Aquesta tesi tracta de la diversitat de la vegetació de les molleres i les torberes d’esfagnes, i de la seva distribució i arranjament al llarg de gradients ambientals a diferents escales. El marc geogràfic en el que es desenvolupa la nostra recerca és la península Ibèrica i els Pirineus francesos, i la Terra del Foc (Argentina). La vegetació de les molleres i de les torberes d’esfagnes és singular en tant que presenta múltiples espècies característiques, i és diversificada pel gran nombre de comunitats vegetals que s’hi han descrit. Especialment a les muntanyes alpines del sud d’Europa, aquests aiguamolls són sistemes fràgils i objectius prioritaris de conservació, ja que unit a la seva raresa natural, es veuen afectats per les activitats humanes. Els fonaments sobre l’organització i funcionament d’aquesta vegetació es basa en estudis realitzats en sistemes boreals i temperats freds. En canvi, a les muntanyes del sud d’Europa, el coneixement és insuficient. Aquí, a diferència de les extenses torberes boreals, aquests tipus de vegetació s’organitzen de forma complexa en mosaics intricats que ocupen petites superfícies en indrets topogràficament favorables. Per la seva banda, la Terra del Foc, conté extenses torberes insuficientment investigades. Per contribuir al coneixement d’aquests aiguamolls, vam mostrejar intensivament nombroses àrees pirinenques i la Terra del Foc, i vam analitzar la informació recollida en milers d’inventaris de vegetació per nombrosos autors al llarg dels segles XXè i XXIè. Vam posar l’èmfasi a mesurar les variacions de la posició de la capa freàtica i en recollir informació detallada dels briòfits, aspectes negligits en molts estudis previs. A partir de l’estudi detallat de vuit sistemes de molleres i de torberes d’esfagnes, cinc als Pirineus i tres a la Terra del Foc, vam relacionar les principals variables ambientals físico-químiques amb la variació florística. D’una banda, tant als Pirineus com a la Terra del Foc, la posició de la capa freàtica va ser la variable més important per explicar els patrons en vegetació a escala de detall. D’altra banda, en analitzar per separat l’arranjament dels briòfits, aquests van respondre més a la química de l’aigua (pH) que no pas a la posició de la capa freàtica. A més a més, vam poder explicar la singularitat florística a partir de la singularitat ecològica. Així, les rareses botàniques es van concentrar en sistemes humits que contenien hàbitats singulars, com les catifes d’esfagnes tremoloses i els bonys d’esfagnes. D’altra banda, a escala regional, la principal variació florística a la Terra del Foc va ser causada pel gradient latitudinal, molt correlacionat amb la variació de les variables climàtiques. Igualment, als Pirineus, l’estructura espacial va ser el principal rector de l’organització de la diversitat florística a les molleres i a les torberes d’esfagnes. D’aquesta manera, a escala regional, el conjunt d’espècies locals va resultar un element clau. Fruit de l’estudi d’uns 6.500 inventaris de vegetació de la península Ibèrica i dels Pirineus, vam obtenir que tota la vegetació higròfila de muntanya forma un sol i singular conjunt florístic, mostrant la importància de la humitat edàfica en l’organització de la flora i la vegetació de muntanya. A escala regional, els principals gradients ambientals que van regir l’arranjament de comunitats vegetals higròfiles són la fertilitat i el pH. La influència oceànica també va ser molt important i es va manifestar a escales de desenes o centenars de quilòmetres. Finalment, fruit de l’estudi detallat de les molleres de la Vall d’Aran, vam reconèixer-hi vint-i-dues associacions vegetals i en vam descriure dues de noves (Calliergo gigantei-Narthecietum ossifragi i Straminergo straminei-Caricetum curtae). / This book focuses on mire ecology and biogeography. We studied the distribution and arrangement of plant assemblages along environmental gradients at different scales. We developed our research in the Iberian mountains and the Pyrenees, and in Tierra del Fuego (Argentina). Peatland and mire ecology has traditionally focused on boreal and cold temperate climatic zones in the Northern Hemisphere, and therefore we have very limited knowledge on the ecology and biogeography of mires in the alpine ranges of Central and Southern Europe. Similarly, the fens of Tierra del Fuego are poorly studied. In order to contribute to a better understanding of these wetlands, we sampled 15 mire systems in the Pyrenean range and 3 in Tierra del Fuego. Also, we analyzed thousands of floristic relevés of hygrophilous vegetation stored at the SIVIM database. We put a particular emphasis on both the measurement of the fluctuation of the depth to the water table and the gathering of the most detailed bryophyte information, because they were neglected in the previous published research. On the whole, at fine scale the most correlated variable to the variation of plant communities was the depth to the water table. However, the bryophyte assemblages were more sensitive to changes in the soil pH than to the water regime. Moreover, the concentration of botanical rarities on a few singular mire systems in the Pyrenees could be explained by the ecological diversification of habitats, driven mainly by the elongation of the water table gradient. At regional scale, on the one hand, bioclimatic variables, spatial structure of the vegetation and the local species pools have most likely played a major role on the diversification of the mire flora and vegetation. Further, fertility and pH gradients were the most influential among the soil and groundwater factors. Finally, we reported 22 plant associations from Vall d’Aran, two of which are newly described (Calliergo gigantei-Narthecietum ossifragi i Straminergo straminei-Caricetum curtae).

