La riproduzione asessuata di solito porta a una mancanza di diversità genetica. Non per queste formiche

16 luglio 2024

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di Rockefeller University

La diversità genetica è essenziale per la sopravvivenza di una specie. È abbastanza facile da mantenere se una specie si riproduce sessualmente; un ovulo e uno spermatozoo combinano il materiale genetico di due creature in una, formando un discendente genomicamente robusto con due versioni distinte del genoma della specie.

Senza questa combinazione di diversi assetti genetici, le specie che si riproducono per via asessuata tendono tipicamente a soffrire di una mancanza di diversità che può condannarle a una corsa limitata sulla Terra. Un tale animale dovrebbe essere la formica clonale, che produce figlie geneticamente identiche direttamente da un ovulo non fecondato tramite partenogenesi, un metodo di riproduzione asessuata in cui il discendente eredita due serie di cromosomi geneticamente identici dalla madre.

Con il tempo, l'eredità casuale di questi cromosomi in ripetizione infinita dovrebbe portare a una catastrofica perdita di distinzione genetica e all'eventuale collasso della specie. Eppure questo insetto cieco e privo di regina, nativo del Bangladesh ma ora presente in ambienti tropicali di tutto il mondo, sembra sopravvivere bene. Come è possibile tutto ciò?

Come hanno scoperto di recente i ricercatori della Rockefeller University, la formica clonale non gioca a dadi quando si tratta di trasmettere i suoi geni. Invece, si assicura che i discendenti ereditino due versioni distinte del suo intero genoma, preservando in gran parte la diversità genetica presente nel fondatore antico di ogni linea clonale.

In teoria, questo non dovrebbe funzionare: si pensa che i cromosomi si mescolino casualmente durante la meiosi, il tipo di divisione cellulare utilizzato per produrre spermatozoi e ovuli durante la riproduzione in tutti gli animali, le piante e i funghi. Eppure in questo animale, il processo sembra essere tutto tranne che casuale, come hanno riportato in Nature Ecology & Evolution.

'Pensiamo di aver scoperto come le formiche clonali stiano evitando la perdita di diversità genetica che normalmente deriva dalla partenogenesi,' afferma il primo autore Kip Lacy, uno studente laureando nel Laboratorio di Evoluzione Sociale e Comportamento, guidato da Daniel Kronauer. 'Forse questa diversità consente la sopravvivenza della specie.'

Le specie partenogenetiche sono rare ma si trovano in una varietà di forme di vita, comprese rettili, anfibi, nematodi, pesci e uccelli. Le loro probabilità di esistenza a lungo termine sono scarse. 'Le specie puramente asessuate tendono ad estinguersi piuttosto rapidamente,' afferma Lacy.

'Riprodursi clonalmente è un po' come un vicolo cieco verso il deterioramento,' aggiunge Kronauer. 'Ogni volta che c'è una mutazione leggermente dannosa, non puoi eliminarla dal genoma, il che porterà all'accumulo di ulteriori mutazioni nel tempo.'

Il problema inizia con due sfide che le specie asessuate devono superare a livello cellulare. La prima è che devono creare genomi diploidi, che contengono due serie di cromosomi, da passare ai loro discendenti.

'Ma se sei una formica clonale,' osserva Lacy, 'non c'è coinvolto uno spermatozoo nella riproduzione, quindi da dove otterrai un'altra serie di cromosomi?'

La seconda è che i discendenti devono avere un assetto genetico compatibile con lo sviluppo e la riproduzione, cosa che molte specie asessuate, cariche di due serie di cromosomi geneticamente identici, non hanno.

Lacy ha iniziato ad interessarsi alla partenogenesi durante i suoi studi di laurea presso l'Università della Georgia, mentre studiava la formica rossa tropicale, alcune colonie delle quali producono asexualmente regine. Come ha scoperto, queste formiche avevano quasi completamente perso la loro diversità genetica. Quando nel 2019 è entrato a far parte del laboratorio di Kronauer, ha cercato di capire come la formica clonale potesse evitare simili insidie.

Durante la meiosi, i cromosomi si spezzano e ricombinano, risultando in nuove combinazioni di copie geniche. Dopo che questi cosiddetti eventi di incrocio avvengono, i cromosomi vengono casualmente mescolati attraverso divisioni cellulari.

Nella riproduzione partenogenetica, una linea clonale attinge da due set cromosomici identici, 'quindi ti aspetti di perdere molta diversità ad ogni ciclo,' dice Kronauer. È simile ad annacquare la minestra genetica.

Per capire come ciò potrebbe non essere vero per le formiche clonali, i ricercatori si sono concentrati su coppie di formiche madre-figlia e sorella-sorella. Per assicurarsi che avessero veri duo familiari, hanno tracciato formiche transgeniche che brillano di rosso quando viste al microscopio: un metodo innovativo di manipolazione genetica sviluppato nel laboratorio di Kronauer dal ricercatore Taylor Hart. Queste coppie erano gli unici animali nei loro banchetti a brillare.