La genetica mendeliana svela il segreto delle dimensioni del becco del fringuello dal ventre nero

Ricercatori hanno scoperto che alla base delle dimensioni del becco in una specie di fringillide africana centrale vi è un singolo gene


Il biologo e ornitologo Tom Smith, che ha trascorso la sua carriera a studiare i fringuelli in Camerun e nel suo laboratorio all’Università della California, a Los Angeles, non riuscendo a comprendere fino in fondo il meccanismo che determina le dimensioni dei becchi del pireneste dal ventre nero (Pyrenestes ostrinus), ha chiesto aiuto alla Dott.ssa Bridgett vonHoldt, nota nel settore per il suo lavoro con cani e lupi.

Questa specie è nota per essere caratterizzata da una variabilità fenotipica discreta nelle dimensioni del becco: esistono infatti individui con becchi grossi e individui dotati di becchi piccoli. Smith e i suoi colleghi avevano già stabilito che le dimensioni del becco influivano sulla dieta, ma non sembrava avere alcun impatto sulla selezione del compagno: infatti pare che le femmine non preferiscano i maschi con un grande becco, o viceversa. Inoltre, apparentemente esistono individui dal becco grande o piccolo di entrambi i sessi.

Gran parte del lavoro ventennale di Smith e colleghi ha identificato differenze nella durezza dei semi che mangiano, una storia abbastanza simile a quella dei fringuelli di Darwin, con entrambi i fenotipi che sembrano essere adattati al consumo di semi di dimensioni e durezza differenti. Studi precedenti avevano mostrato che questo carattere è mendeliano. Proprio come spiegato con il celebre quadrato di Punnet, il becco più grande è il tratto dominante, quindi due genitori dal becco piccolo possono avere solo figli con becchi piccoli, ma se entrambi i genitori hanno un becco di grandi dimensioni (e sono entrambi eterozigoti), la loro prole ha un mix di becchi grandi e piccoli, perfettamente in linea con il modello 3: 1 predetto da Gregor Mendel.

Smith aveva compreso che il modello mendeliano si applica al becco di questi uccelli camerunesi attraverso l’osservazione degli esemplari, ma non era stato in grado di identificare il gene responsabile. La svolta è arrivata quando la vonHoldt confrontò i geni degli uccelli dal becco largo con quelli delle loro controparti dai becchi più piccoli e trovò un tratto di DNA di 300.000 paia di basi, apparentemente ereditato come un’unica sequenza, che variava sempre tra i fringuelli dal becco largo e quelli dal becco piccolo. Inoltre, come descritto nel loro studio pubblicato su Nature Communications, proprio in quel pezzo di cromosoma si trova il gene IGF-1 (insuline-like growth factor), familiare alla vonHoldt dalla genetica canina (Pikaia ne ha parlato qui e qui). Nei cani, spiega la ricercatrice, è un gene del fattore di crescita che se cambia il modo in cui è espresso, con poche modifiche genetiche, può trasformare un cane di dimensioni normali in un cane di taglia piccola. Il gene inoltre può influenzare un tratto specifico o un intero animale, a seconda di dove si trova nel genoma e quando è espresso.

Il modello mendeliano era la chiave, sostiene la vonHoldt, e con la nuova tecnologia per analizzare l’intero genoma, combinata con gli anni di dati e intuizioni ecologiche di Smith, finalmente i ricercatori erano in possesso di tutti i pezzi per trovare e comprendere i geni alla base di questo mistero.

Ma la vicenda non finisce qui. In questi uccelli, il becco è l’unico tratto che cambia dimensione: i pireneste dal ventre nero che abbiano un becco grande o un becco piccolo hanno tratti morfologici, compresa la dimensione corporea, uguali. Tuttavia gli scienziati hanno scoperto una terza variante in questa specie: Smith infatti scoprì anche una terzo tipo in questi fringuelli, che chiamò la “mega” varietà, con un becco ancora più grande, ma anche una dimensione corporea maggiore.

Dopo aver esaminato i geni, vonHoldt scoprì che il fenotipo “mega” è invece geneticamente distinto dai due fenotipi più comuni descritti sopra. Questa terza variante, non solo porta due copie dell’allele grande (come i fringuelli dal becco largo) ma ha anche altri cambiamenti cromosomici, apparentemente il prodotto di ulteriori modifiche genetiche che rendono il terzo fenotipo di sicuro interesse evoluzionistico


Fonti
Bridgett M. vonHoldt, Rebecca Y. Kartzinel, Christian D. Huber, Vinh Le Underwood, Ying Zhen, Kristen Ruegg, Kirk E. Lohmueller, Thomas B. Smith. Growth factor gene IGF1 is associated with bill size in the black-bellied seedcracker Pyrenestes ostrinus. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-07374-9

Immagine: Francesco Veronesi from Italy [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons