Responses to temperature in Nothofagus species distributed in an altitudinal gradient

Las predicciones del Cambio Climático Global para el noroeste de la Patagonia indican un aumento de la temperatura media, acompañado de mayor frecuencia de eventos extremos. En este contexto, es fundamental comprender la respuesta de las especies nativas a la temperatura, en vistas de su conservación y uso sustentable. Entre estas especies, los árboles del género Nothofagus son de gran importancia ecológica y económica regional. En particular, dos de estas especies se encuentran distribuidas marcadamente en distintos estratos altitudinales en el norte de la Patagonia. Mientras que N. obliqua (roble pellín) domina las zonas bajas y cálidas, con un máximo de abundancia en los 650 m sobre el nivel del mar (msnm), N. pumilio (lenga) habita las zonas más frías del gradiente, encontrándose a partir de los 1000-1100 msnm y hasta el límite altitudinal del bosque. En este ambiente, el factor que varía más significativamente con la altura es la temperatura, y sugiere que cada especie posee preferencias por distintos nichos térmicos. En esta Tesis se estudió, entonces, la respuesta a la temperatura en especies de Nothofagus desde un enfoque novedoso, el cual consiste en el estudio de la influencia de la temperatura sobre el funcionamiento del reloj circadiano. Estas respuestas fueron abordadas integrando aspectos moleculares, bioinformáticos, fisiológicos, y ecológicos. Demostramos con experimentos de laboratorio que el reloj circadiano de N. pumilio pierde la compensación por temperatura entre los 28°C y los 31°C, mientras que N. obliqua la pierde entre 31°C y 34°C. A un nivel de expresión génica global (mediante análisis bioinformáticos de RNA-seq), nuestros resultados sugieren que en N. pumilio la temperatura alta reprime vías reguladas a 20°C por el reloj, como la fotosíntesis o el metabolismo primario, y que, además, a 34°C esta especie se encuentra en un estado de severo estrés térmico, independientemente del reloj circadiano, promoviéndose a esa temperatura la expresión de genes de señalización hormonal y estrés abiótico, entre otros. Por otro lado, en condiciones naturales, se observó que fuera de su área natural de distribución, N. pumilio posee un patr ón inusual de expresión del gen del oscilador central del reloj circadiano, TOC1, además de una disminución en la acumulación de materia seca, clorofila a, clorofila b, expansión foliar y supervivencia de plántulas. Este comportamiento no fue observado en N. obliqua fuera de su área de distribución natural, es decir en los estratos más fríos del gradiente, aportando fuertes evidencias a favor del efecto disruptivo de la alta temperatura. En otras palabras, patrones inusuales de oscilación del reloj circadiano se encuentran asociados con una disminución en la capacidad de crecimiento y fitness de N. pumilio. También se presenta como producto de esta Tesis el primer transcriptoma con alto grado de completitud para Nothofagus, secuenciado para N. pumilio en temperaturas y momentos del día contrastantes, en condiciones circadianas. Esta base de datos fue utilizada no sólo para estudios de expresión diferencial, sino también para diseño de primers y caracterización in silico de genes de reloj circadiano. También a través del uso de este transcriptoma, se llevó a cabo el primer estudio filogenómico que involucra distintas especies dentro del importante orden Fagales.Global Climate Change predictions for northwestern Patagonia indicate a rise in mean temperature, together with more frequent extreme events. In this context, understanding native species’ responses to temperature is of utmost importance, considering their future conservation and sustainable use. Among these species, trees of the Nothofagus genus have great ecological and economical regional importance. Particularly, two of these species are markedly distributed in different altitudinal strata in northern Patagonia. While N. obliqua (roble pell´ın) dominates the lower, warmer areas, with highest abundance around 650 m above sea level (masl), N. pumilio (lenga) inhabits the colder areas, from 1000-1100 masl up to the altitudinal forest limit (tree-line) of these mountains. Here, the environmental factor that most significantly correlates with altitude is temperature, suggesting that each species has preferences for different thermic niches. Thus, in this Thesis we studied responses to temperature in Nothofagus species from a novel approach, namely the study of the influence of temperature in the circadian clock function. These responses were tackled integrating molecular, bioinformatic, physiological and ecological approaches. We show in laboratory experiments that N. pumilio’s circadian clock loses temperature compensation at between 28°C and 31°C, while N. obliqua loses it between 31°C and 34°C. Regarding global gene expression (through RNA-seq bioinformatic analysis), our results suggest that in N. pumilio high temperature suppresses pathways regulated by the clock at 20°C, like photosynthesis or primary metabolism, and, in addition, that this species is under severe thermic stress at 34°C, regardless of circadian clock function, having promoted expression of genes related to hormone signaling and abiotic stress, among others. Furthermore, in natural conditions, we observed that outside its natural distribution area, N. pumilio has an unusual expression pattern in a circadian clock central oscillator gene, TOC1, together with less dry weight, chlorophyll a, chlorophyll b, leaf expansion and seeddling survival. This behavior was not observed in N. obliqua outside its natural distribution area, that is, in the colder strata of the gradient, adding strong evidence in favor of the disruptive effect of high temperature. In other words, unusual patterns of circadian clock oscillation are associated with a decrease in growth capacity and fitness in N. pumilio. We also present as a result of this Thesis the first transcriptome with a high degree of completeness for Nothofagus, sequenced for N. pumilio in contrasting temperature and circadian conditions. This database was not only used for differential expression analysis, but also for primer design and in silico circadian clock genes’ characterization. It was also through the use of this transcriptome that we conducted the first phylogenomic study for different species of the important order Fagales.Fil: Estravis Barcala, Maximiliano. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Deciphering the transcriptomic regulation of heat stress responses in Nothofagus pumilio

