Uno studio sulla relazione tra il tasso di crescita degli alberi tropicali e la frequenza delle mutazioni genetiche che essi accumulano suggerisce che gli alberi più vecchi e longevi svolgono un ruolo maggiore nella generazione e nel mantenimento della diversità genetica rispetto agli alberi a vita breve.
Lo studio, pubblicato oggi come Reviewed Preprint in eVita, fornisce ciò che gli editori descrivono come una prova convincente che le specie arboree acquisiscono mutazioni a un tasso annuale simile, indipendentemente dalla divisione cellulare e indipendentemente dal loro tasso di crescita.
I risultati possono essere utilizzati per informare le strategie di conservazione dell’ecosistema, in particolare nelle foreste tropicali del sud-est asiatico, che sono minacciate dai cambiamenti climatici e dalla deforestazione.
“La biodiversità deriva in ultima analisi da mutazioni che forniscono variazioni genetiche agli organismi per adattarsi al loro ambiente”, spiega il co-autore principale Akiko Satake, professore presso il Dipartimento di Biologia, Facoltà di Scienze, Università di Kyushu, Giappone. “Tuttavia, come e quando queste mutazioni si verificano in ambienti naturali è poco conosciuto”.
Le mutazioni somatiche sono cambiamenti spontanei nel DNA di un organismo che si verificano durante la sua vita. Possono sorgere a causa di fattori esterni come la radiazione ultravioletta o fattori interni come errori di replicazione del DNA. Non è chiaro quale di questi fattori causi mutazioni più frequenti, in particolare negli ecosistemi e negli alberi tropicali, che non sono così ben caratterizzati come le loro controparti più temperate.
Per capirlo meglio, Satake e colleghi hanno esaminato i tassi e i modelli delle mutazioni somatiche in due specie di alberi tropicali originari del Borneo centrale, in Indonesia: la pianta a crescita lenta Shorea laevis (S. laevis)e in rapida crescita S. leprosula. Le specie S. leprosula cresce più di tre volte più velocemente di S. laevis.
Il confronto delle mutazioni somatiche delle due specie di alberi ha permesso al team di ottenere informazioni sull’impatto del tasso di crescita sull’accumulo di queste mutazioni e sul suo ruolo potenziale nel guidare l’evoluzione e la diversità delle specie. Hanno raccolto sette campioni di DNA dalle foglie al livello più alto dei rami degli alberi, nonché campioni dal tronco di ciascun albero, per un totale di 32 campioni. La lunghezza e il diametro degli alberi all’altezza del petto sono stati utilizzati per determinare l’età media di ciascuna specie nell’area di campionamento. S. laevis gli alberi avevano in media 256 anni, mentre S. leprosula gli alberi avevano in media 66 anni.
Per identificare le mutazioni presenti, il team ha costruito un set di dati genetici di riferimento per ogni specie di albero, utilizzando il DNA raccolto dalle foglie. La sequenza del genoma è stata determinata utilizzando una tecnica chiamata PacBio RS II a lettura lunga e sequenziamento Illumina a lettura breve. Il team ha estratto il DNA due volte da ciascun campione, consentendo loro di individuare varianti a singolo nucleotide (SNV) all’interno dello stesso individuo identificando quelle che erano identiche tra i due campioni. La maggior parte delle mutazioni è risultata essere presente all’interno di un singolo ramo di un albero. Tuttavia, sono state trovate alcune mutazioni su più rami, il che implica che erano state trasmesse tra i rami a un certo punto durante la crescita dell’albero.
In entrambe le specie, il team ha notato un aumento lineare del numero di mutazioni con la distanza fisica tra i rami. Il tasso di mutazioni per metro era in media 3,7 volte maggiore nella crescita lenta S. foglie che in rapida crescita S. leprosula, suggerendo che gli alberi a crescita lenta accumulano più mutazioni somatiche. Tuttavia, tenendo conto delle differenze nei tassi di crescita e calcolando il tasso di mutazioni all’anno, le due specie avevano tassi uguali. Questa scoperta suggerisce che le mutazioni somatiche si accumulano in modo simile a un orologio mentre un albero invecchia, indipendentemente dalla replicazione del DNA e dal tasso di crescita.
“Abbiamo anche scoperto che le mutazioni somatiche sono neutre all’interno di un individuo, cioè non sono né benefiche né dannose per la sopravvivenza. Tuttavia, quelle mutazioni trasmesse alla generazione successiva sono soggette a una forte selezione naturale durante la germinazione e la crescita dei semi”, afferma co -autore principale Ryosuke Imai, borsista post-dottorato presso il Dipartimento di Biologia, Facoltà di Scienze, Università di Kyushu. “Questo suggerisce che le mutazioni somatiche si accumulano con il tempo e gli alberi più vecchi contribuiscono maggiormente a generare variazioni genetiche e adattamento al loro ambiente, aumentando così le possibilità di sopravvivenza della loro specie”.
Imai e colleghi incoraggiano ulteriori ricerche in questo settore. In particolare, affermano che sarebbe necessaria una modellazione matematica per considerare la divisione asimmetrica delle cellule durante l’allungamento e la ramificazione al fine di convalidare ulteriormente i risultati.
“Negli alberi, le mutazioni somatiche possono essere trasmesse ai semi, determinando ricche variazioni genetiche nelle generazioni successive”, afferma uno degli autori Masahiro Kasahara, professore associato presso il dipartimento di biologia computazionale e scienze mediche dell’Università di Tokyo, in Giappone. “Poiché le foreste pluviali tropicali del sud-est asiatico affrontano le minacce del cambiamento climatico e della deforestazione, il nostro studio suggerisce che gli alberi longevi possono svolgere un ruolo cruciale nel mantenere e aumentare la variazione genetica di questi sistemi tropicali”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