El desenvolupament i l'expansió de l'agricultura en els seus orígens va comportar la selecció d'una flora associada a aquests ambients, les espècies arvenses. Aquestes espècies, però, han estat considerades un factor limitant per a la producció agrícola de manera que el control i la reducció de les seves poblacions ha estat un dels objectius principals de les estratègies agrícoles. No obstant, el nombre d'espècies arvenses realment nocives és limitat. La majoria d'espècies arvenses rarament provoca grans pèrdues de producció i, en canvi, contribueix de manera considerable a la biodiversitat d'aquests hàbitats. Malgrat tot, les poblacions d'algunes espècies pròpies dels conreus cerealistes de secà han patit importants davallades a causa dels canvis en la gestió agrícola succeïts en les últimes dècades, fins al punt de convertir-ne algunes en molt poc freqüents o fins i tot extingides regionalment. Malauradament, a la regió mediterrània la raresa d'aquestes espècies ha atret comparativament poc l'atenció d'investigadors i conservacionistes. En aquesta tesi s'ha aprofundit en el coneixement sobre les poblacions d'espècies arvenses característiques dels camps de cereals de secà (comunitats de l'ordre fitosociològic Secalietalia cerealis Br.-B1., 1936) a Catalunya i s'han avaluat els motius pels quals algunes d'aquestes espècies han esdevingut poc freqüents en aquests hàbitats. Amb aquesta finalitat, l'estudi s'ha estructurat al voltant de dos eixos principals: 1) l'anàlisi de la freqüència de les espècies segetals i especialment d'aquelles que han esdevingut rares en relació amb la gestió dels cultius cerealistes de Catalunya i 2) l'avaluació dels efectes que tenen les pràctiques agrícoles sobre l'eficàcia biològica d'algunes d'aquestes espècies. L'estudi ha estat organitzat al voltant d'aquestes dues línies d'investigació de manera complementària. En la primera línia, de caràcter observacional, s'ha avaluat la diversitat d'espècies segetals a les vores dels camps cerealistes de la Depressió Central Catalana gestionats de manera ecològica en relació amb les pràctiques agrícoles i amb les característiques paisatgístiques a diferents nivells (dins de la parcel.la, a nivell de parcel.la i a nivell de finca). En l'altra línia d'investigació, de caràcter experimental, dos estudis sota condicions controlades han permès avaluar els efectes de determinades pràctiques agrícoles (l’aplicació d’herbicides i la fertilització) sobre el creixement i la capacitat reproductiva de diverses parelles d’espècies segetals, una més rara i l’altra més comuna, de diferents famílies. Les espècies arvenses característiques i rares correlacionen més amb els factors que actuen a escala de parcel·la que amb els factors que actuen de la mateixa manera per tota la finca o amb les característiques del paisatge. La gestió ecològica sostinguda durant el temps comporta l’augment de la diversitat d’espècies segetals. No obstant, la intensitat de les pràctiques agrícoles en els camps de gestió ecològica són molt variables. Per aquest motiu, les estratègies per preservar les espècies segetals haurien de considerar les pràctiques específiques tals com la sembra de cereal, especialment de tardor, després d’una llaurada sense inversió de les capes del sòl. A la vegada, però, convindria racionalitzar la fertilització, encara que aquesta sigui orgànica, per no comprometre la producció i alhora, garantir la persistència de les espècies segetals. La continuada pressió de l’aplicació d’herbicides i les elevades aportacions de fertilitzants minerals en els sistemes agrícoles de gestió convencional han afectat negativament les poblacions d’espècies segetals. Efectivament, aquestes pràctiques afecten negativament el creixement i la reproducció de les espècies segetals. Ara bé, les baixes freqüències de les espècies segetals més rares no correlacionen amb les diferències trobades entre espècies en els efectes d’aquestes pràctiques. La raresa d’aquestes espècies sembla ser, doncs, conseqüència de diversos factors o de la interacció entre ells i sempre amb una incidència que varia d’una espècie a l’altra. / Many arable plant species that inhabit almost exclusively in cereal fields have undergone severe population declines owing to agricultural intensification. These species, indicators of sustainability in agricultural systems, should be considered in conservation programs, but their conservation must be based on the maintenance of cropping activities. Unfortunately, in the Mediterranean region characteristic arable species have attracted relatively little the attention of researchers and conservationists. This thesis deepens our knowledge on the characteristic arable species of winter cereal fields, and assesses the reasons why some of these species have become rare in these habitats. We assessed which farming practices and landscape characteristics favour the presence of these species, both common and rare, at the edges of a large number of organically managed fields in the Central Catalan Depression. We also evaluated experimentally the effects that particular farming practices (herbicide application and fertilization) have on the fitness of certain segetal species. Characteristic and rare arable species correlate better with the factors operating at the field scale than with the factors that depend on the farm or with the landscape characteristics. The intensification of organic farming practices is highly variable. Therefore, specific farming practices such as autumn-sowing of cereal crop varieties, non-inversion tillage and the adjustment of the fertilization should be promoted to benefit the presence of characteristic arable species at the field level, whose effects scale up at the farm level. The high specificity of the segetal species to the dry land cereal habitats and the continued pressure from the application of herbicides and the high inputs of mineral fertilizers in the conventional farming systems have affected negatively their populations. Indeed, these farming practices cause significant effects on the growth and reproduction of the segetal species. However, the particularly low frequency of some of these species does not correlate with the differential effects of these practices. Thus, the rarity degree of these species is likely to be the consequence of several factors, or probably the interaction of some of them, whose effects may vary from one species to another.

