Come sfruttare al meglio i vantaggi della poliploidia

Le popolazioni di salamandra Ambystoma sono costituite da ibridi femmine che hanno trovato una formula genetica semplice per il successo: accoppiarsi con più maschi di diverse specie e usare parti del materiale genetico di ciascun partner per la propria prole. Un esempio del modo bizzarro con cui alcuni animali possono utilizzare i loro genomi per massimizzare le possibilità di successo

La maggior parte delle specie animali si riproduce per via sessuale. É noto infatti che sul lungo periodo la riproduzione sessuale fornisce grandi benefici dal punto di vista evolutivo (Pikaia ne ha parlato qui) perché perette di aumentare variabilità genetica della prole attraverso la ricombinazione patrimonio genetico dei genitori.

Questa modalità riproduttiva però presenta anche uno svantaggio: permette ai genitori di passare ai figli solo il 50% dei loro geni. Non tutti gli organismi hanno ‘accettato’ questa perdita e molti hanno evoluto strategie alternative alla meiosi per aumentare la diversità genetica della prole: per esempio ricorrendo alla poliploidia che consiste nella duplicazione del patrimonio genetico. Utilizzano questo espediente molte specie di piante ma anche alcuni vertebrati unisessuati.

A patto di saperla gestire, infatti, la poliploidia può essere molto vantaggiosa: permette di avere moltissimi geni che possono mutare liberamente e permette anche alle forme ibride di mescolare all’interno dello stesso individuo genomi diversi provenienti da genitori di specie diverse. Sebbene nelle piante sia molto diffusa, non sono molti gli animali che vi fanno ricorso a causa della difficoltà che comporta la “gestione” di un patrimonio genetico multiplo, soprattutto per quanto riguarda la regolazione dell’espressione genica e la “convivenza” di geni provenienti da specie diverse (Pikaia ne già ha parlato qui).

Tra gli animali le salamandre del genere Ambystoma, che includono sia linee unisessuali che bisessuali e specie con diversi livelli di ploidia, si sono dimostrate delle maestre nell’arte della gestione della poliploidia, come ha rivelato il recente studio di un team di biologi dell’Università di Iowa che ha analizzato il genoma di un lignaggio di salamandra Ambystoma unisessuale vecchio di sei milioni di anni che produce solo prole femminile.

Questo ibrido unisessuale si è originato dall’incrocio di una sola femmina (l’Eva delle salamandre ndr) con maschi di numerose specie di Ambystoma bisessuali. Quando si accoppia con maschi, una femmina di Ambystoma acquisisce i geni del maschio e poi ne mantiene solo alcuni, scartando gli altri, attraverso il meccanismo conosciuto come “cleptogenesi”, che consiste appunto nell’utilizzare gli spermatozoi per innescare lo sviluppo della cellula uovo senza però incorporarne tutto il DNA.

Per capire quanto, del genoma dei maschi con cui si accoppia, una femmina effettivamente ed utilizza, il team di biologi ha analizzato il profilo genetico di più di 3000 geni di una femmina triploide derivante dall’incrocio con tre maschi di tre specie di diverse (Ambystoma laterale, Ambystoma texanum e Ambystoma tigrinum).

Le analisi hanno che quasi il 72% dei geni forniti dai tre partner maschi sono attivi nelle cellule della femmina. Questo risultato suggerisce che le salamandre Ambystoma utilizzano un meccanismo di espressione bilanciata per utilizzare tutte le varianti geniche che hanno a disposizione senza rinunciare al contributo di nessun genoma parentale, come invece fanno spesso le piante che attraverso il meccanismo del silenziamento genico rendono impossibile la trascrizione dei geni su un segmento di DNA.

Questi animali dunque possono coniugare il vantaggio di avere popolazioni formate tutte da individui potenzialmente in grado di generare prole e i benefici della variabilità genetica fornita dalla poliploidia e dalla promiscuità sessuale.


Riferimenti:
McElroy et al., 2017 Genome Expression Balance in a Triploid Trihybrid Vertebrate Genome Biol Evol (2017) 9 (4): 968-980.doi.org/10.1093/gbe/evx059

Immagine: di dominio pubblico (da Wikimedia Commons)