenziati in aree geografiche distinte indica chiaramente che periodi di grande frammentazione dell’areale hanno contraddistinto il Pleistocene medio e superiore. In particolare, le popolazioni dell’Europa sud-occidentale (Pirenei, penisola Italiana, Sicilia, Alpi Occidentali) e quelle dell’Europa nord-orientale (dalle Alpi Orientali, e la Penisola Balcanica fino agli Urali) appaiono caratterizzate da aplotipi mitocondriali altamente divergenti (l’inizio della divergenza è databile a oltre 1 milione di anni fa) e da sequenze nucleari distinte. I due gruppi meritano senz’altro di essere considerati come differenti Unità Evolutivamente Significative (ESUs) e rappresentano probabilmente specie distinte sensu Mayr. Popolazioni portatrici dei due diversi aplogruppi sono state osservate a poche decine di chilometri di distanza nelle Alpi centro-orientali italiane e non mostrano traccia di introgressione mitocondriale e nucleare. L’impiego del DNA microsatellite ha confermato il completo differenziamento tra i profili genetici di individui portatori dei differenti aplotipi mitocondriali. I marcatori microsatellite hanno permesso di individuare l’esistenza di una debole struttura genetica su scala locale nelle popolazioni del Parco Regionale dei Monti Simbruini (Lazio) e hanno evidenziato una significativa riduzione della variabilità genetica nelle popolazioni marginali dei Monti Aurunci (Lazio) e soprattutto della Sicilia. I risultati ottenuti intendono costituire una base di conoscenze genetiche utile alla pianificazione di future misure volte alla conservazione della specie.