Esaminare gli effetti della riproduzione delle formiche sull’evoluzione del genoma
Le formiche sono aplodiploidi. I maschi si sviluppano da uova non fecondate, mentre le femmine operaie e le regine si sviluppano attraverso le uova fecondate. Ma alcune specie di formiche seguono un sistema di «riproduzione clonale». Tutte le operaie di queste colonie di formiche sono ibride, tranne le formiche riproduttive: le nuove regine riproduttive sono cloni della madre e i maschi riproduttivi sono cloni del padre. Questo significa che i genomi della regina e del maschio si evolvono separatamente, incrociandosi solo per produrre operaie che sono sterili. Il progetto MELCA, finanziato dall’UE, ha scavato a fondo in questo raro sistema, per ottenere ulteriori dettagli come la sua prevalenza, e quando si è evoluto, e per indagare le sue conseguenze sull’evoluzione del genoma. L’oggetto dello studio era la Paratrechina longicornis, un parassita comune e una delle formiche più diffuse al mondo. «Il nostro lavoro rivela ulteriori dettagli sul funzionamento del sistema riproduttivo clonale in questa specie. Questo pone le basi per comprendere l’interazione tra l’evoluzione molecolare del genoma e il modo di riproduzione sessuale», afferma Hugo Darras, del Dipartimento di Ecologia ed Evoluzione dell’Università di Losanna e ricercatore capo del progetto MELCA. Ci sono state due sorprendenti scoperte della ricerca, che è stata intrapresa con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. «I nostri risultati suggeriscono che nella Paratrechina longicornis lo scambio genetico tra regine e maschi non avviene più. I geni della regina e quelli del maschio si uniscono solo nelle operaie non riproduttive. Abbiamo stimato che i due sessi clonali sono separati da oltre un milione di anni».
Uova e genomi
«La produzione di operaie sterili attraverso la riproduzione sessuale è una caratteristica comune delle formiche. Ciò che è insolito in questa specie è che le regine sono prodotte attraverso una modalità riproduttiva diversa da quella delle operaie. Pertanto hanno un diverso corredo genetico», spiega Darras. Nella maggior parte delle specie di formiche, le uova diploidi (fecondate) possono svilupparsi in femmine regine o operaie a seconda dei fattori ambientali. Nella Paratrechina longicornis, il destino di un uovo diploide sembra essere determinato dal suo genotipo. Le uova non fecondate contengono solo materiale genetico materno e si svilupperanno in regine. Al contrario, gli ovuli prodotti dalla riproduzione sessuale recano sia il genoma della regina che quello del maschio e si svilupperanno in operaie. «Il meccanismo genetico responsabile di questa forte associazione tra casta femminile e genotipo è ancora sconosciuto», afferma Darras.
La scelta della regina
Questo sistema riproduttivo a doppio clone conferisce alle regine di Paratrechina longicornis la possibilità di utilizzare la riproduzione sia asessuata che sessuale per la produzione di regine e operaie sterili. «L’uso della riproduzione asessuata permette alle regine di massimizzare la velocità di trasmissione dei loro geni alle figlie riproduttrici. Allo stesso tempo, il sesso mantiene la diversità genetica all’interno della forza lavoro, che dovrebbe migliorare le prestazioni delle colonie», spiega Darras. L’incrocio tra regine e maschi di stirpe divergenti produce operaie che mostrano elevati livelli di eterozigosi. Ciò significa che hanno due alleli, che impediscono qualsiasi riproduzione in consanguineità, anche in piccole popolazioni. «Questa mancanza di riproduzione in consanguineità può essere uno dei principali fattori che spiegano perché la Paratrechina longicornis è diventata una delle formiche più diffuse al mondo», spiega Darras. I risultati del team suggeriscono che i genomi delle regine e dei maschi di Paratrechina longicornis non si ricombinano più, il che significa che i genomi si stanno evolvendo come entità separate. «Approfitteremo di questo insolito sistema per studiare come la selezione plasmi l’evoluzione dei geni coinvolti nelle differenze di sesso», ha aggiunto Darras.
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