A la conca Mediterrània els principals factors que afecten el rendiment dels cultius agrícoles són la sequera i el dèficit de nitrogen. És necessària la recerca de noves eines de fenotipejat per accelerar la millora genètica pel rendiment potencial i l'adaptació dels cultius a condicions limitants. Aquesta Tesi ha estudiat composició isotòpica de carboni (δ13C), oxigen (δ18O) i hidrogen (δ2H), en la seva abundància natural, de diferents cereals. Referent a la δ13C només la composició dels grans madurs van mostrar correlacions fenotípiques (negatives) consistents amb el rendiment del gra (GY) en blat dur, sobretot sota condicions d'estrès moderat (Capítol 5). Aquesta Tesi també proposa l’ús de la δ13C com una aproximació per quantificar la contribució relativa dels diferents òrgans de la planta a l'ompliment del gra (Capítols 1 i 2). L’objectiu es poder emprar la δ13C per seleccionar cereals amb una major fotosíntesi de l'espiga. En blat dur l'aproximació de la δ13C va assignar un paper més gran a l'espiga (tant de l'òrgan sencer com de les arestes) en comparació a la fulla bandera i al peduncle (que representa els assimilats que provenen de les parts inferiors de l'espiga), especialment en les varietats antigues, amb independència de les condicions de creixement. Sota bones condicions agronòmiques, la contribució de les arestes de l’espiga a l'ompliment del gra de blat fariner també va ser més important que la de la fulla bandera. Finalment aquesta aproximació basada en la δ13C de diferents parts de planta es va comparar amb altres aproximacions convencionals com són l'ombrejat o l'aplicació de l'herbicida DCMU a la planta (Capítol 3). Els tractaments d'ombrejat de l'espiga i de la tija van contribuir de forma similar a l'ompliment del gra. Per contra, l'aproximació del DCMU va assignar un paper major a la fotosíntesi de la tija, però l'aplicació de l’herbicida a la tija també va afectar l'espiga, esbiaixant el pes final dels grans. Aquesta Tesi també va estudiar l'isòtop d'oxigen tant en blat de moro (Capítol 4) com en blat dur (Capítol 5). En el blat de moro, les correlacions genotípiques entre la δ18O i el GY van ser marginals, tot i que les sedes va ser l'òrgan que millor va correlacionar amb el GY. En el blat dur les correlacions fenotípiques entre la δ18O dels grans i el GY també van ser marginals. Només va correlacionar fortament la δ18O de l'aigua de la fulla quan es van combinar els dos règims hídrics (reg suplementari i sequera). L'absència de correlacions de la δ18O podria ajudar a descartar els teixits de les plantes que són més susceptibles als processos de fraccionament post-fotosintètic. Escollir l’òrgan idoni pot ajudar a millorar l’ús de la δ18O com a eina de millora de cultius. Per últim es va comparar la δ13C i la δ18O amb la δ2H (Capítol 5). La δ2H en els grans de blat dur va correlacionar contra el GY millor que els altres dos isòtops en condicions de sequera però combinant nivells de nitrogen contrastats. També es van observar correlacions genotípiques entre la δ2H dels foto-assimilats de l'espiga contra el GY. A més, la δ2H de les fulles va correlacionar més amb la δ13C que no pas amb la δ18O, el que suggereix que la δ2H dels foto-assimilats de la fulla no només està afectada per la transpiració i la conductància estomàtica sinó també per les reaccions fotosintètiques. A més, els valors baixos de la δ2H a l’espiga comparats amb els dels grans donen suport al paper fotosintètic de l’espiga, el que recolza els resultats obtinguts en els Capítols 1, 2 i 3. / This Thesis has studied the isotope composition on its natural abundance of carbon (δ13C), oxygen (δ18O) and hydrogen (δ2H) as phenotypic traits for cereal breeding and crop adaptation to optimal and limited agronomic conditions. Regarding the δ13C, only mature grains showed consistent phenotypic correlations (negative) against grain yield in durum wheat, especially under moderate stress conditions. In addition δ13C is also proposed as a tool to quantify the relative contribution of different plant organs to grain filling. In durum wheat and bread wheat δ13C approach assigned a higher role to the ear (both whole body and awns) compared to the flag leaf and peduncle (which integrates the assimilates produced by photosynthetic organs below the ear), regardless of growing conditions. Finally, δ13C approach based on the different plant parts was compared with other conventional approaches, such as shading or herbicide DCMU application, which assigned on average a comparable contribution to the ear than the culm. This thesis also studied the δ18O in maize and durum wheat. In both crops, phenotypic correlations between δ18O and grain yield were marginal. Only δ18O of leaf water in durum wheat was strongly correlated with GY when combining two water regimes. The absence of such correlations will eventually help to understand the use of δ18O as a genotype selection tool for the adaptation of maize and other crops to drought. Finally the δ13C and δ18O were compared with δ2H in durum wheat. δ2H performed better than the other two isotopes predicting grain yield and nitrogen content under water stress but contrasting nitrogen regimes. Besides, genotypic correlations between δ2H in the ear water-soluble fraction and grain yield were observed. In addition, δ2H in the water soluble fraction of leaves was better correlated against δ13C than with δ18O, suggesting that δ2H of leaf photo-assimilated is affected not only by transpiration and stomatal conductance but also by the photosynthetic reactions. In addition, the low values observed in the δ2H in the ear compared to mature grains supported the photosynthetic role of the ear, which reinforced results obtained in other chapter of this Thesis.

