Afidi, batteri e tolleranza alle alte temperature

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Una singola mutazione puntiforme in un organismo è in grado di influenzare la fitness di un’altro di una specie differente. Questo fenomeno si manifesta nell’associazione simbiontica tra l’afide Acyrthosiphon pisum e i batteri che vivono al suo interno della specie Buchnera aphidicola. Essi forniscono all’ospite gli aminoacidi che l’afide non è in grado di sintetizzare ed in cambio ottengono fonti

Una singola mutazione puntiforme in un organismo è in grado di influenzare la fitness di un’altro di una specie differente. Questo fenomeno si manifesta nell’associazione simbiontica tra l’afide Acyrthosiphon pisum e i batteri che vivono al suo interno della specie Buchnera aphidicola. Essi forniscono all’ospite gli aminoacidi che l’afide non è in grado di sintetizzare ed in cambio ottengono fonti di carbonio e un luogo dove proliferare.

Uno studio, pubblicato sulla rivista open access PLoS Biology e condotto dalla biologa Helen Dunbar e colleghi dell’Università dell’Arizona, ha focalizzato l’attenzione sul modo in cui i batteri Buchera influiscono sulla fitness degli afidi in base alla temperatura a cui sono esposti. Infatti, questi batteri in presenza di alte temperature sono in grado di attivare geni “heat shock” che producono proteine capaci di resistere alla degradazione da calore. I ricercatori hanno quindi incubato per alcune ore a 35 °C vari ceppi di Buchera aphidicola: alcuni producevano molte proteine “heat shock” mentre altri no. Una successiva analisi molecolare ha sottolineato che i diversi ceppi batterici differivano a livello di DNA solamente per una piccola delezione, pari ad una sola base, nella regione regolatrice di tali geni.

Quali sono però le conseguenze di tale diversità nei batteri sull’ospite A. pisum? Ebbene, gli afidi simbionti con i batteri che presentano la delezione risultano avere un tasso riproduttivo significativamente inferiore ad alte temperature, come conseguenza della morte di molti batteri, e una minore vitalità. La compromissione della sopravvivenza di questa specie di afidi alle alte temperature deriva, quindi, non da una mutazione nel genoma degli afidi stessi, bensì in quello del batterio con il quale essi sono in simbiosi.

Tuttavia, essendo questa mutazione molto comune nelle popolazioni naturali, i ricercatori si sono chiesti in che modo essa potrebbe conferire, in altre condizioni, un vantaggio tale da essere mantenuta e fissata nel genoma della specie. Un’ulteriore analisi ha messo in evidenza che la stessa mutazione, molto negativa ad alte temperature, è in grado di conferire un notevole vantaggio riproduttivo nell’optimum termico dei batteri pari a circa 15-20 °C. Infatti, tra i 15 e i 20 °C, gli afidi contenenti batteri con la delezione si riproducono molto più velocemente degli altri. Lo stesso gene, dunque, in determinate condizioni ambientali sembra penalizzare sopravvivenza e riproduzione mentre in altre le favorisce, mantenendosi quindi nella popolazione.

Questo studio mette in luce ancora una volta l’importanza e la complessità delle relazioni tra le diverse specie in natura e la possibilità che le condizioni ambientali siano determinanti nel mantenimento di un elevato polimorfismo nelle popolazioni.

Dunbar HE, Wilson ACC, Ferguson NR, Moran NA (2007) Aphid thermal tolerance is governed by a point mutation in bacterial symbionts. PLoS Biol 5(5), e96 

La foto è tratta da Wikipedia.

 Andrea Romano