Global warming is predicted to exert negative impacts on plant growth due to the damaging effect of high temperatures on plant physiology. Revealing the genetic architecture underlying the heat stress response is therefore crucial for the development of conservation strategies, and for breeding heat-resistant plant genotypes. Here we investigated the transcriptional changes induced by heat in Nothofagus pumilio, an emblematic tree species of the sub-Antarctic forests of South America. Through the performance of RNA-seq of leaves of plants exposed to 20˚C (control) or 34˚C (heat shock), we generated the first transcriptomic resource for the species. We also studied the changes in protein-coding transcripts expression in response to heat. We found 5,214 contigs differentially expressed between temperatures. The heat treatment resulted in a down-regulation of genes related to photosynthesis and carbon metabolism, whereas secondary metabolism, protein re-folding and response to stress were up-regulated. Moreover, several transcription factor families like WRKY or ERF were promoted by heat, alongside spliceosome machinery and hormone signaling pathways. Through a comparative analysis of gene regulation in response to heat in Arabidopsis thaliana, Populus tomentosa and N. pumilio we provide evidence of the existence of shared molecular features of heat stress responses across angiosperms, and identify genes of potential biotechnological application.Estación Experimental Agropecuaria BarilocheFil: Estravis Barcala, Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Tecnologías Nucleares para la Salud; ArgentinaFil: Heer, Katrin. Philipps-Universitat Marburg; AlemaniaFil: Marchelli, Paula. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche; ArgentinaFil: Marchelli, Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Ziegenhagen, Birgit. Philipps-Universität Marburg; AlemaniaFil: Arana, María Veronica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche; ArgentinaFil: Arana, María Veronica. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Bellora Pereyra, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Tecnologías Nucleares para la Salud; Argentin

Molecular bases of responses to abiotic stress in trees

Trees are constantly exposed to climate fluctuations, which vary with both time and geographic location. Environmental changes that are outside of the physiological favorable range usually negatively affect plant performance and trigger responses to abiotic stress. Long-living trees in particular have evolved a wide spectrum of molecular mechanisms to coordinate growth and development under stressful conditions, thus minimizing fitness costs. The ongoing development of techniques directed at quantifying abiotic stress has significantly increased our knowledge of physiological responses in woody plants. However, it is only within recent years that advances in next-generation sequencing and biochemical approaches have enabled us to begin to understand the complexity of the molecular systems that underlie these responses. Here, we review recent progress in our understanding of the molecular bases of drought and temperature stresses in trees, with a focus on functional, transcriptomic, epigenetic, and population genomic studies. In addition, we highlight topics that will contribute to progress in our understanding of the plastic and adaptive responses of woody plants to drought and temperature in a context of global climate change.Estación Experimental Agropecuaria BarilocheFil: Estravis Barcala, Maximiliano. Universidad Nacional del Comahue. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Mattera, María Gabriela. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Soliani, Carolina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Bellora, Nicolas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Opgenoorth, Lars. Philipps University Marburg. Department of Ecology; AlemaniaFil: Heer, Katrin. Philipps University Marburg. Department of Conservation Biology; AlemaniaFil: Arana, María Veronica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; Argentin