Els cloroplasts presenten una activitat respiratòria anomenada clororespiració, que consisteix en una cadena de transport electrònic des del NAD(P)H fins a l’oxigen i que està situada a les membranes tilacoidals. En aquesta cadena respiratòria participen el complex NAD(P)H deshidrogenasa (Ndh), la plastoquinona i la oxidasa terminal plastidial (PTOX). La seva funció està probablement relacionada amb l’adaptació de la fotosíntesi en situacions d’estrès o davant dels canvis en l’ambient. La possible existència d’una activitat respiratòria en plastidis no fotosintètics ha estat molt poc estudiada. Durant la maduració del tomàquet, els cloroplasts del fruit verd es diferencien en cromoplasts, els quals acumulen carotenoides i són fotosintèticament inactius. Durant aquest procés les membranes tilacoidals es desmantellen i l’aparell fotosintètic es degrada. No obstant, diversos transportadors electrònics es mantenen (Ndh, citocrom b6f i PTOX), així com l’ATP sintasa. Aquest fet suggereix que els cromoplasts podrien mantenir una activitat respiratòria similar a la clororespiració. En aquest treball es van realitzar estudis de respiració utilitzant cromoplasts aïllats de tomàquets madurs. Es va observar que els cromoplasts consumeixen oxigen activament, i aquest consum és estimulat pels donadors d’electrons NADH i NADPH. A més, la respiració de cromoplasts respon al desacoblador CCCP, suggerint que possiblement està relacionada amb la creació de gradients de protons a través de membranes. Per últim, es va comprovar que el consum d’oxigen és inhibit per un inhibidor de la PTOX, l’octil gal·lat, indicant que la PTOX és l’oxidasa terminal de la cadena respiratòria. Per altra banda, es va observar que els cromoplasts aïllats són capaços de sintetitzar ATP en presència de NADH i NADPH. Igual que el consum d’oxigen, la síntesi d’ATP és inhibida per l’octil gal·lat i respon al CCCP. Es van realitzar mesures en presència d’un inhibidor específic del complex citocrom b6f i la síntesi d’ATP va quedar parcialment inhibida, la qual cosa suggereix que el citocrom b6f participa en la cromorespiració. A més, es va estudiar l’efecte d’un inhibidor de les NAD(P)H deshidrogenases i es va observar que produïa un efecte diferent segons el donador d’electrons emprat, suggerint la presència de dues NAD(P)H deshidrogenases diferents. Per confirmar la presència del citocrom b6f en els cromoplasts, es va fer un estudi per tècniques d’immunocitoquímica fent servir un anticòs contra el citocrom f i es va localitzar a l’interior dels cromoplasts de tomàquet. En la cromorespiració, un possible acceptor d’electrons per al citocrom b6f és el citocrom c6, doncs es va observar que la seva expressió augmenta durant la maduració. Per altra banda es va intentar identificar una possible NAD(P)H deshidrogenasa alternativa al complex Ndh que participés en la cromorespiració. Les NAD(P)H deshidrogenases tipus II (Ndh-2) són enzims monomèrics que es troben a plastidis, mitocondris i peroxisomes. El genoma del tomàquet conté set gens que codifiquen Ndh-2. Es va estudiar l’expressió dels set gens en diversos teixits de tomaquera i durant la maduració del tomàquet, i es va trobar que quatre Ndh-2 són presents en el fruit madur. A continuació, es va estudiar la seva localització subcel·lular mitjançant la fusió d’aquestes Ndh-2 amb la YFP i l’expressió transitòria de les proteïnes quimèriques en fulles de plantes de tabac, i es va comprovar que dues Ndh-2 són plastidials. Per tant, aquestes Ndh-2 són candidates que podrien participar en la cromorespiració. Per comprovar quina podia ser la contribució de la cromorespiració en relació a la respiració total del tomàquet, es van realitzar estudis amb fragments de pericarp fent servir l’inhibidor octil gal·lat. Els resultats obtinguts mostren que la respiració associada a l’activitat de la PTOX augmenta durant la maduració del fruit i representa un 25% de la respiració total quan és madur. A més, també es va comprovar que la cromorespiració contribueix significativament al contingut d’ATP total del pericarp de fruit madur. / Chloroplasts present a respiratory process called chlororespiration. This activity consists in an electron transport pathway from NAD(P)H to oxygen which it is located in thylakoidal membranes, and it involves the plastidial terminal oxidase (PTOX) and the NAD(P)H dehydrogenase complex (Ndh). Its function is related with photoprotection and the adaptation of photosynthesis in changing environmental conditions. However, the existence of a similar respiratory process in non-photosynthetic plastids was less studied. During tomato (Solanum lycopersicum) fruit ripening, chloroplasts differentiate into photosynthetically inactive chromoplasts. In this work, we have shown that isolated tomato fruit chromoplasts present an oxygen consumption activity which is stimulated by the electron donors NADH and NADPH. This respiratory activity is sensitive to the uncoupler CCCP, suggesting that it could be related to the generation of membrane proton gradients. It is also affected by octyl gallate (Ogal), a PTOX inhibitor. The ATP synthesis rate of isolated chromoplasts was quantified, and we observed that it is dependent on the supply of NAD(P)H and is fully inhibited by Ogal. Also, the ATP synthesis is sensitive to a cytochrome b6f complex inhibitor, and the possible participation of this complex in chromorespiration is supported by the detection of cytochrome f in chromoplasts using immunoblot and immunocytochemical techniques. The observed increased expression of cytochrome c6 during ripening suggests that it could act as electron acceptor of the cytochrome b6f complex in chromorespiration. In addition, we studied the family of type II NAD(P)H dehydrogenases in tomato (Ndh-2), which includes seven genes. Four Ndh-2 are expressed in ripe tomato fruit, and two of them (nda2 and ndc1) are located in plastids, so they are candidates to participate in chromorespiration. On the other hand, the effects of Ogal on respiration and ATP levels were also studied in tissue samples. Oxygen uptake of mature green fruit and leaf tissues was not affected by Ogal, but was inhibited increasingly in fruit pericarp throughout ripening (up to 25% in red fruit). Similarly, Ogal caused a significant decrease in ATP content of red fruit pericarp. The number of energized mitochondria, as determined by confocal microscopy, strongly decreased in fruit tissue during ripening. Therefore, the contribution of chromoplasts to total fruit respiration appears to increase in late ripening stages.

