Svelare le basi genetiche dell'evoluzione adattativa
Uno studio rivela complessi riarrangiamenti cromosomici in un insetto stecco
La comprensione delle basi materiali dell'evoluzione adattativa è un obiettivo centrale della biologia, almeno dai tempi di Darwin. Uno dei dibattiti attuali è se l'evoluzione adattativa si basa su molte mutazioni con effetti piccoli e approssimativamente uguali, o se è guidata da una o poche mutazioni che causano grandi cambiamenti nei tratti.
Una femmina di insetto stecco verde (Timema cristinae) si mimetizza su un lillà della California (Ceanothus). Uno studio pubblicato da Zachariah Gompert, ricercatore della Utah State University, e colleghi nel numero del 18 aprile 2025 della rivista Science dell'AAAS rivela complessi riarrangiamenti cromosomici in un insetto stecco.
Aaron Comeault
I riarrangiamenti cromosomici, in cui ampie porzioni di cromosomi vengono invertite, spostate, cancellate o duplicate, rappresentano una possibile fonte di queste "macromutazioni" su larga scala. Tuttavia, la caratterizzazione dei riarrangiamenti cromosomici con i metodi di sequenziamento del DNA comunemente utilizzati si è rivelata difficile.
Molti organismi, compresi gli esseri umani, sono diploidi, cioè hanno due serie di cromosomi, uno per ogni genitore. Lo stesso vale per gli insetti stecco. Questo rende difficile l'identificazione dei riarrangiamenti cromosomici tra le specie quando si assemblano i genomi.
"In passato abbiamo fatto una media dei dati di ciascun set di cromosomi, ma la limitata accuratezza di questo metodo non racconta l'intera storia", spiega Zachariah Gompert, biologo evoluzionista della Utah State University. "L'uso di approcci molecolari e computazionali più recenti che generano assemblaggi di genomi a fasi, in cui le due copie di ciascun cromosoma sono assemblate separatamente, ci ha permesso di mostrare direttamente come i complessi riarrangiamenti cromosomici abbiano permesso agli insetti stecco di adattarsi essendo criptici su diverse piante ospiti ed evitando così la predazione".
Gompert e colleghi riferiscono che la divergenza adattativa nel modello di colore criptico è dovuta a due distinti e complessi riarrangiamenti cromosomici, in cui milioni di basi di DNA sono state ribaltate all'indietro e spostate da una parte all'altra di un cromosoma, in modo indipendente in popolazioni di insetti stecco su montagne diverse.
Gli scienziati hanno studiato insetti Timema cristinae con vari modelli di colore, raccolti da due montagne vicino a Santa Barbara, in California. Questi insetti senza ali, che si nutrono di piante, si sono adattati in modo diverso a due diverse specie di piante negli habitat di chaparral costieri. Un modello di insetto stecco è verde e si confonde con il lillà della California, mentre l'altro presenta una sottile striscia bianca sul dorso che lo rende quasi impercettibile tra le foglie aghiformi dell'arbusto di camoscio.
Gompert e colleghi hanno dimostrato che questa differenza adattativa nel modello di colore è quasi completamente spiegata dalla presenza o dall'assenza di questi singoli riarrangiamenti cromosomici complessi.
"La nuova tecnologia di assemblaggio genomico a fasi utilizzata in questo studio è stata fondamentale per aiutarci a esaminare come si sono evoluti i colori in questi insetti", afferma Gompert, professore del Dipartimento di Biologia e del Centro di Ecologia dell'USU. "I nostri risultati suggeriscono che i riarrangiamenti cromosomici potrebbero essere più diffusi e più complessi di quanto pensassimo in precedenza".
Secondo il professore, queste mutazioni, pur essendo di grandi dimensioni, sono facili da non notare utilizzando i tradizionali approcci di sequenziamento del DNA.
"I riarrangiamenti cromosomici possono essere difficili da individuare e caratterizzare con gli approcci standard", spiega Gompert. "Stiamo essenzialmente esplorando la 'materia oscura' del genoma".
Secondo Gompert, le variazioni strutturali, anziché essere rare, potrebbero essere regolarmente disponibili per stimolare l'evoluzione.
"Stiamo solo grattando la superficie", dice Gompert. "Ci mancavano gli strumenti per rilevare la variazione strutturale, ma con il miglioramento della tecnologia ipotizziamo che svolga un ruolo più importante nell'evoluzione di quanto non sia stato riconosciuto in precedenza".
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