Genetica

Un batterio cooperativo è stato utilizzato dagli scienziati come organismo modello per studiare lo sviluppo e la cooperazione microbica.

Molti sistemi viventi condividono una capacità fondamentale di cooperazione. Le piante e gli animali sono costituiti da miliardi di cellule che comunicano tra loro, svolgono compiti specifici e condividono le loro risorse. Molti microrganismi monocellulari cooperano in modi altrettanto versatili: formano comunità e scambiano tra loro geni e risorse utili.

Il microbo Myxococcus xanthus è particolarmente cooperativo. Individuato nei terreni di tutto il mondo, è stato utilizzato dagli scienziati come organismo modello per studiare lo sviluppo e la cooperazione microbica. Le cellule di questo batterio predatore formano gruppi cooperativi che si organizzano per cacciare insieme altri microrganismi all'interno del suolo. Per spostarsi come gruppo, secernono sostanze lubrificanti e gettano appendici che si attaccano alla superficie circostante e ad altre cellule, spostandole in avanti mentre ritraggono queste appendici. Quando scarseggia il cibo, migliaia di questi batteri si aggregano e si trasformano in spore riposanti. Questo stratagemma consente loro di sopportare la fame e la siccità.

In passato gli scienziati teorizzavano che i gruppi di microbi cooperativi in natura potessero essere socialmente omogenei perché ciò avrebbe impedito il conflitto tra le cellule e quindi di minare la cooperazione. È stato dimostrato che individui geneticamente distinti appartenenti a gruppi diversi spesso evitano, ostacolano e si combattono a vicenda. “La nostra conoscenza della composizione genetica all'interno di gruppi cooperativi di questi batteri sociali in natura era molto limitata”, afferma Sébastien Wielgoss, (1) docente nel gruppo di ricerca del professor Gregory Velicer, (2) Istituto per la biologia integrativa, ETH di Zurigo.

In uno studio recentemente pubblicato su Science, (3) i ricercatori hanno utilizzato analisi genetiche per dimostrare che, mentre i gruppi cooperativi del batterio del suolo Myxococcus xanthus consistono in cellule strettamente correlate, il numero di tipi genetici e varietà di comportamento sociale, riscontrati all'interno dei singoli gruppi di corpi fruttiferi, sono inaspettatamente alti. I ricercatori hanno dedotto che queste collezioni di linee cellulari diversificate possono rimanere intatte per centinaia di generazioni.

Interazioni tra dimensioni del genoma delle piante, nutrienti ed erbivori da parte di conigli, molluschi e insetti su un pascolo temperato

Un nuovo studio della Queen Mary University di Londra e del Royal Botanic Gardens, Kew, (1) suggerisce che i conigli preferiscono mangiare le piante con molto DNA. I ricercatori hanno anche scoperto che è l'opposto per gli invertebrati, come le lumache e gli insetti, che preferiscono mangiare le piante con meno DNA.

Molti fattori influenzano ciò che mangiano gli erbivori come i conigli, ma il ruolo della dimensione del genoma, che è la quantità di DNA nelle cellule di un organismo, nell'interazione erbivoro-pianta era sconosciuto. In questo studio, pubblicato negli Atti della Royal Society B, i ricercatori suggeriscono che la dimensione del genoma dovrebbe essere usata come una nuova misura per migliorare i modelli ecologici che sono progettati per prevedere come le comunità vegetali risponderanno al cambiamento ecologico, per esempio a causa del clima o dell'uso di terreni alterati.

Tuttavia, mentre i risultati suggeriscono quali piante preferiscono i conigli e gli invertebrati, questo studio potrebbe anche suggerire che queste piante si stanno semplicemente riprendendo più lentamente dopo essere state mangiate.

Il professor Andrew Leitch, (2) autore congiunto dello studio della Queen Mary University di Londra, ha dichiarato: "Noi abbiamo dimostrato che la dimensione del genoma gioca un ruolo nell'influenzare le interazioni pianta-erbivoro suggerendo che l'inclusione della dimensione del genoma in modelli ecologici ha il potenziale per espandere la nostra comprensione della produttività delle piante e dell'ecologia della comunità sotto lo stress dei nutrienti e degli erbivori".

Uno studio sull'infezione in piante di barbabietola condotto da Istituto per la protezione sostenibile delle piante del Cnr di Torino e Università di Cambridge, pubblicato su Nature Communications, ha mostrato le fasi iniziali del trasferimento genico orizzontale tra specie vegetali mediato da un virus

I virus sono potenziali vettori per il trasferimento genico orizzontale, cioè il passaggio di materiale genetico tra specie diverse anche geneticamente molto distanti. Da uno studio sull'infezione virale in piante di barbabietola condotto in collaborazione tra l’Istituto per la protezione sostenibile delle piante del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ipsp) di Torino e l’Università di Cambridge, pubblicato su Nature Communications, è stata osservata per la prima volta la formazione di DNA ibridi circolari composti da una parte di DNA della pianta ospite ed una parte di DNA virale, mostrando così le fasi iniziali del trasferimento genico orizzontale tra specie vegetali mediato da un virus.

“Il trasferimento genico orizzontale è oggi considerato di importanza primaria nell'evoluzione dei genomi, soprattutto dei batteri e archeobatteri, ma anche degli eucarioti”, spiega Gian Paolo Accotto direttore del Cnr-Ipsp. “I virus sono considerati potenziali induttori di tale passaggio di materiale genetico da una specie ad un’altra poiché entrano in stretto contatto con le cellule dell’organismo ospite in cui si replicano, sono trasmessi in modo efficiente tra ospiti diversi e i loro genomi hanno una forte propensione naturale a ricombinarsi. Uno degli esempi più caratteristici di trasferimento genico mediato da virus è quello dei baculovirus, responsabili del trasferimento di frammenti di DNA tra specie diverse di insetti”.

Durante lo studio di un’infezione virale indotta da un geminivirus in piante di barbabietola, è stata osservata la formazione di DNA formati da materiale genico sia della pianta ospite sia virale. “Questi DNA ibridi circolari, battezzati ‘minicircles’, non erano stati mai osservati in precedenza”, prosegue Emanuela Noris del Cnr-Ipsp. “Tali tipi di molecole si generano in poche settimane e possono moltiplicarsi anche in piante di altre specie vegetali. I DNA ibridi derivanti dalla barbabietola diventano quindi potenziali candidati per trasportare materiale genetico ad altre specie di piante”.