La pérdida de biodiversidad se ha acentuado en los últimos años debido a numerosas amenazas que incluyen la destrucción y degradación del hábitat, el cambio climático, la propagación de especies invasoras y la sobreexplotación. Por tanto, uno de los principales retos de la biología de la conservación es detener su continuo y acelerado declive. Sin embargo, mientras fenómenos como el calentamiento global, la contaminación y los cambios en los usos del suelo operan en áreas muy grandes o durante largos períodos de tiempo, los datos de campo que caracterizan la investigación ecológica se recogen normalmente en áreas relativamente pequeñas durante estudios de corta duración. Por tanto, los científicos necesitan cada vez más la utilización de medidas y datos locales para evaluar estos cambios a escala paisajística, regional y global, y modelos o simulaciones estadísticas para extrapolar estos datos ambientales al espacio geográfico. La presente Tesis doctoral estudia la aplicabilidad del modelado de la distribución de especies (MDE) en el análisis de la diversidad vegetal, mediante el uso de distintas técnicas de modelado, escalas geográficas y niveles de organización de plantas. Es por tanto, una investigación aplicada que pretende mostrar la utilidad de nuevas herramientas de análisis espacial para la gestión y conservación de la diversidad vegetal. El estudio se ha realizado a través de diferentes aproximaciones, con el objetivo de: i) describir patrones de riqueza de plantas en Cataluña y detectar puntos calientes de biodiversidad en la región, mediante la utilización de tres técnicas distintas de modelado y en base a la distribución conocida de toda su flora (Capítulo 1); ii) evaluar el efecto del cambio climático en las regiones alpinas y subalpinas del Pirineo Oriental, a través del estudio de la distribución potencial de unidades de vegetación (enfoque top-down) y valorar su aplicabilidad en relación al modelado de especies (enfoque bottom-up) (Capítulo 2); iii) construir un modelo dinámico para evaluar los efectos del cambio climático en la viabilidad a largo plazo de un taxón endémico y amenazado de la Península Ibérica, Vella pseudocytisus subsp. paui Gómez Campo. La generación de un modelo dinámico proporciona una aproximación más realista al incorporar la dinámica demográfica de la especie estudiada, y nos permite estimar su riesgo de extinción (Capítulo 3); iv) seleccionar e implementar un algoritmo de modelado en línea en el servidor de datos Sistema de la Vegetación Ibérica y Macaronésica (SIVIM) (Capítulo 4). La aplicación de MDE nos ha permitido obtener mejores patrones de la distribución espacial de la riqueza florística para Cataluña, frente a los patrones previamente proyectados basándose en los datos recogidos por el BDBC. Por otro lado, el uso de un enfoque top-down para predecir cambios futuros en la distribución de las unidades de vegetación puede ser tan útil como el utilizado en estudios previos para especies, con el objetivo de obtener mejores herramientas para la planificación de políticas relacionadas con la conservación de la biodiversidad. Finalmente, los resultados obtenidos en la presente Tesis doctoral nos permiten afirmar que los modelos de distribución de especies son herramientas de gran valor en la investigación de la biología de la conservación vegetal, al proporcionar alternativas precisas para la descripción de patrones biogeográficos, predicción de los efectos del cambio climático, evaluación del potencial dispersivo de las especies, así como para el diseño de reservas y planes de conservación. Así mismo, es importante destacar el papel de la escala en el modelado de la distribución de especies y comunidades vegetales, ya que ésta determinará tanto la aplicabilidad de los resultados como su significación biológica. / The loss of biodiversity has been accentuated in recent years due to numerous threats including the destruction and degradation of habitat, climate change, the spread of invasive species and over-exploitation. However, while phenomena such as global warming, pollution and changes in land-use operate over very large areas or for long periods of time, the field data that characterize the ecological research is normally gathered in relatively small areas during studies of short duration. Scientists are therefore required to increasingly use local measurements and data to evaluate changes to the landscape of regional and global scales by using models or statistical simulations to extrapolate these environmental data to the geographical space. This doctoral thesis examines the applicability of modelling the distribution of species in the analysis of plant diversity through the use of various techniques of modelling (SDMs), geographical scales and levels of plant organization. It is, therefore, an applied research that aims to show the utility of new tools of spatial analysis for the management and conservation of plant diversity. The study was conducted through different approaches, aiming to: i) describe plant richness patterns in Catalonia and detect biodiversity hotspots in the region through the use of three different modelling techniques and based on the known distribution of its entire flora (Chapter 1); ii) evaluate the effect of climate change in the alpine and subalpine regions of the Oriental Pyrenees through the study of the potential distribution of vegetation units (top-down approach) and evaluate their applicability in relation to species (bottom-up approach) modelling (Chapter 2); iii) assemble a dynamic model to assess the effects of climate change on the long-term viability of an endemic and threatened taxon of the Iberian Peninsula, Vella pseudocytisus subsp. paui Gómez Campo. The generation of a dynamic model provides a more realistic approach to incorporate the demographic dynamics of the studied species, and allows us to estimate its risk of extinction (Chapter 3); iv) select and implement an online modelling algorithm on the server of the Iberian and Macaronesian Vegetation Information System (SIVIM) (Chapter 4). The application of SDMs has allowed us to obtain better spatial distribution patterns of the floristic richness of Catalonia compared to the previously projected patterns based on data collected by the BDBC. On the other hand, the use of a top-down approach to predict future changes in the distribution of vegetation units can be as useful as those used in previous studies for species, with the goal of obtaining better tools for the planning of policies related to the conservation of biodiversity. Finally, the results obtained through this doctoral thesis allow us to state that species distribution models are tools of great value in the research of plant conservation biology, by providing precise alternatives for the description of biogeographical patterns, prediction of the effects of climate change, evaluation of the dispersive potential of species, as well as for the design of reserves and conservation plans. In addition, it is important to highlight the role of scale in the modelling of the distribution of species and vegetation communities, since this will determine both the applicability of the results and their biological significance.

