Rivelati nuovi segreti sull’evoluzione dei gatti

Confrontando i genomi di diverse specie di gatti, il progetto, pubblicato oggi in Genetica della natura, ha aiutato i ricercatori a capire perché i genomi dei gatti tendono ad avere meno variazioni genetiche complesse (come i riarrangiamenti dei segmenti di DNA) rispetto ad altri gruppi di mammiferi, come i primati. Ha inoltre rivelato nuove informazioni su quali parti del DNA del gatto hanno maggiori probabilità di evolversi rapidamente e su come svolgono un ruolo nella differenziazione delle specie.

“Il nostro obiettivo era comprendere meglio come si sono evoluti i gatti e le basi genetiche delle differenze tra le specie di gatti”, ha affermato il dottor Bill Murphy, professore di bioscienze veterinarie integrative specializzato nell’evoluzione dei gatti. “Volevamo sfruttare alcune nuove tecnologie che ci permettono di creare mappe genomiche dei gatti più complete.

“I nostri risultati apriranno le porte alle persone che studiano le malattie, il comportamento e la conservazione dei felini”, ha affermato. “Lavoreranno con una comprensione più completa delle differenze genetiche che rendono unico ogni tipo di gatto.”

Variazioni su un tema

Tra le cose che gli scienziati stavano cercando di capire meglio c’è il motivo per cui i cromosomi felini – strutture cellulari contenenti le informazioni genetiche per tratti come il colore del pelo, le dimensioni e le capacità sensoriali – sono più stabili rispetto ad altri gruppi di mammiferi.

“Sappiamo ormai da tempo che i cromosomi dei gatti di tutte le specie sono molto simili tra loro”, ha detto Murphy. “Ad esempio, i cromosomi dei leoni e dei gatti domestici non differiscono quasi affatto. Sembra che ci siano molte meno duplicazioni, riarrangiamenti e altri tipi di variazioni rispetto a quelli che si trovano comunemente nelle grandi scimmie.”

Nell’ordine dei primati, questo tipo di variazione genetica ha portato all’evoluzione di diverse specie, compresi gli esseri umani e le grandi scimmie.

“I genomi delle grandi scimmie tendono a rompersi e riorganizzarsi, e anche i genomi umani hanno regioni molto instabili”, ha detto Murphy. “Queste variazioni possono predisporre alcuni individui ad avere condizioni genetiche, come l’autismo e altri disturbi neurologici”.

La chiave di questa variazione tra gatti e scimmie, come ha scoperto Murphy, sembra essere la frequenza di qualcosa chiamato duplicazioni segmentali: segmenti di DNA che sono copie molto simili di altri segmenti di DNA trovati altrove nel genoma.

“I ricercatori sul genoma dei primati sono stati in grado di collegare queste duplicazioni segmentali ai riarrangiamenti cromosomici”, ha affermato. Più duplicazioni segmentali hai nel tuo DNA, più è probabile che i cromosomi si riorganizzino, ecc.

“Ciò che abbiamo scoperto confrontando un gran numero di genomi di specie di gatti è che i gatti hanno solo una frazione delle duplicazioni segmentali trovate in altri gruppi di mammiferi: i primati in realtà hanno sette volte più di queste duplicazioni rispetto ai gatti. Questa è una grande differenza, e ora crediamo di capire perché i genomi dei gatti sono più stabili”, ha detto.

Un ago in una (doppia) elica

Anche se i gatti potrebbero non avere tanti grandi riarrangiamenti genetici nel loro DNA, hanno comunque molte differenze. Attraverso la loro ricerca, Murphy e i suoi colleghi ora comprendono meglio quali parti del DNA del gatto causano tali variazioni, in particolare le variazioni che definiscono la speciazione, o le differenze tra le specie.

“Si scopre che c’è una vasta regione al centro del cromosoma X dove avviene la maggior parte dei riarrangiamenti genetici”, ha detto Murphy. “In effetti, c’è un elemento ripetitivo specifico all’interno di questa regione chiamata DXZ4 che, secondo le prove, è in gran parte responsabile dell’isolamento genetico di almeno due specie di gatti, il gatto domestico e quello della giungla.”

DXZ4 è ciò che Murphy chiama ripetizione satellite: non è un gene tipico che codifica per un tratto fisico come il colore della pelliccia, ma, piuttosto, aiuta nella struttura tridimensionale del cromosoma X e probabilmente ha svolto un ruolo importante nella speciazione dei gatti. .

“Non conosciamo ancora il meccanismo preciso, ma confrontando tutti questi genomi di gatto, possiamo misurare meglio la velocità con cui DXZ4 si è evoluto in una specie rispetto a tutte le altre. Ciò che abbiamo imparato è che DXZ4 è uno dei batteri più rapidamente parti in evoluzione del genoma del gatto; si sta evolvendo più velocemente del 99,5% del resto del genoma”, ha spiegato.

“Grazie alla velocità con cui muta, siamo stati in grado di dimostrare perché DXZ4 è probabilmente legato alla speciazione”, ha detto Murphy.

