Angiosperme: genomi più piccoli per un grande successo ecologico

Il successo evolutivo delle Angiosperme sarebbe spiegato anche da una riduzione del genoma rispetto a felci e gimnosperme, fondamentale per la riduzione delle dimensioni delle cellule delle foglie e l’aumento del numero degli stomi necessari a una fotosintesi più efficiente

Il successo evolutivo delle angiosperme, piante caratterizzate da fiore completo e seme protetto, a partire dal primo periodo del Cretaceo, si spiegherebbe con una progressiva riduzione delle dimensioni del genoma rispetto alle altre piante terrestri, felci e gimnosperme. A sostenerlo, Kevin Simoning dell’Università di San Francisco e Adam Roddy dell’Università di Yale in un articolo pubblicato su Plos Biology. Dimensioni del genoma più contenute avrebbero infatti contribuito a un aumento della densità del numero di cellule delle foglie e degli stomi, le strutture dell’epidermide fogliare deputate agli scambi gassosi con l’esterno, che avrebbero contribuito a raggiungere una maggior efficienza fotosintetica.

I ricercatori sono partiti dalle conclusioni dei principali studi pubblicati sul successo evolutivo delle angiosperme, sottolineando come la maggior capacità delle foglie di queste piante di gestire gli scambi di anidride carbonica e vapore acqueo sia stato alla base della loro diversificazione. Come sottolineano gli autori, nessuna delle ricerche pubblicate finora, tuttavia, è stata in grado di spiegare il meccanismo alla base delle modificazioni anatomiche e fisiologiche responsabili di questo successo.

Per provare a dare una risposta a questo quesito, Simoning e Roddy sono partiti da un’analisi dei dati di 400 specie di piante tra felci, gimnosperme e angiosperme, raccolti dal Plant DNA Database del Royal Botanic Garden, investigando dimensione del genoma, delle cellule, densità degli stomi e della vascolarizzazione delle foglie.

I risultati mostrano una relazione significativa tra dimensioni del genoma e i cambiamenti anatomici investigati: a genomi più piccoli, prevalentemente di angiosperme, corrispondono non solo dimensioni delle cellule più piccole, ma anche una maggior densità di stomi dalle dimensioni inferiori rispetto a quelle delle altre piante terrestri, felci e gimnosperme.

Ma specie di angiosperme con genomi di dimensioni più piccole hanno effettivamente valori più elevati di scambi gassosi sulla superficie delle foglie? Lo studio ha provato a rispondere a questa domanda calcolando la conduttanza potenziale e quella massima degli stomi in queste piante. I risultati mostrano precisamente come, man mano che si riduce la dimensione del genoma, aumenta la conduttanza degli stomi delle angiosperme studiate.

Nelle conclusioni degli autori, tale successo evolutivo sarebbe la conseguenza del raggiungimento dei limiti imposti dai vincoli biofisici circa l’efficienza fotosintetica delle foglie, che a loro volta sarebbero conseguenza dei profondi cambiamenti a livello genomico che sono stati osservati.


Bibliografia
Kevin A. Simonin, Adam B. Roddy. Genome downsizing, physiological novelty, and the global dominance of flowering plants. PLOS Biology, 2018; 16 (1): e2003706 DOI: 10.1371/journal.pbio.2003706

Immagine: di dominio pubblico (da Wikimedia Commons)