Les poliamines més comunes són putrescina, espermidina i espermina. En vegetals, els nivells d’aquests compostos incrementen en resposta a diferents tipus d'estrès ambiental. Tanmateix, es desconeix el significat fisiològic d’aquest augment. En general, s'ha atribuït un paper protector a espermidina i espermina, mentre que, en molts casos, la putrescina es considera només com a precursor de les altres dues poliamines. En la planta model Arabidopsis thaliana la putrescina es forma per descarboxilació d’arginina, mediada per arginina descarboxilas (ADC), que es codificada per dos gens: ADC1 i ADC2. En la present Tesis Doctoral, s’ha estudiat la resposta a l’estrès per fred i per sequera de plantes transgèniques d’Arabidopsis sobreexpressores dels gen homòlegs ADC1 i ADC2. Aquestes plantes tenen augmentats els nivells de putrescina, però no els d’espermidina ni d’espermina. Els resultats obtinguts mostren que les plantes que acumulen Put, per sobreexpressió d’ADC1 o ADC2, són més resistents a fred, sobretot si es tracta de plantes aclimatades prèviament. D’altra banda, la tolerància a deshidratació només s’ha observat en aquelles plantes que acumulen grans quantitats de Put via ADC2, i el grau de tolerància es proporcional als nivells de putrescina. Les plantes sobreexpresores d’ADC2 mostren una reducció en la taxa de transpiració i en la conductància estomàtica, i son més sensibles a ABA, encara que no s’han trobat diferencies en els nivells d’aquesta a l’hormona. Aquests resultats suggereixen que un dels mecanismes implicats en la resistència a sequera d’aquestes plantes, és la reducció de la pèrdua d’aigua per transpiració com a resultat d’una menor obertura estomàtica induïda per un augment en la resposta a ABA. Les diferencies entre els plantes sobreexpresores d’ADC1 i ADC2 podrien venir donades per una diferent localització de les corresponents proteïnes, ja que s’ha observat que ADC1 es troba al nucli, mentre que ADC2 es localitza als cloroplasts. En conjunt els resultats obtinguts demostren que la putrescina te un paper intrínsec en la resposta de les plantes a estrès. Els nivells de poliamines estan regulats també pel catabolisme. Les poliamines són degradades per desaminació oxidativa mediada per aminoxidases, que poden ser dependents de FAD (PAOs) o de coure (CuAOs). Clàssicament s’ha considerat que les amino oxidases tenen una localització apoplàstica. En Arabidopsis s’han descrit cinc isoformes de PAOs , tres s’han localitzat en peroxisomes, i les altres dues tenen una predicció de localització citoplasmàtica. Cap d’aquestes proteïnes du a terme l’oxidació terminal de PAs, si no que catalitzen una ruta de retroconversió, produint espermidina a partir d’espermina, i putrescina a partir d’espermina. Tot això fa pensar en com s’oxiden les PAs en l’apoplast d’Arabidopsis i si en els peroxisomes s’hi du a terme l’oxidació terminal. A. thaliana té 10 gens descrits com a CuAOs, però fins al moment només un (ATAO1) s’ha caracteritzat a nivell funcional. En aquesta tesis s’han caracteritzat a nivell funcional tres CuAOs d’Arabidopsis (AtCuAO1-3) que catalitzen l’oxidació terminal de l’espermidina i la putrescina. AtCuAO1, com l’ATAO1, és una proteïna extracel•lular, el que suggereix que el catabolismes de les PAs en l’apoplast d’Arabidopsis és mediat per CuAOs. AtCuAO2 i AtCuAO3 es troben en els peroxisomes, el que indica que el catabolisme terminal i la retroconversió funcionen de manera coordinada per mantenir la homeòstasi de poliamines, ja que l’acumulació de Put inhibeix les PAOs. El perfil d’expressió de les tres AtCuAOs en resposta a diferents estímuls exteriors suggereix una especificació funcional d’aquestes proteïnes enfront diferents tipus d’estrès. En aquesta tesis doctoral s’aporten, per primera vegada, evidencies sobre la integració de les dos rutes de oxidació de les poliamines que fins ara s’havien estudiat de manera independent. / In plants, polyamine (putrescine, spermidine, spermine) levels increase in response to different abiotic stresses, but the biological meaning of this increase remains unclear. A protective role has been attributed to spermidine and spermine, while, in most cases, putrescine is considered only as a precursor of the other polyamines. In Arabidopsis, ADC (Arginine decarboxylase), the first enzyme involved in polyamine biosynthesis is encoded by two genes (ADC1 and ADC2).In this work, we have undertaken a genetic approach to study the effect of ADC1 and ADC2 over-expression in Arabidopsis freezing and drought tolerance. The obtained transgenic lines contain high putrescine levels and no increase in spermidine and spermine. Accumulation of putrescine by ADC1 or ADC2 over-expression is sufficient to promote freezing tolerance, mainly in cold-acclimated plants. Hower, only lines that accumulate Put by ADC2 over-expression are drought tolerant, and the degree of resistance correlates with Put content.This phenotype is related with a reduction in transpiration rate and stomata conductance, as well as an increased ABA-sensitivity. The differences between ADC1 and ADC2 over-expressing plants can be due to a different protein cellular localization. Polyamine levels are also regulated by degradation, mediated by FAD- and copper-dependent amine oxidases (PAOs and CuAOs). In Arabidospsis, five PAO isoforms, which oxidize polyamines by a back-conversion pathway, producing spermine and spermidine from putrescine have been characterized. However, only one of the ten gens annotated as CuAOs has been characterized so far. In this work, three CuAOs (AtCuAO1-3), involved in the terminal polyamine catabolism in Arabidopsis, have been functionally characterized. The results indicate a differential localization of AtCuAOs in the apoplast and peroxisomes together with a possible functional specification of AtCuAOs against different types of stress. Importantly, our results show that back-conversion and terminal catabolism work co-ordinately in peroxisomes to maintain polyamine homeostasis. For the first time we provide evidences for the integration of oxidative polyamine pathways that have so far studied in isolation.

