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Geni estranei: per gli scienziati il fattore evolutivo più potente nella storia

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Illustrazione per 'Geni estranei: per gli scienziati il fattore evolutivo più potente nella storia' - Sputnik Italia, 1920, 28.08.2021
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I ricercatori hanno rilevato nel DNA di alcuni insetti un gene dei vegetali che protegge dalle tossine. Prima si credeva che soltanto nei microrganismi fossero possibile il trasferimento genico orizzontale.
Ora invece sempre più dati provano che questo meccanismo sia diffuso più diffusamente e che probabilmente abbia svolto un ruolo chiave a livello evolutivo.

Il parassita saccheggia la vittima

La mosca bianca del tabacco è una specie parassitaria di diverse centinaia di piante selvatiche e da coltivazione. Questa creatura microscopica causa non pochi problemi agli agricoltori di tutto il mondo. Le larve di questa mosca succhiano la linfa interna ai vegetali e li infettano con virus patogeni. Per proteggersi da questo agente infestante i vegetali sintetizzano nelle foglie dei glicosidi fenolici ad azione tossica. Ma questo non impedisce alla mosca bianca di agire. L’insetto, resistente ai pesticidi, si è diffuso in tutti i continenti, ad eccezione dell’Antartide, e danneggia in maniera importante il raccolto.
Di recente scienziati cinesi ed europei hanno scoperto il segreto del successo della mosca bianca. Nel DNA di 3 specie di mosca bianca è stato rilevata la presenza del gene BtPMaT1 che codifica l’antidoto contro i glicosidi fenolici. Di primo acchito pare logico: un insetto che si nutre di piante cerca di difendersi dalle tossine prodotte da queste ultima. Il problema, tuttavia, risiede nel fatto che il gene BtPMaT1 in passato era stato rilevato soltanto in esemplari di flora.
Si pensa poco verosimile che le mosche bianche del tabacco abbiano creato da sole il gene. Ad oggi l’unica spiegazione è che queste creature infestanti abbiano preso dalle loro vittime una porzione di genoma e l’abbiano integrata nel proprio. Si tratta del primo caso documentato di trasferimento genico orizzontale tra insetti e piante. Tutte e tre le specie di mosca bianca del tabacco hanno probabilmente messo a punto questo gene-antidoto circa 86 milioni di anni fa separandosi dalle altre famiglie di insetti simili.
Larvas (imagen referencial) - Sputnik Italia, 1920, 06.01.2021
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Gli scienziati hanno identificato le mosche bianche con il gene BtPMaT1 disattivato e le hanno nutrite con glicosidi fenolici prodotti dai pomodori. Tutti gli esemplari di mosche sono morti. Ciò significa che il gene effettivamente funziona. Quest’esperimento apre le porte alla creazione di pesticidi sempre più efficaci.

Geni estranei

Il genoma di microorganismi come le spugne assimila al suo interno frammenti del DNA presenti nell’ambiente circostante. Il gene così ottenuto si integra nella catena di nucleotidi e, se risulta vantaggioso, conserva a lungo il posto conquistato. I frammenti non vantaggiosi, invece, col tempo si staccano o disattivano. Questo consente agli organismi semplici privi di nucleo cellulare di acquisire nuove proprietà, di adattarsi alle condizioni ambientali in continua evoluzione e di accedere a nuove tipologie di nutrimento. Questo approccio accorcia sensibilmente le tempistiche del consueto processo evolutivo.
Il trasferimento genico orizzontale si contrappone a quello verticale in cui le informazioni genetiche vengono trasmesse dai genitori alla prole tra esemplari di una stessa specie e, più raramente, tra specie diverse. Questo meccanismo è tipico degli eucarioti. La diversità genetica in queste creature si consegue mediante selezione naturale e mutazioni genomiche.
Si pensava che gli organismi pluricellulari non potessero ottenere e integrare nel proprio DNA un gene estraneo. Tuttavia, è emerso che non è così. Uno degli esempi più significativi in questo senso è rappresentato dal batterio Wolbachia che è parassitario di circa metà di tutte le specie di insetti e ad esse il batterio conferisce i propri geni. Circa un terzo del genoma delle Bruchinae proviene dal Wolbachia. Tra l’altro, gran parte di tale genoma è inattiva per via delle mutazioni. Sono noti casi di trasferimento genico da un insetto a un altro per il tramite di un virus. Inoltre, anche i funghi sono in grado di effettuare trasferimento orizzontale.
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Quanto ai mammiferi non sono presenti dati in merito. L’uomo introduce continuamente nel proprio corpo DNA di diversa natura quando mangia pomodori, cavolo, carne, pesce. Tutto questo viene assimilato nel tratto gastrointestinale e viene sottoposto a una moltitudine di trasformazioni chimiche. I geni provenienti dal cibo e dall’ambiente circostante non finiscono nel genoma, ad eccezione di alcuni virus come i retrovirus. I loro frammenti si integrarono nel genoma dei nostri avi circa 25 milioni di anni fa. La maggior parte di questi, però, è inattiva.
Di recenti alcuni esperti britannici di bioinformatica hanno rilevato nel DNA dei primati 145 frammenti di genoma di organismi inferiori. Gli autori dello studio osservano che i geni estranei partecipano al metabolismo proteico e lipidico, interagiscono con l’attività antiossidante e con il sistema immunitario. I donatori di tali geni sono batteri e protisti (amebe e ciliati). Purtroppo non sappiamo né quando né in che modo questi geni siano passati di specie.
Gli scienziati stanno cominciando solo ora a comprendere la portata del meccanismo del trasferimento genico orizzontale. Secondo una delle ipotesi, senza tale trasferimento sarebbero stati impossibili una evoluzione rapida, l’adattamento alle condizioni in continua evoluzione della Terra nelle sue prime fasi, la comparsa in soli 4 miliardi di anni di organismi pluricellulari e dell’uomo stesso.
di Tatiana Pichugina
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