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L'evoluzione delle piante con il trasferimento genetico
Gli enzimi della fotosintesi provengono da geni comuni a molte piante che negli anni hanno effettuato trasferimenti orizzontali
Alcuni ricercatori in Francia, Regno Unito e Stati Uniti hanno fatto nuova luce su come le piante si scambiano geni da una pianta all'altra per aiutare a stimolare il proprio sviluppo evolutivo. I risultati, presentati sulla rivista Current Biology, hanno sottolineato che gli enzimi chiave per la fotosintesi sono stati condivisi tra piante con un rapporto ancestrale lontano e che il ciclo metabolico della pianta ricevente ha assorbito i geni, contribuendo al suo adattamento. Lo studio è stato in parte finanziato da una borsa Marie Curie nell'ambito del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'UE.
La maggior parte degli scienziati crede che il passaggio di geni dal genitore alla prole, sia negli animali che nelle piante, contribuisca alla loro evoluzione. È noto che le modifiche genetiche emergono attraverso questo processo. In questo recente studio però, ricercatori della Brown University negli Stati Uniti, del Laboratoire Evolution & Diversité Biologique in Francia, dell'Università di Liverpool e dell'Università di Sheffield nel Regno Unito, hanno determinato che i geni viaggiano da una pianta all'altra tra specie diverse che condividono solo una parentela ancestrale lontana.
I ricercatori hanno osservato che un insieme di graminacee si sono scambiate i geni molte volte nel corso di milioni di anni, i geni trasferiti hanno avuto un ruolo fondamentale per il meccanismo fotosintetico delle piante. Questo è vero in particolare per le piante C4, che si trovano in climi caldi e tropicali.
Queste piante tra l'altro rappresentano il 20% della copertura vegetativa del nostro pianeta.
"Per quel che ne sappiamo, questo è il primo caso in cui geni nucleari che sono stati trasmessi tra le piante sono stati incorporati nel metabolismo primario e hanno contribuito all'evoluzione di un nuovo tratto, in questo caso la fotosintesi delle C4," ha spiegato il dott. Pascal-Antoine Christin del Dipartimento di Ecologia e biologia evolutiva della Brown University.
I ricercatori hanno esaminato l'ascendenza di due geni che codificano gli enzimi necessari per la fotosintesi delle C4: il fosfoenolpiruvato carbossilasi (ppc) e il fosfoenolpiruvato carbochinasi (pck). Hanno anche esaminato la presenza storica degli enzimi e la loro funzione dell'Alloteropsis, una graminacea comune e molto studiata.
Il team prima ha esaminato i geni in specie con una stretta parentela, tre piante C4 (Alloteropsis angusta, Alloteropsis cimicina e Alloteropsis semialata) e una pianta C3 (Alloteropsis eckloniana). Volevano trovare informazioni sulla storia evolutiva dei geni ppc e pck, che erano stati trovati nell'antenato comune C3 e che si pensava si fossero adattati per stimolare la fotosintesi nelle piante discendenti C4.
"Ci si chiedeva come questi geni si evolvessero," ha detto il dott. Chrisitn. "L'ipotesi comune era che un antenato avesse i geni, ma che essi non fossero coinvolti nella fotosintesi e quindi fossero stati modificati per diventare gli agenti fotosintetici delle C4."
Hanno studiato piante C4 il cui enzima ppc era necessario per la fotosintesi e piante il cui enzima era presente ma non aveva alcun impatto sulla fotosintesi. I ricercatori hanno ipotizzato che gli enzimi ppc usati nella fotosintesi delle C4 fossero strettamente imparentati con i geni non-fotosintetici delle piante C3 strettamente imparentate, dato il loro antenato comune. Hanno scoperto però che i geni ppc coinvolti nella fotosintesi delle C4 erano strettamente imparentati con i geni ppc di altre specie di C4 e che non avevano un rapporto stretto nella filogenia, l'albero genealogico. Il team ha inoltre scoperto che queste piante che condividono gli enzimi fotosintetici ppc si erano separate ben 20 milioni di anni fa. Nonostante le divergenze ancestrali quindi, i ricercatori hanno identificato uno scambio di geni.
"Abbiamo capito molto tempo fa che gli adattamenti evolutivi passano dal genitore alla prole," ha detto il dott. Colin Osborne dell'Università di Sheffield, uno degli autori dell'articolo. "Adesso abbiamo scoperto nelle piante che possono passare tra cugini lontani senza un contatto diretto tra le specie."
Ha aggiunto la professoressa Erika Edwards della Brown University. "La cosa interessante qui è che questi geni si spostano da una pianta all'altra in un modo che non avevamo mai visto prima. Non c'è un rapporto ospite-parassita tra queste piante, che è la situazione nella quale di solito vediamo questo tipo di movimento di geni."
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