Meccanismi molecolari della fusione del genoma offrono spunti interessanti per l’adattamento della biodiversità
Il processo di fusione (ibridizzazione) e appaiamento (poliploidia) del genoma, in cui si combinano due linee genetiche, si verifica nelle piante cosiddette allopoliploidi – ovvero, che hanno due serie di cromosomi di specie diverse. Queste combinazioni genetiche – ciascuna con una propria storia evolutiva – hanno presentato molte opportunità di innovazione evolutiva con un notevole impatto sull’ecologia delle specie. Il progetto GENOMERGE intendeva capire le conseguenze evolutive di tali combinazioni sulla biodiversità e, in particolare, come i meccanismi molecolari facilitano l’adattamento. Il progetto si è concentrato sull’evoluzione delle angiosperme (Magnoliofite), usando come modello la Spartina. GENOMERGE ha identificato il ruolo dell’allopoliploidia nell’emergere di una nuova via biochimica, che ha permesso la produzione di una presunta molecola osmoprotettiva (anti-stress) (DMSP), con un importante impatto ecologico. Il team ha anche prodotto dati di sequenziamento per aiutare a chiarire come l’allopoliploidia facilita l’espansione rapida della Spartina, una specie vegetale invasiva. Il ruolo dell’allopoliploidia nell’adattamento delle piante Secondo il coodinatore del progetto GENOMERGE, la dott.ssa Malika Ainouche, “La fusione genomica e la poliploidia sono importanti ai fini dello studio, perché tali processi sono particolarmente prominenti nelle piante. Con circa 300 000 specie, le Magnoliofite sono il gruppo di piante più straordinariamente diversificato, e questi processi hanno avuto un ruolo determinante nella loro diversificazione e nel loro adattamento tramite selezione naturale o artificiale (ad esempio l’addomesticamento).” L’obiettivo principale di GENOMERGE era duplice. In primo luogo, di comprendere entrambi i meccanismi molecolari dell’allopoliploidia, caratterizzando l’evoluzione immediata di geni duplicati. In secondo luogo, di studiare i geni e le funzioni di interesse adattivo analizzando l’evoluzione dei geni duplicati negli allopoliploidi naturali. Il team di ricerca ha studiato l’evoluzione dell’espressione genica in varie specie che crescono in condizioni naturali usando l’“analisi del trascrittoma” e il sequenziamento di prossima generazione. Come spiega la dott.ssa Ainouche, “Abbiamo testato l’impatto dell’ibridizzazione e/o appaiamento del genoma (poliploidia), impiegando l’analisi comparativa dei dati del sequenziamento dell’RNA ottenuti da ibridi di recente formazione, allopoliploidi e le loro specie parentali.” Concentrandosi sulle funzioni di interesse adattivo, il team intendeva individuare in particolare i geni associati a nuove vie biochimiche o con caratteristiche fenotipiche che potessero chiarire l’invasività del genere Spartina (che appartiene alla famiglia delle erbacee). I risultati rivelano che la Spartina è una delle rare Magnoliofite in grado di produrre una molecola ecologicamente importante: il dimetilsolfoniopropionato (DMSP). Una delle funzioni di questa molecola è la sua presunta osmoprotettività, che aiuta l’organismo a sopravvivere allo stress osmotico estremo, ad esempio attraverso la tolleranza del sale. La produzione di DMSP è stata osservata solo nel fitoplancton marino, ma molto raramente nelle Magnoliofite o negli animali. L’impatto ecologico più ampio Il genere Spartina contiene specie di interesse ecologico che, tra le altre caratteristiche, di solito hanno un ruolo importante nelle dinamiche sedimentarie salmastre. Ad esempio, sembrano avere buone capacità di rimozione degli inquinanti nei sedimenti. I risultati di GENOMERGE sono quindi molto interessanti per attività che vanno dalla gestione del territorio fino alla conservazione biologica. Saranno probabilmente anche di interesse per I ricercatori del cambiamento climatico, come aggiunge la dott.ssa Ainouche: “La molecola DMSP stessa è importante dal punto di vista ambientale, in quanto è il principale precursore biogenetico del DMS [dimetil solfuro] atmosferico che è coinvolto nel ciclo del solfuro globale, nelle precipitazioni acide e nella regolazione del clima.” Dopo aver dimostrato come l’allopoliploidia facilita l’evoluzione dell’espressione genica e l’innovazione biochimica, la prossima tappa per I ricercatori GENOMERGE è di identificare esattamente quali meccanismi (ad es. Regolazione dell’espressione genica) sono coinvolti nel processo. Conclude la dott.ssa Ainouche: “Dato che la maggior parte delle nostre piante coltivate – inclusi frumento, colza, cotone, caffè – sono allopoliploidi, questo lavoro contribuirà a chiarire come le piante, compresi I sistemi di interesse agronomico, sono capaci di adattarsi agli stress ambientali.”
Parole chiave
GENOMERGE, fusione del genoma, allopoliploidia, evoluzione, adattamento, biodiversità, DMSP, angiosperme, ecologia vegetale, sequeziamento di prossima generazione, stress osmotico, genetica, molecola anti-stress
