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Scienziati sequenziano il genoma degli afidi – impressionante il numero di geni

Un team internazionale di scienziati ha sequenziato il genoma delle afide del pisello. Oltre a gettare nuova luce sul concetto di ecologia ed evoluzione degli insetti, i risultati potrebbero portare allo sviluppo di nuovi modi di controllare gli afidi, che sono importanti parassiti agricoli. I risultati sono pubblicati nella rivista Public Library of Science (PLoS) Biology, mentre i documenti di accompagnamento si trovano su PLoS Genetics, Genome Biology e un numero speciale di Insect Molecular Biology.

Gli afidi vivono sulle piante e sono dotati di un apparato buccale specializzato, che permette loro di sfruttare le strutture delle piante preposte al trasporto degli zuccheri. Nel mondo ci sono circa 5.000 specie di afidi, molti dei quali attaccano colture agricole e di piante ornamentali. Oltre a danneggiare le piante nutrendosi delle loro parti, gli afidi spesso danneggiano le piante anche indirettamente, trasmettendo virus vegetali. “A livello mondiale, i costi annuali dovuti alle perdite di raccolti causate degli afidi, sono stimate in centinaia di milioni di dollari’, scrivono i ricercatori.

Nello studio in questione, gli scienziati hanno focalizzato l’attenzione sull’afide del pisello (Acyrthosiphon pisum), che, come suggerisce il nome, si nutre di piselli e altri legumi. La prima sorpresa per i ricercatori è stata la grande quantità di geni riscontrata nell’afide del pisello.

“Abbiamo trovato 35.000 geni, rispetto ai 15.000-20.000 in altri insetti, e i 25.000 negli esseri umani”, ha commentato Stephen Richards del Baylor College of Medicine negli Stati Uniti.

Si pone quindi la domanda del perché l’afide ha così tanti geni. È probabile che abbia duplicato alcuni dei suoi geni. “Cosa significa questo? Vuol dire che l’afide del pisello probabilmente ha fatto una sorta di ‘backup’ del suo materiale genetico”, ha detto Denis Tagu dell’Istituto nazionale francese per la ricerca agricola. “Un’ipotesi è che una copia di questo backup è mantenuta invariata e utilizzata per il funzionamento delle cellule e dell’organismo, e la seconda serie permette delle modifiche attraverso delle mutazioni”.

“La maggior parte delle mutazioni sono probabilmente neutre o negative per i geni, senza effetti sulla biologia degli organismi”, ha aggiunto David Stern della Princeton University negli Stati Uniti. “Ma alcune mutazioni rare potrebbero produrre nuove funzioni per alcuni dei geni, che potrebbero aiutare – come in questo caso – l’afide del pisello ad adattarsi al suo ambiente. Un’altra possibilità è che forse gli afidi hanno bisogno di copie di geni per regolare tutti gli aspetti del loro complesso ciclo di vita”.

Gli afidi hanno sviluppato una serie di forme diverse per adattarsi alle mutazioni ambientali. In primavera e in estate le femmine asessuate partoriscono una prole asessuata, che in realtà è composta da cloni della genitrice. Tuttavia, quando arriva l’autunno e l’ambiente diventa più ostile, gli afidi producono femmine e maschi sessuati. Quando questi si accoppiano, le femmine depongono uova che si schiudono in primavera e producono femmine asessuate, e l’intero ciclo ricomincia. Esistono inoltre forme di afidi alate e senza ali; le forme alate sono in grado di viaggiare di più e di colonizzare nuove piante, ad esempio.

Un’altra scoperta fatta dai ricercatori è stata l’assenza di molti geni coinvolti nel sistema immunitario. “Data l’assenza di questi geni, sembra che gli afidi abbiano un sistema immunitario debole”, ha osservato Nicole Gerardo della Emory University negli Stati Uniti. Una possibile spiegazione potrebbe essere che gli afidi hanno sacrificato un sistema immunitario forte, in cambio della capacità di riprodursi rapidamente.

“È probabile che gli afidi siano selezionati per i tassi di riproduzione estremamente elevati: devono colonizzare una pianta e produrre prole prima di essere divorati e [sterminati] dai loro nemici”, ha detto Charles Godfrey dell’Università di Oxford nel Regno Unito. “Sappiamo che avvengono degli scambi tra le caratteristiche di difesa e altri componenti legati alla forma, e negli afidi la selezione naturale potrebbe aver favorito la riproduzione anziché la difesa”.

Un’altra possibilità è che il loro sistema immunitario indebolito impedisce agli afidi di uccidere i loro batteri simbiotici. La dieta degli afidi, fatta di zuccheri succhiati dalle piante, manca di aminoacidi essenziali. Questi sono forniti da batteri simbiotici chiamati Buchnera, che vivono all’interno di cellule speciali degli afidi, e sono tramandati di generazione in generazione.

Lo studio di questo sistema potrebbe avere implicazioni per la salute umana. “Ci sono persone che si sentono male quando prendono gli antibiotici, perché il farmaco uccide tutti i batteri benefici [nell’intestino umano]”, ha detto la dottoressa Gerardo. “Se riusciremo a studiare il processo di come conservare i batteri benefici, eliminando i batteri nocivi in diversi organismi – tra cui gli afidi – allora forse potremo essere in grado di capire meglio”.

I risultati hanno anche portato ad una migliore protezione delle colture. “Capire il dialogo molecolare tra i geni dei batteri e degli afidi potrebbe portare alla scoperta di importanti meccanismi di regolazione, che potrebbero diminuire l’efficienza della simbiosi e ridurre l’impatto degli afidi sulle colture,” ha sottolineato il dottor Tagu.

“I biologi impegnati nello studio dell’afide del pisello hanno ora a disposizione una serie di nuovi strumenti utili per cercare di rispondere a nuovi quesiti”, ha concluso il professor Godfrey. “Gli studi sull’afide del pisello ci forniranno informazioni sulla biologia degli afidi e degli insetti più in generale, con evidenti vantaggi economici in un periodo di crescente insicurezza alimentare”.

Per maggiori informazioni, visitare:

Database Aphid Genome:
http://www.aphidbase.com/aphidbase/

Numero speciale di Insect Molecular Biology dedicato al genoma degli afidi:
http://www3.interscience.wiley.com/journal/118497253/home

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