Una de les línies de treball del Grup de Liquenologia del Departament de Biologia Vegetal (Unitat Botànica) de la Universitat de Barcelona ha tingut com a objectiu estudiar la diversitat dels líquens i fongs liquenícoles del territori català, així com la descripció de les comunitats liquèniques d’aquesta àrea. Malgrat la contribució d’aquests estudis al coneixement de la flora liquenològica de Catalunya, encara queden moltes àrees del territori que no s’han estudiat amb deteniment. Una d’aquestes àrees és la inclosa dins del Parc Natural de Cap de Creus, on els extensos afloraments de roques àcides estan ocupats, de forma parcial o total, per comunitats liquèniques. Vàrem endegar un estudi florístic que tenia com a objectius principals elaborar un catàleg dels líquens saxícoles i terrícoles del Parc, examinar les diferències morfològiques, anatòmiques o ecològiques dels tàxons estudiats respecte les dades bibliogràfiques per avaluar-ne la variabilitat i caracteritzar les preferències ecològiques de les espècies estudiades. Com a resultat d’aquest estudi, s’ha elaborat un catàleg florístic format per 263 espècies de líquens i 31 de fongs liquenícoles. Del total de tàxons citats, un és primera cita per Europa, vuit per la península Ibèrica i 34 per Catalunya. L’anàlisi fitogeogràfic determina que la flora liquènica està formada per tres grups de distribució principals: espècies mediterrànies, temperades-mediterrànies i d’àmplia distribució. Addicionalment, la flora es veu enriquida amb espècies de distribució atlàntica i de distribució centreuropea o àrtico-boreal. En el plantejament inicial d’aquesta tesi vam decidir incorporar un element addicional de caire més taxonòmic i filogenètic. Fent ús de les dades i espècimens recollits per al treball florístic, vam seleccionar aquells tàxons que resultessin conflictius i amb necessitat de ser revisats. Per aquest motiu, vam plantejar un examen exhaustiu centrat en els gèneres Diploschistes i Ingvariella. El gènere Diploschistes (Graphidaceae) presentava interessants qüestions no resoltes, com la delimitació del gènere, la validesa taxonòmica i sistemàtica dels tres grups d’espècies establerts en base a la morfologia dels apotecis, i la delimitació de diverses espècies. Per resoldre aquestes qüestions vam reconstruir diverses filogènies basades en caràcters emprats tradicionalment en taxonomia (morfològics, anatòmics, químics, ecològics), marcadors moleculars (nuITS, mtSSU i nu LSU) i la combinació d’ambdós tipus de caràcters. Els resultats confirmen que Diploschistes és monofilètic i demostren, per primera vegada, que els tres grups morfològics considerats dins del gènere són monofilètics, i se’n proposa una classificació infragenèrica. Les anàlisis filogenètiques revelen novetats en algunes espècies: l’existència d’un clade dins D. ocellatus, corresponent a espècimens sense apotecis que només tenen picnidis, i la presència d’un clade que agrupa tots els espècimens de la subespècie D. diacapsis subsp. neutrophilus, i que es proposa considerar al nivell de l’espècie. El gènere monotípic Ingvariella fou escindit de Diploschistes a partir de la morfologia de l’exciple, i mantingut dins de la família Thelotremataceae (= Graphidaceae) dins de l’ordre de les Ostropales. L’estudi detallat de la morfologia i anatomia d’Ingvariella ens va suggerir possibles afinitats amb altres famílies de l’ordre. Els objectius d’aquest estudi van ser avaluar la monofília d’Ingvariella i investigar la seva posició sistemàtica dins l’ordre. S’han inferit les relacions filogenètiques amb una matriu molecular (basada en els marcadors nuLSU i mtSSU), on s’ha inclòs una àmplia representació de membres de les Ostropales. Els resultats revelen que Ingvariella és monofilètic i pertany a la família de les Stictidaceae. Amb la inclusió del primer gènere de líquens saxícoles dins aquesta família, s’expandeix considerablement la diversitat ecològica de les Stictidaceae, dins les quals s’han inclòs fongs sapròfits, líquens corticícoles, i espècies que poden ésser facultativament liquenitzades. A més dels resultats esmentats, s’inclouen noves dades sobre les relacions entre altres famílies dins les Ostropales. / This thesis is structured in two different parts. The first part, is an exhaustive floristic study of the saxicolous, epiphytic (only if sporadically growing on rocks), and terricolous lichens, and their lichenicolous fungi from the Cap de Creus Natural Park (NE Iberian Peninsula). The study reports 263 lichen taxa and 31 lichenicolous fungi from the study area, of which one is new for Europe, eight new for the Iberian Peninsula, and 34 for Catalonia. From a phytogeographical point of view, the flora is mainly composed of Mediterranean temperate species and Mediterranean lichens in a broad sense, enriched with a considerable number of Atlantic species in the most humid sites of the Park, and some species of boreal distribution. The large number of different microclimatic conditions in the area, combined with frequent extensions of rock outcrops, makes the Cap de Creus Natural Park an extraordinary region for the diversity of saxicolous and terricolous lichens. During the floristic study, we detected conflictive and unresolved taxonomic and systematic questions regarding the genera Diploschistes and Ingvariella. In the second part of the thesis, we have tried to clarify these questions within a phylogenetic framework. In the revision of Diploschistes, the reconstruction of the phylogenetic relationships of the genera within its family (Graphidaceae) confirmed that the genus is monophyletic. We also reconstructed the phylogenetic relationships within Diploschistes using a combined dataset of morphological, chemical, and molecular data. The results show that the three groups traditionally distinguished within the genus (based on ascomatal morphology) are monophyletic. Therefore, it is proposed a new subgeneric treatment for Diploschistes, and it is confirmed the taxonomical value of fruiting body types. In The monotypic genus Ingvariella was segregated from Diploschistes based on fruiting body anatomy, and placed within the Thelotremataceae (= Graphidaceae), in the order Ostropales. Our morphological observations, however, suggest affinities to other families within the order. We inferred the phylogenetic relationships of a broad array of ostropalean fungi based on mtSSU and nuLSU. The results demonstrate that Ingvariella is monophyletic and belongs to the Stictidaceae, expanding the broad ecological diversity of this family.

