Biosystematics and integrative taxonomy of the Dianthus virgineus complex (Caryophyllaceae) in Central Mediterranean

Riassunto Le specie rappresentano ipotesi sulla distribuzione della variabilità biologica in natura, dove ipotesi più robuste sono supportate da molteplici linee di evidenza. Nel Mediterraneo centrale il complesso di Dianthus virgineus L. comprende 21 taxa, principalmente riconosciuti su base morfologica. Il mio progetto di dottorato ha avuto come principale obiettivo quello di indagare la variazione biologica e di testare, tramite un approccio di tassonomia integrata, il supporto di tutti i taxa centro-mediterranei del complesso. Inizialmente mi sono concentrato sulla variazione citogenetica, rivelando che tutti i taxa centro-mediterranei sono diploidi e che la variazione della quantità relativa di DNA segue la distribuzione geografica delle popolazioni e non la loro attribuzione tassonomica. Successivamente, ho impiegato la tassonomia integrata (morfometria, genetica, e comparazione di nicchia climatica) per testare il valore tassonomico dell’endemita appenninico D. brachycalyx A.Huet & É.Huet ex Bacch., Brullo, Casti & Giusso, mostrando che in realtà rappresenta un insieme di morfotipi di alta quota, geneticamente distanti appartenenti ad una singola specie. Poi, ho valutato la riconoscibilità dei taxa centro-mediterranei, principalmente impiegando i Gaussian Mixture Models, concludendo che un criterio geografico per delimitare i gruppi morfologici è ben più supportato della tassonomia corrente. Infine, ho investigato la struttura genetica delle popolazioni studiate, rivelando che tutti i taxa centro-mediterranei appartengono ad una singola linea evolutiva, strutturata in accordo con la geografia. Nel complesso, questi dati non supportano l’attuale tassonomia inflazionata, bensì supportano l'ipotesi di un'unica specie con due sottospecie allopatriche. Le ipotesi tassonomiche ed evolutive derivanti dai risultati di questo progetto sono discusse in dettaglio in questa tesi, con alcune implicazioni per la conservazione. Abstract Species represent hypotheses about how biological diversity is structured in nature, with robust hypotheses supported by multiple lines of evidence. In the central Mediterranean, the Dianthus virgineus L. complex comprises 21 taxa, mostly recognized by morphological characters, and still awaits more in-depth studies. In the absence of solid evidence for evolutionary divergence among the central Mediterranean taxa of the D. virgineus complex, my three-year PhD project carried out integrated biosystematic investigations to uncover patterns of diversification and test existing taxonomic hypotheses. Firstly, I focused on cytogenetic variation, revealing a constant diploid status of all central Mediterranean taxa and relative genome size variation following a geographical pattern rather than accepted taxonomy. Second, I used integrative taxonomy (morphometry, genetics and climatic niche comparison) to test the taxonomic value of the Apennine endemic D. brachycalyx A.Huet & É.Huet ex Bacch., Brullo, Casti & Giusso, showing that it actually represents an ensemble of high altitude, genetically unrelated morphotypes. Thirdly, the morphometric recognition of all central Mediterranean taxa was assessed, mostly using model-based clustering, i.e. Gaussian Mixture Models, showing that a geographical criterion for delimiting morphological groups is much more supported than current taxonomy. Finally, the genetic structure of the studied populations was investigated by genotyping thousands of genome-wide SNPs using the ddRAD-seq approach, revealing that all central Mediterranean taxa belong to a single genetic lineage structured according to geography. Taken together, these data do not support the current inflated taxonomy, but support a single-species hypothesis with two allopatric subspecies. Taxonomic and evolutionary hypotheses arising from the results of this project are discussed in detail in this thesis, with some conservation implications.