Responses to temperature in Nothofagus species distributed in an altitudinal gradient

Las predicciones del Cambio Climático Global para el noroeste de la Patagonia indican un aumento de la temperatura media, acompañado de mayor frecuencia de eventos extremos. En este contexto, es fundamental comprender la respuesta de las especies nativas a la temperatura, en vistas de su conservación y uso sustentable. Entre estas especies, los árboles del género Nothofagus son de gran importancia ecológica y económica regional. En particular, dos de estas especies se encuentran distribuidas marcadamente en distintos estratos altitudinales en el norte de la Patagonia. Mientras que N. obliqua (roble pellín) domina las zonas bajas y cálidas, con un máximo de abundancia en los 650 m sobre el nivel del mar (msnm), N. pumilio (lenga) habita las zonas más frías del gradiente, encontrándose a partir de los 1000-1100 msnm y hasta el límite altitudinal del bosque. En este ambiente, el factor que varía más significativamente con la altura es la temperatura, y sugiere que cada especie posee preferencias por distintos nichos térmicos. En esta Tesis se estudió, entonces, la respuesta a la temperatura en especies de Nothofagus desde un enfoque novedoso, el cual consiste en el estudio de la influencia de la temperatura sobre el funcionamiento del reloj circadiano. Estas respuestas fueron abordadas integrando aspectos moleculares, bioinformáticos, fisiológicos, y ecológicos. Demostramos con experimentos de laboratorio que el reloj circadiano de N. pumilio pierde la compensación por temperatura entre los 28°C y los 31°C, mientras que N. obliqua la pierde entre 31°C y 34°C. A un nivel de expresión génica global (mediante análisis bioinformáticos de RNA-seq), nuestros resultados sugieren que en N. pumilio la temperatura alta reprime vías reguladas a 20°C por el reloj, como la fotosíntesis o el metabolismo primario, y que, además, a 34°C esta especie se encuentra en un estado de severo estrés térmico, independientemente del reloj circadiano, promoviéndose a esa temperatura la expresión de genes de señalización hormonal y estrés abiótico, entre otros. Por otro lado, en condiciones naturales, se observó que fuera de su área natural de distribución, N. pumilio posee un patr ón inusual de expresión del gen del oscilador central del reloj circadiano, TOC1, además de una disminución en la acumulación de materia seca, clorofila a, clorofila b, expansión foliar y supervivencia de plántulas. Este comportamiento no fue observado en N. obliqua fuera de su área de distribución natural, es decir en los estratos más fríos del gradiente, aportando fuertes evidencias a favor del efecto disruptivo de la alta temperatura. En otras palabras, patrones inusuales de oscilación del reloj circadiano se encuentran asociados con una disminución en la capacidad de crecimiento y fitness de N. pumilio. También se presenta como producto de esta Tesis el primer transcriptoma con alto grado de completitud para Nothofagus, secuenciado para N. pumilio en temperaturas y momentos del día contrastantes, en condiciones circadianas. Esta base de datos fue utilizada no sólo para estudios de expresión diferencial, sino también para diseño de primers y caracterización in silico de genes de reloj circadiano. También a través del uso de este transcriptoma, se llevó a cabo el primer estudio filogenómico que involucra distintas especies dentro del importante orden Fagales.Global Climate Change predictions for northwestern Patagonia indicate a rise in mean temperature, together with more frequent extreme events. In this context, understanding native species’ responses to temperature is of utmost importance, considering their future conservation and sustainable use. Among these species, trees of the Nothofagus genus have great ecological and economical regional importance. Particularly, two of these species are markedly distributed in different altitudinal strata in northern Patagonia. While N. obliqua (roble pell´ın) dominates the lower, warmer areas, with highest abundance around 650 m above sea level (masl), N. pumilio (lenga) inhabits the colder areas, from 1000-1100 masl up to the altitudinal forest limit (tree-line) of these mountains. Here, the environmental factor that most significantly correlates with altitude is temperature, suggesting that each species has preferences for different thermic niches. Thus, in this Thesis we studied responses to temperature in Nothofagus species from a novel approach, namely the study of the influence of temperature in the circadian clock function. These responses were tackled integrating molecular, bioinformatic, physiological and ecological approaches. We show in laboratory experiments that N. pumilio’s circadian clock loses temperature compensation at between 28°C and 31°C, while N. obliqua loses it between 31°C and 34°C. Regarding global gene expression (through RNA-seq bioinformatic analysis), our results suggest that in N. pumilio high temperature suppresses pathways regulated by the clock at 20°C, like photosynthesis or primary metabolism, and, in addition, that this species is under severe thermic stress at 34°C, regardless of circadian clock function, having promoted expression of genes related to hormone signaling and abiotic stress, among others. Furthermore, in natural conditions, we observed that outside its natural distribution area, N. pumilio has an unusual expression pattern in a circadian clock central oscillator gene, TOC1, together with less dry weight, chlorophyll a, chlorophyll b, leaf expansion and seeddling survival. This behavior was not observed in N. obliqua outside its natural distribution area, that is, in the colder strata of the gradient, adding strong evidence in favor of the disruptive effect of high temperature. In other words, unusual patterns of circadian clock oscillation are associated with a decrease in growth capacity and fitness in N. pumilio. We also present as a result of this Thesis the first transcriptome with a high degree of completeness for Nothofagus, sequenced for N. pumilio in contrasting temperature and circadian conditions. This database was not only used for differential expression analysis, but also for primer design and in silico circadian clock genes’ characterization. It was also through the use of this transcriptome that we conducted the first phylogenomic study for different species of the important order Fagales.Fil: Estravis Barcala, Maximiliano. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Respuestas a la temperatura en especies del género Nothofagus distribuidas en un gradiente altitudinal

