Studiato il genoma del giglio d'acqua

La sequenza del genoma di un giglio d'acqua recentemente riportata fa luce sulla prima evoluzione delle angiosperme, il gruppo di tutte le piante da fiore.

Un team internazionale di ricercatori, tra cui scienziati di Penn State, ha utilizzato la tecnologia di sequenziamento di prossima generazione ad alto rendimento per leggere il genoma e il trascrittoma della ninfea (l'insieme di tutti i geni espressi come RNA).

L'insolita alta qualità e la profondità della copertura della sequenza hanno permesso ai ricercatori di riunire la stragrande maggioranza del genoma in 14 cromosomi e identificare oltre 31 mila geni codificanti proteine. Un articolo che descrive la sequenza e le successive analisi è stato divulgato dalla rivista Nature. (1)

Il dottor Hong Ma, (2) preside associato per la ricerca e l'innovazione, professore di ricerca di biologia molecolare delle piante e professore di biologia a Penn State, uno dei leader del gruppo di ricerca, ha affermato: «le ninfee, per la loro bellezza, sono state fonte d'ispirazione per artisti come Claude Monet e importanti per gli scienziati vista la loro posizione vicino alla base dell'albero evolutivo di tutte le piante da fiore. In precedenza ho contribuito al sequenziamento e all'analisi del genoma di Amborella, che rappresenta il primo ramo da separare dalle altre piante da fiore, ma ad Amborella mancano grandi fiori colorati appariscenti e un attraente profumo floreale, che servono entrambi ad attrarre gli impollinatori nella maggior parte dei gruppi di piante da fiore. Eravamo interessati al genoma delle ninfee per aiutarci a capire come si sono evoluti questi tratti.»

Il confronto evolutivo del genoma delle ninfee con i genomi di Amborella, altre angiosperme e diverse gimnosperme - il gruppo di piante portatrici di semi che non producono fiori - ha confermato la posizione di Amborella, la quale condivide alcune caratteristiche con le gimnosperme, come la prima delle angiosperme attualmente viventi da separare da altre piante da fiore. Le ninfee furono il ramo successivo a divergere da un terzo ramo (Austrobaileyales, (3) che include l'anice stellato) e un quarto gruppo molto grande chiamato mesangiospermae, che contiene oltre il 99% delle piante da fiore viventi.

Il dottor Hong Ma asserisce: «se facciamo un'analogia con l'evoluzione dei mammiferi, Amborella ha una posizione simile a quella dell'ornitorinco e di altri mammiferi che depongono le uova. L'ornitorinco è un mammifero perché nutre i suoi piccoli con latte, ma depone uova come uccelli o rettili. L'amborella, come le gimnosperme, ha piante maschili e femminili separate, ma il giglio d'acqua ha parti riproduttive maschili e femminili all'interno di un singolo fiore. Questo rende il giglio d'acqua più simile alla stragrande maggioranza delle altre piante da fiore, quindi avere i genomi sia dell'Amborella che del giglio d'acqua può aiutarci ad analizzare meglio la transizione evolutiva dalle gimnosperme alle angiosperme.»

I ricercatori hanno usato la datazione molecolare per stimare la separazione della famiglia delle ninfee (Nymphaeaceae) da altre famiglie di piante acquatiche correlate in qualche luogo tra 147 e 185 milioni di anni fa, quando i dinosauri vagavano per la terra, con una duplicazione dell'intero genoma (WGD)/Polyploidy all'incirca nello stesso momento. Molti dei geni chiave per lo sviluppo dei fiori sono stati mantenuti in questo WGD.

Il team di ricerca ha anche analizzato i geni nel genoma delle ninfee che sono probabilmente importanti per la generazione di molecole per un attraente profumo e colore floreale, tratti condivisi con la maggior parte delle altre angiosperme, ma non trovati in Amborella. Hanno identificato una massiccia espansione del numero di geni coinvolti nella biosintesi del profumo floreale nelle ninfee; questi geni sembrano essersi evoluti in parallelo con le altre angiosperme. Hanno anche analizzato l'espressione dei geni coinvolti nel colore dei fiori tra due specie di ninfee, identificando le proteine chiave responsabili dei petali blu.

«avere il genoma delle ninfee ci permette di esplorare questi tratti importanti nelle piante da fiore e specialmente tra le piante orticole. È probabile che i fiori dai colori vivaci e il profumo floreale si siano evoluti attraverso un'interazione con gli impollinatori e tali fiori sono in definitiva estremamente importanti per il successo delle piante da fiore. L'identificazione dei geni sintetici chiave dei petali blu ha un importante valore di riferimento per l'allevamento delle varietà di petalo blu.», conclude Hong Ma.

Oltre al dottor Hong Ma, il gruppo di ricerca era guidato da Liangsheng Zhang e Haibao Tang dell'Università Fujian di agricoltura e silvicoltura a Fuzhou, in Cina; Fei Chen e Feng Chen dell'Università agricola di Nanchino a Nanchino, in Cina e all'Università del Tennessee, Knoxville; Yves Van de Peer dell'Università di Gand in Belgio, e comprende 47 autori di 23 istituzioni.

Riferimenti:

(1) The water lily genome and the early evolution of flowering plants

(2) Hong Ma

(3) Austrobaileyales

Descrizione foto: ninfea della specie Nymphaea colorata. La recente sequenza del genoma del giglio d'acqua fa luce sulla prima evoluzione delle angiosperme, il gruppo di tutte le piante da fiore. - Credit: Liangsheng Zhang.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Water lily genome expands picture of the early evolution of flowering plants