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Sequenziamento del genoma dell'asparago: una chiave per comprendere l'evoluzione dei cromosomi sessuali nelle piante

15/11/2017

Fiore femminile, ermafrodita e maschile. Il fiore ermafrodita appartiene al mutante ermafrodita ritrovato nelle collezioni del CREA che ha dato avvio alla ricerca sulla determinazione del sesso in asparago
Fiore femminile, ermafrodita e maschile. Il fiore ermafrodita appartiene al mutante ermafrodita ritrovato nelle collezioni del CREA che ha dato avvio alla ricerca sulla determinazione del sesso in asparago

Il lavoro, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications, è una prima conferma dei modelli proposti sull’evoluzione dei cromosomi sessuali. Si chiariscono infatti l'origine e la precoce evoluzione dei cromosomi sessuali, ponendo al contempo solide basi per i futuri programmi di breeding dell’asparago.

Il lavoro di sequenziamento inizia nel 2010 nell’ambito di un consorzio internazionale guidato dal Dipartimento di Plant Science di Athens (University of Georgia, USA). L’incontro tra il Prof. Leebens-Mack J. (University of Georgia – USA), il Dott. Falavigna A. (CREA, Montanaso Lombardo) ed il Prof. Sunseri F. (Università Mediterranea di Reggio Calabria) ed il Dr. Mercati F. (Cnr, Istituto di bioscienze e biorisorse di Palermo) apre la via ad una collaborazione che ha permesso di sequenziare il genoma dell’asparago.

Le curiosità sui sistemi sessuali nelle piante riportano a Darwin e ad un modello 'a due geni' proposto per l'origine dei cromosomi sessuali dal genetista danese Westergaard e dai fratelli Brian e Deborah Charlesworth nei primi anni del secolo scorso. Le piante con sessi separati (dioiche) come l’asparago hanno cromosomi sessuali da tempi molto recenti, divenendo un modello ideale per lo studio dell’evoluzione del dimorfismo sessuale. Il lavoro del team internazionale ha permesso di confermare quanto previsto da Westergaard, scoprendo che l’associazione ('linkage') in una piccola porzione del cromosoma maschile Y tra un gene necessario allo sviluppo dell’androceo con un altro che impedisce lo sviluppo del gineceo è stato il punto di partenza per l'evoluzione dei cromosomi sessuali di asparago. Con approcci biotecnologici e tecniche di sequenziamento di ultima generazione è stato possibile isolare una piccola regione del genoma nella quale risiedono i geni responsabili della determinazione dei due sessi, dimostrando che l’intera delezione di questo segmento determina la conversione da maschio a femmina, mentre la perdita di funzione di un gene soppressore dello sviluppo del gineceo causa la conversione da maschio ad ermafrodita. "Abbiamo dimostrato che una coppia di cromosomi sessuali si può evolvere dalla mutazione di 2 soli geni, uno che influenza lo sviluppo pollinico (maschio) e l’altro lo sviluppo del pistillo (femminile)", riferisce Francesco Mercati, ricercatore presso l’Istituto di bioscienze e biorisorse di Palermo, tra i primi autori dell’articolo, validando il modello a 'due geni'. Questa scoperta permetterà di superare uno dei problemi più sentiti dai produttori, ovvero il riconoscimento precoce delle piante femminili e maschili, quest’utlimi considerati migliori in quanto più precoci, più produttivi, più vigorosi e longevi. Finora il riconoscimento è stato possibile solamente durante o dopo la fioritura per la presenza di bacche sulle piante femminili ma, grazie ai risultati ottenuti, a breve si potranno utilizzare sistemi molecolari rapidi, come afferma il prof. Jim Leebens-Mack, docente di biologia vegetale presso il Dipartimento di Plant Biology all’Università della Georgia (USA) ed autore leader della ricerca "...a breve riusciremo ad identificare marcatori che permettano di distinguere maschi eterozigoti (XY), dagli omozigoti (YY) e dalle femmine (XX), utilizzando maschi YY per produrre piante solo maschili". Una scoperta importante che aprirà nuovi scenari nelle pratiche di selezione fino ad ora adottate, in quanto "oltre alla più rapida identificazione dei genotipi sessuali, saremo in grado di manipolare il cromosoma Y per convertire maschi in femmine o ermafroditi, provando a coltivare l’ermafrodita", afferma Francesco Sunseri, professore di genetica vegetale presso l’Università Mediterranea di Reggio Calabria.

Per informazioni:
Francesco Mercati
Cnr - Istituto di bioscienze e Biorisorse
Corso Calatafimi 414, 90129 Palermo
francesco.mercati@ibbr.cnr.it

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