Tesis presentada para optar por el título de Doctor en el área de Ciencias Biológicas, presentada a la Universidad de Buenos Aires en marzo de 2019Las predicciones del Cambio Clim´atico Global para el noroeste de la Patagonia indican un aumento de la temperatura media, acompañado de mayor frecuencia de eventos extremos. En este contexto, es fundamental comprender la respuesta de las especies nativas a la temperatura, en vistas de su conservación y uso sustentable. Entre estas especies, los árboles del género Nothofagus son de gran importancia ecológica y económica regional. En particular, dos de estas especies se encuentran distribuidas marcadamente en distintos estratos altitudinales en el norte de la Patagonia. Mientras que N. obliqua (roble pellín) domina las zonas bajas y cálidas, con un máximo de abundancia en los 650 m sobre el nivel del mar (msnm), N. pumilio (lenga) habita las zonas más frías del gradiente, encontrándose a partir de los 1000-1100 msnm y hasta el límite altitudinal del bosque. En este ambiente, el factor que varía más significativamente con la altura es la temperatura, y sugiere que cada especie posee preferencias por distintos nichos térmicos. En esta Tesis se estudió, entonces, la respuesta a la temperatura en especies de Nothofagus desde un enfoque novedoso, el cual consiste en el estudio de la influencia de la temperatura sobre el funcionamiento del reloj circadiano. Estas respuestas fueron abordadas integrando aspectos moleculares, bioinformáticos, fisiológicos, y ecológicos. Demostramos con experimentos de laboratorio que el reloj circadiano de N. pumilio pierde la compensación por temperatura entre los 28 C y los 31 C, mientras que N. Obliqua la pierde entre 31°C y 34°C. A un nivel de expresión génica global (mediante análisis bioinformáticos de RNA-seq), nuestros resultados sugieren que en N. pumilio la temperatura alta reprime vías reguladas a 20 C por el reloj, como la fotosíntesis o el metabolismo primario, y que, además, a 34°C esta especie se encuentra en un estado de severo estrés térmico, independientemente del reloj circadiano, promoviéndose a esa temperatura la expresión de genes de señalización hormonal y estrés abiótico, entre otros. Por otro lado, en condiciones naturales, se observó que fuera de su área natural de distribución, N. pumilio posee un patrón inusual de expresión del gen del oscilador central del reloj circadiano, TOC1, además de una disminución en la acumulación de materia seca, clorofila a, clorofila b, expansión foliar y supervivencia de plántulas. Este comportamiento no fue observado en N. obliqua fuera de su área de distribución natural, es decir en los estratos más fríos del gradiente, aportando fuertes evidencias a favor del efecto disruptivo de la alta temperatura. En otras palabras, patrones inusuales de oscilación del reloj circadiano se encuentran asociados con una disminución en la capacidad de crecimiento y fitness de N. pumilio. También se presenta como producto de esta Tesis el primer transcriptoma con alto grado de completitud para Nothofagus, secuenciado para N. pumilio en temperaturas y momentos del día contrastantes, en condiciones circadianas. Esta base de datos fue utilizada no sólo para estudios de expresión diferencial, sino también para diseño de primers y caracterización in silico de genes de reloj circadiano. También a través del uso de este transcriptoma, se llevó a cabo el primer estudio filogenómico que involucra distintas especies dentro del importante orden Fagales.Estación Experimental Agropecuaria BarilocheFil: Estravis Barcala, Maximiliano. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; Argentin

