Un nuovo modello per l’evoluzione di nuovi geni

In un articolo uscito su Science, un gruppo di ricercatori delle Università di Uppsala e della California ha proposto un modello per spiegare l’evoluzione di geni con nuove funzioni, basato sul susseguirsi di tre fasi: innovazione, amplificazione, divergenza (IAD). L’idea alla base di questo modello è la seguente: immaginiamo un gene ancestrale che abbia anche una debole attività secondaria (innovazione).


In un articolo uscito su Science, un gruppo di ricercatori delle Università di Uppsala e della California ha proposto un modello per spiegare l’evoluzione di geni con nuove funzioni, basato sul susseguirsi di tre fasi: innovazione, amplificazione, divergenza (IAD).

L’idea alla base di questo modello è la seguente: immaginiamo un gene ancestrale che abbia anche una debole attività secondaria (innovazione). Immaginiamo ora che un cambiamento del contesto ambientale renda benefico questo tratto secondario; favorito dalla pressione selettiva, il gene vedrebbe aumentare il suo “dosaggio”, arrivando ad avere due o più copie di sé nel genoma (amplificazione). L’aumento del numero di copie da un lato consentirebbe di “assorbire” meglio eventuali mutazioni negative, mentre dall’altro offrirebbe un maggior numero di possibili bersagli per mutazioni benefiche. Sarà proprio l’accumulo di queste mutazioni benefiche a rendere diverse fra di loro le copie del gene ancestrale (divergenza) fino ad arrivare alla formazione di un nuovo gene, qualora una di tali copie perdesse la sua funzione un tempo principale e conservando le modifiche acquisite in seguito all’evento amplificativo.

Per testare il modello da loro proposto, i ricercatori hanno studiato un enzima responsabile della biosintesi dell’istidina (HisA) in un batterio, Salmonella enterica, e hanno individuato un mutante per questo gene dotato anche di una debole attività di sintesi del triptofano (TrpF). Seguendo l’attività di questo gene bifunzionale nel corso di 3000 generazioni e in diverse condizioni nutritive, i ricercatori non solo hanno registrato un vertiginoso aumento della sua espressione ma hanno anche osservato la comparsa di geni che, originati da esso in seguito a duplicazione, si sono poi specializzati, perdendo l’attività HisA e conservando la TrpF o viceversa. In pratica, erano diventati nuovi geni, diversi dal mutante ancestrale da cui provenivano, confermando così il modello IAD.

Modello che quindi dà un grande contributo alla conoscenza dei meccanismi alla base dell’origine delle novità evolutive, tanto nei batteri, nei quali si combina con il trasferimento genetico orizzontale, quanto negli eucarioti, nei quali la sua efficacia è supportata da diverse evidenze sperimentali già presenti in letteratura.

Michele Bellone

Riferimenti:
Näsvall J, Sun L, Roth JR, Andersson DI., Real-time evolution of new genes by innovation, amplification, and divergence. Science. 2012 Oct 19;338(6105):384-7. doi: 10.1126/science.1226521.

Immagine da Wikimedia Commons