Grazie ai progressi della biologia molecolare, lo strumento del DNA barcoding è oggi ampiamente utilizzato per diversi scopi, tra cui la determinazione della diversità di organismi all’interno di un determinato ambiente. Il metodo funziona in modo analogo al famoso tricorder di Star Trek. In questo caso, però, il dottor Leonard McCoy (Bones, per gli amici) preleverebbe, ad esempio, un campione di acqua marina del nostro pianeta, lo filtrerebbe e andrebbe ad analizzare attraverso DNA barcoding particolari geni “marcatori”: utili per identificare le diverse specie. Questo tipo di studio si definisce metagenomico e si basa su un concetto molto semplice: si fissa un livello arbitrario di divergenza delle sequenze geniche analizzate e sulla base dei dati ottenuti le stesse sequenze vengono assegnate a specie o generi differenti. Ma quanto è efficace questo metodo per stimare l’effettiva diversità microbica di un habitat?

E’ questa la domanda cui cerca di rispondere uno studio effettuato utilizzando come marcatore il DNA ribosomale (rDNA) 18S, universalmente sfruttato negli studi per determinare la biodiversità degli eucarioti planctonici. Il problema nasce da alcuni recenti progetti che hanno sottolineato una discrepanza tra la divergenza registrata nei marcatori (rDNA 18S) rispetto alla divergenza del genoma di alcune specie fitoplanctoniche. Come dire: i dati non tornano!

Gli autori di questo studio hanno confrontato i due livelli di divergenza in 2 eucarioti unicellulari e 3 linee multicellulari. In questo modo è stato possibile evidenziare come, fissato un livello di divergenza di rDNA, effettivamente gli eucarioti unicellulari presentino una divergenza molto maggiore rispetto agli eucarioti multicellulari.

Quale può essere la causa di questo fenomeno?

Gli autori propongono due motivazioni. Secondo la prima ipotesi, le mutazioni sono molto più probabilmente deleterie per l’rDNA 18S negli eucarioti unicellulari piuttosto che multicellulari. Nei primi, infatti, la fitness dipende più direttamente dall’efficienza di trascrizione, e quindi le sequenze proteiche sono meno affette dell’rDNA. Una seconda ipotesi sostiene invece che il tasso di evoluzione adattativa può essere maggiore nelle sequenze proteiche degli unicellulari rispetto agli eucarioti multicellulari. Quale ipotesi è migliore?

Probabilmente influiscono notevolmente le dimensioni delle popolazioni, che cambiano molto tra eucarioti unicellulari e multicellulari: la proporzione delle mutazioni neutrali (non selezionate, né positivamente né negativamente) è più sensibile alle dimensioni della popolazione nel caso del DNA ribosomiale piuttosto che nel caso delle proteine.

Così, le dimensioni ampie delle popolazioni degli eucarioti unicellulari possono fornire una spiegazione per la bassa divergenza riscontrata nelle sequenze di rDNA 18S rispetto alle sequenze genomiche. Ciò probabilmente significa che finora il nostro tricorder ha sottostimato la diversità di organismi eucarioti planctonici e che il numero di specie sarà destinato a crescere.

Bones ne sarebbe decisamente contrariato!

Ilaria Panzeri

Riferimenti
Piganeau G., Eyre-Walker A., Grimsley N. e Moreau H. How and Why DNA Barcodes Underestimate the Diversity of Microbial Eukaryotes. PLOS one, 6(2): e16342 (2011)