Physiological and molecular mechanisms underlying the integration of light and temperature cues in Arabidopsis thaliana seeds

The relief of dormancy and the promotion of seed germination are of extreme importance for a successful seedling establishment. Although alternating temperatures and light are signals promoting the relief of seed dormancy, the underlying mechanisms of their interaction in seeds are scarcely known. By exposing imbibed Arabidopsis thaliana dormant seeds to two‐day temperature cycles previous of a red light pulse, we demonstrate that the germination mediated by phytochrome B requires the presence of functional PSEUDO‐RESPONSE REGULATOR 7 (PRR7) and TIMING OF CAB EXPRESSION 1 (TOC1) alleles. In addition, daily cycles of alternating temperatures in darkness reduce the protein levels of DELAY OF GERMINATION 1 (DOG1), allowing the expression of TOC1 to induce seed germination. Our results suggest a functional role for some components of the circadian clock related with the action of DOG1 for the integration of alternating temperatures and light signals in the relief of seed dormancy. The synchronization of germination by the synergic action of light and temperature through the activity of circadian clock might have ecological and adaptive consequences.Estación Experimental Agropecuaria BarilocheFil: Arana, María Verónica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Tognacca, Rocío Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; ArgentinaFil: Estravis Barcala, Maximiliano. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Sanchez, Rodolfo Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; ArgentinaFil: Botto, Javier Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; Argentin

Whole-genome resequencing facilitates the development of a 50K single nucleotide polymorphism genotyping array for Scots pine (Pinus sylvestris L.) and its transferability to other pine species

Scots pine (Pinus sylvestris L.) is one of the most widespread and economically important conifer species in the world. Applications like genomic selection and association studies, which could help accelerate breeding cycles, are challenging in Scots pine because of its large and repetitive genome. For this reason, genotyping tools for conifer species, and in particular for Scots pine, are commonly based on transcribed regions of the genome. In this article, we present the Axiom Psyl50K array, the first single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping array for Scots pine based on whole-genome resequencing, that represents both genic and intergenic regions. This array was designed following a two-step procedure: first, 192 trees were sequenced, and a 430K SNP screening array was constructed. Then, 480 samples, including haploid megagametophytes, full-sib family trios, breeding population, and range-wide individuals from across Eurasia were genotyped with the screening array. The best 50K SNPs were selected based on quality, replicability, distribution across the draft genome assembly, balance between genic and intergenic regions, and genotype-environment and genotype-phenotype associations. Of the final 49 877 probes tiled in the array, 20 372 (40.84%) occur inside gene models, while the rest lie in intergenic regions. We also show that the Psyl50K array can yield enough high-confidence SNPs for genetic studies in pine species from North America and Eurasia. This new genotyping tool will be a valuable resource for high-throughput fundamental and applied research of Scots pine and other pine species