El crecimiento y desarrollo vegetal está fuertemente determinado por las condiciones ambientales, siendo la luz una de las señales ambientales más importantes. Las plantas perciben continuamente la información lumínica por los fotorreceptores. En concreto, la fracción del espectro correspondiente al rojo (R) y rojo lejano (FR) es registrada por los fitocromos. La proximidad de otras plantas (que ocurre en alta densidad vegetal) disminuye la relación R/FR de la luz percibida por una planta, desencadenando un conjunto de respuestas fisiológicas que se conoce como el síndrome de huida de la sombra (SAS). En el estadío de plántula de Arabidopsis thaliana, el alargamiento del hipocotilo es la respuesta más evidente. La longitud del hipocotilo también está influenciada por la acción de ciertas hormonas vegetales como las auxinas y las giberelinas, lo que sugiere que podrían estar participando en el SAS. En este trabajo se describe que los factores PHYTOCHROME RAPIDLY REGULATED 1 (PAR1), PAR2, LONG HYPOCOTYL IN FR1 (HFR1), BRENHANCED EXPRESSION (BEE) y BES1-INTERACTING MYC-LIKE (BIM), involucrados en la modulación del SAS, afectan a la sensibilidad a giberelinas. Se propone que dentro de esta interconexión entre factores del SAS y giberelinas también tendrían un rol importante el incremento en los niveles de auxinas. Con el fin de identificar el mecanismo molecular implicado en esta regulación, se ha caracterizado el funcionamiento de PAR1, un regulador negativo del SAS, así como también de sus posibles interactores (BEEs y BIMs), que actúan como reguladores positivos del SAS. La secuencia primaria de PAR1, una proteína nuclear que reprime la expresión génica, sugiere que esta bHLH atípica probablemente no une DNA para llevar a cabo su función. Mediante la sobrexpresión en planta de formas truncadas de PAR1 y fusiones traduccionales al dominio de activación de VP16 hemos concluido que PAR1 no uniría DNA para modular la transcripción. Hemos hipotetizado por tanto que probablemente heterodimeriza con factores BHLH típicos e inhibe su capacidad de unir DNA. Nuestros resultados confirmaron que los factores positivos del SAS, BEE2 y BIM1, unen DNA a secuencias específicas, unión que se ve atenuada en presencia de PAR1, resultados que apoyan nuestra hipótesis de que PAR1 actuaría heterodimerizando. Además, la caracterización fisiológica y molecular de líneas mutantes de pérdida de función sugiere que los genes BEEs y BIMs se organizan en módulos funcionales diferentes en la red regulatoria del SAS. Finalmente todos los análisis genéticos han permitido ver que los BEEs y BIMs no sólo estarían participando en el SAS si no que también serían reguladores del desarrollo y además de redundantes en el control de la viabilidad de la planta. / The shade avoidance syndrome (SAS) refers to a set of plant responses initiated after perception by the phytochrome photoreceptors of light enriched in far-red colour reflected from or filtered by neighboring plants. Overall, these responses are aimed to anticipate eventual shading from potential competitor vegetation by overgrowing them or flowering, ensuring next generation. Specifically at the seedling stage, the SAS includes an increase in hypocotyl elongation, a response also regulated by changes in the levels of auxins and gibberellins. Here we describe that in Arabidopsis thaliana plant proximity perception rapidly alters sensitivity to gibberellins. In addition, it also involves a fast change in a network of interacting BHLH proteins, such as PAR1, BIM and BEE factors, that act as auxin and gibberellins responsiveness modulators, which ultimately control growth and possibly are some of the factors involved in the regulation of auxin over gibberellins. Although the molecular mechanism of this regulation is not known, we propose that PAR1 is a transcriptional cofactor that interacts with BRENHANCED EXPRESSION (BEE) and BES1-INTERACTING MYC-LIKE (BIM) factors. PAR1 directly inhibits these factors by forming non-DNA-binding heterodimers with BEE2 and BIM1. In addition, here we describe the identification of PAR1-interacting factors (POF), including the brassinosteroid signalling components BEEs and BIMs, and characterize their role as networked positive regulators of SAS responses. We provide genetic evidence that BEEs and BIMs not only control plant growth and development under shaded and non-shaded conditions but are also redundant in the control of plant viability. The results of this work suggest that SAS responses are unleashed as a consequence of a plant proximity-triggered new balance of transcriptional regulators within the pre-existing bHLH network, eventually causing hypocotyls to elongate.

La presente tesis doctoral realiza un estudio en profundidad de distintos parámetros fisiológicos, morfológicos y anatómicos del trigo candeal ("Triticum Aestibum" L.C.V. Kolibri), y la relación que los mismos tienen con otros factores ontogénicos y ambientales. Este estudio tiene una gran importancia ya que nos estamos refiriendo a la especie de trigo más cultivada en el mundo moderno, en particular en las latitudes altas de los dos hemisferios (Canadá, Argentina, Francia, Ucrania), y se usa ampliamente para panificación. El estudio incluye un total de seis apartados. En primer lugar, una introducción que comienza con un análisis sobre la conductancia difusiva del CO2 en la hoja y prosigue con la descripción de los factores anatómicos y morfológicos que condicionan dicha conductancia. Para finalizar, dicha introducción presenta las relaciones entre la anatomía foliar y la capacidad fotosintética.El segundo capítulo está dedicado a presentar el material utilizado y los métodos de análisis empleados, mientras que el tercero permite ofrecer los resultados obtenidos en el transcurso de la investigación. La discusión y las conclusiones ocupan los capítulos cuarto y quinto respectivamente. Un anexo de tablas y un apartado conteniendo la bibliografía manejada en la presente tesis completan el articulado de la misma.

En general, se acepta como definición de senescencia los procesos progresivos y de deterioro que preceden a la muerte de una célula madura, órgano u planta entera (Wareing y Phillips, 1971, Beevers 1976, Thimann et al 1982) En las hojas, la senescencia va estrechamente asociada al amarilleamiento y pérdida de clorofilas que aparecen antes de la abcisión o bien de la marchitez de una hoja que no esté a la sombra. Estos síntomas pueden ser eliminados en algunos casos mediante hormonas o nutrientes, lo cual significa que la degradación del cloroplasto no lleva a una muerte inevitable. Sin embargo, se ignora si la senescencia en las hojas es una secuencia programada de acontecimientos, independientes del factor ambiental que haya sido su causa. También se discute si una simple falta específica metabólica puede llevar a una senescencia celular irreversible.Con la intención de aportar luz sobre estas y otras cuestiones relacionadas, la presente tesis incluye una serie de estudios sobre la senescencia foliar provocada por escisión foliar (Hordeum vulgare L.) y en condiciones naturales (Triticum aestivum cv Kolibri). Las variaciones en los parámetros estudiados fueron relacionados entre si aplicándose asimismo modelos matemáticos de intercambio gaseoso.