Il gene della migrazione dei salmoni

Uno studio pubblicato su Science individua in una piccola regione genica del cromosoma 28 dei salmoni, il tratto di genoma che determina la stagione del loro ritorno nei fiumi


Il genotipo di un essere vivente, vale a dire il suo genoma, in interazione con l’ambiente, determina il fenotipo e cioè l’insieme delle sue caratteristiche morfologiche e comportamentali. Uno studio, recentemente pubblicato su Science, individua in una piccola regione genica di circa 30 mila basi sul cromosoma 28, il gene “timer” che determina il momento esatto della risalita dei salmoni.

I chinook (Oncorhynchus tshawytscha), una specie di salmoni del pacifico, infatti, prendono parte a due migrazioni nell’arco dell’anno: una primaverile e una autunnale. Queste migrazioni di migliaia di chilometri hanno lo scopo di risalire gli stessi fiumi nei quali sono nati e riprodursi, passando il testimone alla generazione successiva. I salmoni che prendono parte alla migrazione primaverile sono più piccoli di quelli invernali e hanno un maggior contenuto di grasso. Inoltre, i salmoni primaverili sono in grado di adattarsi ad un range di habitat fluviali maggiore rispetto ai salmoni autunnali. Non si tratta, quindi, di due risalite di pesci identici appartenenti ad una stessa popolazione ma, piuttosto, migrazioni distinte di due ecotipi diversi, lungo tutta la costa Nord-Occidentale degli stati Uniti.

Queste differenze morfologiche e comportamentali hanno portato alcuni scienziati ad interrogarsi sulla possibilità che si stia verificando una speciazione ad uno stadio incipiente o, addirittura, che questa sia già avvenuta. In entrambe le ipotesi, questo timer di migrazione codificato nel genoma, sarebbe il tratto che produce un accoppiamento assortativo, cioè un modello di accoppiamento non casuale all’interno di una popolazione ma, al contrario, dove individui con un determinato tratto si riproducono con altri aventi il medesimo tratto: in questo caso salmoni primaverili con primaverili e salmoni autunnali con autunnali. Questa barriera temporale potrebbe essere alla base di una speciazione simpatrica in divenire oppure già conclusa, a seconda delle due ipotesi.

Nello studio, i ricercatori hanno confrontato la differenza assoluta delle frequenze alleliche di chinook primaverili e autunnali, senza riscontare differenze significative, eccetto per il cromosoma 28. Questa spiccata differenza a carico di un singolo cromosoma ha spinto gli scienziati ad indagare più a fondo scoprendo che, questa marcata diversità, era causata da due geni: GREB1L e ROCK1. Questi due geni codificanti due proteine, in qualche modo, determinano la stagione riproduttiva di ciascun salmone chinook, come dei timer genetici.

Per dimostrare che questa regione genica fosse davvero associata al momento della risalita dei salmoni, gli scienziati hanno suddiviso 502 salmoni in tre aplotipi, distinti in base al tipo di allele per il gene GREB1L: quelli omozigoti con il presunto allele primaverile (EE), quelli omozigoti con il presunto allele autunnale (LL) e quelli eterozigoti (EL). Gli scienziati hanno, così, mostrato che l’aplotipo predice fino all’85% della variazione nel momento di ingresso in acqua dolce, cioè della stagione riproduttiva.

Confrontando l’aplotipo di ciascun individuo con il momento della sua risalita hanno inoltre confutato l’ipotesi di un speciazione simpatrica in atto dovuta all’isolamento temporale delle stagioni riproduttive dei due gruppi di salmoni. Sebbene, infatti, l’aplotipo omozigote primaverile e quello autunnale siano separati dal mese di agosto e quindi virtualmente isolati dal punto di vista temporale, l’aplotipo eterozigote li collega riproducendosi a cavallo tra gli altri due aplotipi. Gli eterozigoti, portando un allele primaverile ed uno autunnale, finiscono infatti per risalire i fiumi dalla fine dell’ondata primaverile all’inizio di quella autunnale, funzionando come un ponte che garantisce il mantenimento di flusso genico tra i due aplotipi omozigoti.

Questo studio è di notevole importanza perché mostra come una differenza allelica in una piccola regione genomica possa determinare un fenotipo complesso come la tempistica della migrazione. Anche se non è chiaro come questi geni possano indurre tali effetti sul comportamento dei pesci, forse modificando la risposta al fotoperiodo, è possibile che non si tratti di un caso isolato.


Fonti:
Andrew P. Kinziger and John Carlos Garza, Neil F. Thompson, Eric C. Anderson, Anthony J. Clemento, Matthew A. Campbell, Devon E. Pearse, James W. Hearsey,. A complex phenotype in salmon controlled by a simple change in migratory timing. Science 370 (6516), 609-613. DOI: 10.1126/science.aba9059

Immagine: Dan Cook (USFWS), Public domain, attraverso Wikimedia Commons