Dagli insetti alle piante: il lungo viaggio di Penelope

Una recente pubblicazione documenta un trasferimento di DNA, avvenuto oltre 300 milioni di anni fa, tra insetti e piante

Il genoma di tutti gli eucarioti contiene numerose sequenze di DNA, denominate trasposoni e retrotrasposoni, in grado di spostarsi autonomamente nel genoma. Tra i tanti eventi associati a questi insoliti tratti di DNA vi è non solo la capacità di spostarsi nel genoma di chi li ospita, ma anche la possibilità di “saltare” tra specie diverse. Questo passaggio di materiale genetico è definito orizzontale poiché avviene tra specie differenti e quindi riproduttivamente isolate. Questo processo è molto comune nei procarioti, ma per molto tempo è stato considerato raro negli eucarioti.

Come avevamo segnalato anche su Pikaia (qui), alcuni trasposoni identificati nell’emittero Rhodinius prolixus erano stati ritrovati anche nella chiocciola Limnea stagnalis a suggerire un possibile evento di trasferimento orizzontale (HT). In questo caso infatti non vi era stato un trasferimento verticale mediato da un antenato comune, ma un passaggio diretto dovuto probabilmente ad un comune parassita.

Se questo dato vi pare incredibile, non potrete non stupirvi per un trasferimento fra organismi ancora più distanti tra loro. Secondo quanto pubblicato sulla rivista scientifica internazionale Genome Biology and Evolution dal gruppo di ricerca di Claudio Casola una ricerca estesa di elementi genetici mobili nel genoma della conifera Pinus taeda ha evidenziato la presenza di un trasferimento di retrotrasposoni tra insetti e conifere.

Il genoma della conifera Pinus taeda (ne avevamo parlato su Pikaia qui) con le sue 23.2 Gb è circa 7 volte più grande del genoma umano e contiene una abbondante frazione data da retrotrasposoni sinora poco caratterizzati. Sulla base dei dati pubblicati da Casola, tra questi vi sarebbero alcuni elementi denominati Penelope-like che per sequenza sono estremamente simili agli elementi dello stesso tipo isolati negli anni scorsi in insetti a suggerire un loro trasferimento orizzontale. Questi elementi genetici mobili avevano già dato prova di poter “saltare” tra specie diverse di insetti, ma a quanto pare vi è stato un loro trasferimento orizzontale ben più antico tanto da essere datato a oltre 340 milioni di anni fa.

Questo è indubbiamente il trasferimento orizzontale più antico e più ampio ad oggi identificato oltre che il più cospicuo caso di trasferimento di DNA tra animali e piante. Ma le sorprese non finiscono qui! Molto spesso gli elementi genetici mobili non sono sempre ugualmente attivi nel genoma in cui arrivano rispetto a quello da cui provengono. In modo sorprendente, una parte dei retrotrasposoni Penelope trovati nella conifera P. taeda sono ancora oggi attivi a suggerire che con i loro “salti” nel genoma possano avere contribuito alla riorganizzazione del genoma delle conifere per oltre 300 milioni di anni.

Sulla base di quanto era stato pubblicato nel 2015 dal gruppo di ricerca di Alastair Crisp della University of Cambridge (UK), sia in piante che in animali sono presenti da decine a centinaia di geni ed altri elementi (tra cui appunto trasposoni e retrotrasposoni) derivati, con alta probabilità, da eventi di trasferimento orizzontale. A quanto pare, seppure la situazione non sia paragonabile a quella descritta nei batteri, anche negli eucarioti vi sono stati molti scambi di DNA tra specie che hanno riguardato anche animali e piante (compresa la possibilità di scambi tra animali e piante) rendendo lo studio dell’evoluzione del genoma eucariotico ancora più interessante.


Riferimenti:
Xuan Lin, Nurul Faridi, Claudio Casola (2016) An Ancient Trans-Kingdom Horizontal Transfer of Penelope-like Retroelements from Arthropods to Conifers. Genome Biology & Evolution, doi:10.1093/gbe/evw076