Verso un futuro più arido: come cambierà la composizione genetica delle popolazioni di alberi forestali?
L’identificazione dei geni che consentono alle specie di adattarsi ai loro ambienti è uno dei principali obiettivi della ricerca evolutiva. Gran parte degli eventi di adattamento sono raggiunti attraverso il cosiddetto adattamento poligenico mediante la modifica in molti geni. La cattiva notizia è che, statisticamente, è estremamente difficoltoso scoprire i sottili segnali dell’adattamento poligenico a partire dai dati genomici. Ciò perché diversi loci (geni in posizioni specifiche su un cromosoma) possono interagire tra loro in modo potenzialmente diseguale, non omogeneo.
Identificare la firma della selezione per l’adattamento
«L’obiettivo principale di FORGENET(si apre in una nuova finestra) consisteva nell’esaminare i risultati statistici dei test per individuare la firma genomica dell’adattamento poligenico in insiemi di dati simulati e reali», sottolinea Katalin Csilléry, borsista Marie Skłodowska-Curie presso (l’Università di Zurigo). Sono stati eseguiti test a coppie per individuare associazioni non casuali tra loci nelle popolazioni. Essi rivelano che la selezione della firma si lascia alle spalle una traccia dell’adattamento. «Durante la fase esecutiva, abbiamo implementato un modello di interazioni genetiche su Nemo, un simulatore in forward-time su base individuale. Questo nuovo strumento tiene esplicitamente conto delle interazioni fra loci nel condizionare un tratto controllato da molti geni ed è in grado di fornire dati su scala genomica per una grande varietà di scenari demografici», spiega Csilléry. Nell’esplorare l’effetto delle interazioni genetiche sull’adattamento sono stati variati diversi parametri chiave, che includevano il grado di flusso genico, il tasso di mutazione, il tasso di ricombinazione, la variazione della selezione e la forza dell’interazione genetica tra loci. «In modo significativo, abbiamo scoperto che l’interazione genetica può promuovere l’adattamento in un ambiente che muta», evidenzia Csilléry. Le popolazioni si sono adattate più velocemente e hanno raggiunto il fenotipo ottimale in modo più ravvicinato rispetto a uno scenario in cui ogni gene agisce indipendentemente. Il passo successivo è stato capire se questi risultati ottenuti dalle simulazioni potessero essere confermati in dati reali. «In collaborazione con Olivier Francois, docente presso l’Università di Grenoble, e con Pär Ingvarsson, docente presso l’Università svedese di scienze agrarie, stiamo applicando test a coppie per l’adattamento al fotoperiodo (periodi di luce e buio) nell’Arabidopsis thaliana e nel pioppo tremulo (Populus tremula)». I dati sono stati raccolti da popolazioni provenienti dalle stesse regioni della Svezia per entrambe le specie. Il fotoperiodo è probabilmente il principale fattore selettivo sulle tempistiche dei germogli tra le popolazioni di pioppo della Svezia settentrionale e meridionale. Questa analisi è ancora in corso.
La tolleranza alla siccità degli alberi forestali è particolarmente importante oggi
FORGENET ha valutato la tolleranza alla siccità di una conifera europea importante dal punto di vista ecologico ed economico: l’abete bianco (Abies alba). Ciò è stato fatto attraverso un approccio genetico evolutivo e quantitativo (molti geni sotto controllo). Le popolazioni che provengono da luoghi in cui la capacità idrica di ritenuta è bassa erano più tolleranti alla siccità rispetto ad altre. «Tuttavia, anche il tasso di crescita di queste popolazioni è stato basso e ciò potrebbe essere in conflitto con gli interessi dei silvicoltori», aggiunge. Molte specie di alberi forestali sono in pericolo a causa dei cambiamenti climatici nei loro habitat di crescita attuali e stimarne l’adattabilità è un’importante priorità per la ricerca europea. Csilléry riassume: «I risultati dello studio possono essere ora utilizzati per selezionare popolazioni per i dati genomici al fine di identificare le reti genetiche che svolgono un ruolo nell’adattamento alla risposta dello stress da siccità». I risultati sono stati pubblicati in una rivista sottoposta a revisione paritaria(si apre in una nuova finestra).
FORGENET distribuisce il proprio marchio speciale di analisi genomica dei megadati
Corsi estivi di avvio centrati sull’adattamento poligenico e un simposio di ricerca intitolato «Detecting the Genomic Signal of Polygenic Adaptation and the Role of Epistasis in Evolution» (L’individuazione del segnale genomico dell’adattamento poligenico e il ruolo dell’epistasi nell’evoluzione) hanno diffuso l’approccio di FORGENET nell’analisi dei dati genomici. Una pubblicazione a revisione paritaria su Molecular Ecology(si apre in una nuova finestra) porta lo stesso titolo del simposio.