Fiutare geni sfuggenti

Utilizzando nuove sequenze genomiche altamente dettagliate, il team ha anche scoperto collegamenti più chiari tra il numero di geni olfattivi, che governano il rilevamento dell’odore nei gatti e la variazione del comportamento sociale e il modo in cui si relazionano con l’ambiente circostante.

“Dato che i gatti sono predatori che fanno molto affidamento sull’olfatto per individuare la preda, il loro senso dell’olfatto è una parte piuttosto importante di ciò che sono”, ha detto. “I gatti sono una famiglia molto diversificata e abbiamo sempre voluto capire come la variazione genetica gioca un ruolo nella capacità delle diverse specie di gatti di annusare nei loro diversi ambienti.

“Leoni e tigri hanno una differenza piuttosto grande tra alcuni geni odoranti coinvolti nel rilevamento dei feromoni, che sono sostanze chimiche che diversi animali rilasciano nell’ambiente per comunicare informazioni sull’identità, sul territorio o sul pericolo”, ha detto Murphy.

“Pensiamo che la grande differenza abbia a che fare con il fatto che i leoni sono animali molto sociali che vivono in gruppi familiari, mentre le tigri vivono uno stile di vita solitario. I leoni possono avere una dipendenza ridotta dai feromoni e da altri odoranti perché sono costantemente attorno ad altri leoni, il che si riflette nel minor numero di geni di questo tipo nei loro genomi,” ha detto.

Le tigri, d’altro canto, devono essere in grado di fiutare la preda in territori molto vasti e di trovare compagni.

“Le tigri, in generale, hanno un ampio repertorio di recettori olfattivi e di feromoni”, ha detto Murphy. “Pensiamo che questo sia direttamente legato alla dimensione dei loro territori e alla varietà di ambienti in cui vivono.”

I gatti domestici, invece, sembrano aver perso un’ampia gamma di geni olfattivi.

“Se non devono viaggiare così lontano per trovare ciò di cui hanno bisogno perché vivono con le persone, è logico che la selezione naturale non preservi quei geni”, ha detto.

Murphy ha condiviso che il suo esempio preferito del progetto sono i recettori degli odori del gatto pescatore, una specie di gatto selvatico adattata agli ambienti acquatici che vive nel sud-est asiatico.

“Siamo stati in grado di dimostrare che i gatti pescatori hanno conservato molti geni per rilevare gli odori presenti nell’acqua, che è una caratteristica piuttosto rara nei vertebrati terrestri”, ha detto. “Tutte le altre specie di gatti hanno perso questi geni specifici nel corso del tempo, ma i gatti pescatori li hanno ancora.”

Queste nuove informazioni sui geni olfattivi nei gatti sono state rese possibili attraverso un nuovo approccio al sequenziamento del genoma chiamato trio binning, che consente ai ricercatori di sequenziare le regioni più difficili di un genoma.

Questa nuova tecnologia rende anche molto più semplice la separazione del DNA materno da quello paterno.

“Con il trio binning, ora puoi prendere il DNA da un ibrido F1 – un animale il cui DNA è diviso 50-50 tra genitori di specie diverse – e separare nettamente il DNA materno e paterno, ottenendo due set completi di DNA, uno per ciascuna specie madre”, ha detto Murphy. “Il processo è molto più semplice e i risultati sono più completi.”

Riempiendo gli spazi vuoti

Una delle conclusioni più importanti del progetto è che le specie di gatti possono essere simili sotto molti aspetti, ma le loro differenze contano.

“Queste differenze ci mostrano come questi animali siano perfettamente adatti ai loro ambienti naturali”, ha detto Murphy. “Non sono intercambiabili e si tratta di informazioni preziose per gli ambientalisti e tutti coloro che lavorano per preservare o ripristinare le specie nei loro habitat naturali.

“Ad esempio, non si può presumere che le tigri di Sumatra e quelle della Siberia siano la stessa cosa”, ha detto. “I loro ambienti sono molto diversi e quelle popolazioni di tigri hanno probabilmente sviluppato adattamenti genetici specializzati per aiutarle a sopravvivere in questi luoghi molto diversi.”

È anche importante che gli scienziati comprendano che le sezioni del genoma più difficili da assemblare potrebbero essere proprio la chiave per comprendere sistemi corporei cruciali come l’immunità e la riproduzione.

“I geni olfattivi non sono gli unici che sono stati difficili da sequenziare e studiare. Gli scienziati hanno anche faticato a sequenziare i geni immunitari e riproduttivi, quindi gli studi precedenti mancano di questo tipo di informazioni. Immagina di provare a studiare una condizione genetica nei gatti, negli esseri umani , o qualsiasi specie, del resto, senza avere tutti i pezzi; ecco perché è importante assemblare genomi completi,” ha detto Murphy.

Per ora, Murphy e il suo team continueranno ad applicare le più avanzate tecnologie di sequenziamento e assemblaggio del genoma ai genomi dei gatti per fornire quante più informazioni possibili sul mondo dei gatti.