The impact of different natural environments on the regeneration dynamics of two Nothofagus species across elevation in the southern Andes

A widely accepted paradigm in forest ecology proposes that patterns of relative abundance among mature forest trees are largely influenced by biotic and abiotic processes that operate most intensely during the earliest lifecycle stages. Therefore, traits expressed early in development such as germination and seedling establishment may be under strong selective pressure from the environment, and their adjustment to changing climates may ultimately influence species’ responses to global climate change. Here we used different environments established across altitude in an old-growth temperate Patagonian forest as a natural laboratory, and studied the Nothofagus obliqua and N. pumilio regeneration response – seedling emergence and survival –to different climatic scenarios, inside and outside their natural distribution range. These are two iconic species of sub-Antarctic forests, which co-exist in contrasting and non-overlapping thermal niches. Whereas N. obliqua is predominant in the warmer and lower environments at 650–850 m above sea level (a.s.l.), N. pumilio inhabits the colder and higher montane environments, above 1000 m a.s.l. By sowing germinated seeds of both species at different altitudes in the forest – 680, 930 and 1340 m a.s.l. – we were able to distinguish the environmental influence on seedling emergence from its influence on germination. Our results show that the local environment had a major effect on seedling survival, and a minor influence on emergence. Overall, regeneration of both species showed a temporal window of stronger environmental susceptibility, which comprised the process of emergence, and in the particular case of N. obliqua, the first month of post-emergence growth. Survival ability was influenced by the ontogenetic stage of the seedling, evidencing stronger environmental resistance and higher probability of survival after the first year of growth. Interestingly, we found inter-specific differences in survival dynamics and the final number of surviving seedlings, which may reflect species-specific physiological adaptations and tolerance to abiotic stress. However, the performance of both species was favored in relatively colder environments inside their natural ranges. This indicates that present climatic conditions in the lower zones of the gradient exert physiological constraints at seedling stage, even in N. obliqua, which shows high abundance of adult trees at these altitudes. Results reported here were consistent across two independent experiments and will be discussed in the context of forest regeneration in present and future climatic scenarios.Estación Experimental Agropecuaria BarilocheFil: Cagnacci, Julieta María. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Estravis Barcala, Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales. Universidad Nacional del Comahue. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales; ArgentinaFil: Lia, Veronica Viviana. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas; ArgentinaFil: Martinez Meier, Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Gonzalez Polo, Marina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente; ArgentinaFil: Arana, María Verónica. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; Argentin

Environmental gradients as “natural labs” for elucidating the regeneration dynamics of three Nothofagus species under different climatic scenarios in Patagonia

We work in Patagonian forests, the southernmost woody ecosystems of the world, in which three tree species have a clear altitudinal distribution. Nothofagus obliqua is frequent at 650-850 m above the sea level, N. nervosa at 900-1000 m and N. pumilio is distributed above 1000 m up to the treeline. Temperature is the environmental factor that shows the strongest association with altitude. In this ecosystem, by coupling mathematical models with ecological data, we previously demonstrated that seed responsiveness to temperature of the three Nothofagus species was linked to the thermal characteristics of their preferred ecological niche and that this trait contributed to germination dynamics across altitude. In their natural distribution range, there was overlap in the timing of germination of the species, which was restricted to early-spring. By contrast, outside their species distribution range, germination was temporally uncoupled with altitude (Arana et al., 2016 New Phytologist 209:507).Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias BarilocheFil: Cagnacci, Maria Julieta. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Estravis Barcala, Maximiliano. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; ArgentinaFil: Gonzalez-Polo, Marina. Universidad Nacional del Comahue; ArgentinaFil: Marchelli, Paula. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche; ArgentinaFil: Pastorino, Mario Juan. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Área Sistemas Forestales; ArgentinaFil: Martinez Meier, Alejandro. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche; ArgentinaFil: Battla, Diego. Universidad Nacional de Buenos Aires. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas vinculadas a la Agricultura; ArgentinaFil: Arana, María Verónica.Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Bariloche. Instituto de Investigaciones Forestales y Agropecuarias Bariloche; Argentin