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H2020

Finch Evo-Devo — Risultato in breve

Project ID: 702707
Finanziato nell'ambito di: H2020-EU.1.3.2.
Paese: Regno Unito
Dominio: Ricerca di base, Cambiamento climatico e Ambiente

Lo sviluppo evolutivo dei becchi dei fringuelli

I fringuelli di Darwin mostrano un’enorme diversità nella forma e nelle dimensioni del becco, che varia con la dieta. Il progetto Finch Evo-Devo, finanziato dall’UE, ha utilizzato la genomica e la trascrittomica per spiegare come si siano evolute ben 15 specie di fringuello da un unico antenato che atterrò sulle isole Galapagos.
Lo sviluppo evolutivo dei becchi dei fringuelli
Secondo la genetica dello sviluppo evolutivo, o «evo-devo» (evolutionary-developmental), la maggior parte delle forme biologiche adulte è già visibile durante lo sviluppo embrionale (cioè prima della nascita/schiusa), mentre gli animali si stanno formando. Un classico esempio è l’apparizione transitoria di branchie e coda negli umani, che poi si perdono più avanti nel processo.

Questi programmi genetici evolutivi variano in diverse specie come risultato delle differenze nella regolazione di geni attivi durante lo sviluppo embrionale. Nei fringuelli di Darwin, le diverse forme e dimensioni del becco sono già evidenti negli embrioni a sviluppo avanzato. Questo dimostra che la morfologia del becco è determinata geneticamente e non dipende dai fattori presenti nell’ambiente (quali l’alimentazione) dopo la schiusa. «Abbiamo studiato i fringuelli di Darwin delle Isole Galapagos perché sono un esempio iconico di evoluzione per selezione naturale e gran parte della loro sopravvivenza dipende dai loro becchi», spiega il dott. Arkhat Abzhanov, coordinatore del progetto Finch Evo-Devo.

Evoluzione modulare

Una precedente ricerca del gruppo, utilizzando la modellizzazione matematica, ha dimostrato che le forme dei becchi possono essere suddivise in tre gruppi. Le dimensioni variano all’interno di ogni gruppo e i gruppi si distinguono per la curvatura del becco. «In precedenza avevamo scoperto che durante lo sviluppo embrionale di specie del gruppo A, le tre dimensioni del becco, vale a dire lunghezza, larghezza e profondità, e i due tessuti costitutivi, cartilagine e ossa, sono tutti regolati in modo indipendente da diversi percorsi di segnalazione», sottolinea la dott.ssa Mariya Dobreva, la borsista a capo della ricerca.

Il risultato finale è che moduli evolutivi separati consentono una variazione indipendente tra di loro, aumentando di conseguenza la variazione complessiva. Questo comportamento potrebbe servire a spiegare l’incredibile diversità di esseri viventi presenti sul nostro pianeta.

Genomica avanzata - dove, quando e quanto

Il sequenziamento comparativo dell’intero trascrittoma rientra nel campo della genomica avanzata; mentre la genomica fornisce informazioni sulle «ricette» per la costruzione di un corpo, la trascrittomica ci mostra come tali ricette vengono realizzate, rivelando i dettagli di dove e quando i geni evolutivi risultano attivi. Il team ha confrontato la composizione dell’mRNA in un particolare tessuto, in questo caso il primordio del becco, quando se ne sta forgiando la forma.

Il team Finch Evo-Devo sta attualmente convalidando un sottogruppo di nuovi geni candidati. Test di guadagno e di perdita di funzione con virus geneticamente modificati che trasportano il gene di interesse su embrioni di pollo in sviluppo riveleranno i loro ruoli nella morfogenesi del becco. «I test sugli embrioni di pollo mirano a imitare la forma del becco dei diversi embrioni di fringuello di Darwin nel pollo. Una riuscita imitazione dopo la manipolazione con un particolare gene confermerà il suo ruolo nella morfogenesi della forma del becco», afferma la dott.ssa Dobreva.

Risultati significativi

Finch Evo-Devo ha ottimizzato con successo il nuovo protocollo per uso futuro e il trascrittoma è stato sequenziato per tutti i tre gruppi di fringuelli di Darwin.

Le differenze di espressione tra le specie e la conoscenza di reti geniche hanno sollecitato l’avvio della delucidazione della complessa regolazione della formazione della curvatura del becco. Ad oggi, il team ha convalidato alcuni dei migliori geni candidati mediante ibridazione in situ, un test che aiuta a rilevare l’esatta posizione dell’espressione genica in sezioni di embrioni di fringuello di Darwin.

Una gita di grande successo alle isole Galapagos ha fornito un numero sufficiente di campioni di embrioni per completare il lavoro del progetto. La dott.ssa Dobreva ha rappresentato il team nel corso di conferenze internazionali e nazionali, ha formato studenti e guidato una squadra sul campo. A breve, si dedicherà alla pubblicazione dei risultati del progetto Finch Evo-Devo.

Piani di ricerca futuri per Finch evo-devo e applicazione

I passi successivi vedranno il completamento della convalida di geni e reti identificati. È necessario un finanziamento di follow-up e, purtroppo, la mancanza di finanziamenti ha ostacolato a tutt’oggi i progressi della ricerca.

Riassumendo, il dott. Abzhanov conclude: «Dopo la pubblicazione in una rivista scientifica ad alto impatto, il team si concentrerà su altre azioni a largo raggio». I risultati della ricerca Finch Evo-Devo promettono di avere applicazioni significative nel campo della genetica dello sviluppo e non solo nei fringillidi.

Il nuovo protocollo elaborato si colloca nel cuore stesso della genetica dello sviluppo e potrebbe essere la base per studi sullo sviluppo di altri organismi. «A tal proposito, i finanziamenti per la ricerca di base sono importanti tanto quanto quelli per la ricerca applicata», osserva il dott. Abzhanov.

Keywords

Finch Evo-Devo, sviluppo, embrione, fringuello di Darwin, forma del becco, trascrittoma