Oltre il 40% del nostro genoma è costituito da elementi trasponibili, sequenze di DNA autoreplicanti che hanno la capacità di cambiare posizione all'interno di un genoma. Con tutti i loro salti e operazioni di copia/incolla, questi "parassiti genomici" possono contribuire in una certa misura alla diversità genetica degli organismi, ma spesso interferiscono con le funzioni dei geni. Cosa ne determina la moltiplicazione o ne limita la diffusione? Kamil Jaroň (Università di Losanna) e i suoi colleghi del SIB suggeriscono che il sesso sia il meccanismo alla base del loro successo, dimostrando che il lievito che si riproduce asessualmente è più efficace nel controllare la diffusione di queste sequenze, eliminandole nel tempo attraverso un presunto meccanismo di difesa. I risultati sono riportati in un articolo pubblicato oggi sulla rivista eLife.
Il sesso alla base del successo dei parassiti genomici
La teoria prevede che il modo in cui gli organismi si riproducono svolga un ruolo importante nei tassi di proliferazione degli elementi trasponibili (TE): la riproduzione sessuale potrebbe facilitarne l'accumulo consentendo loro di colonizzare nuovi genomi e diffondersi nelle popolazioni, mentre, allo stesso modo, la riproduzione per clonalità potrebbe limitarne la diffusione. "Tuttavia, finora, le differenze riportate nella quantità di elementi trasponibili tra organismi che si riproducono asessualmente e quelli che si riproducono sessualmente sono state in gran parte incoerenti, poiché le popolazioni osservate in natura sono influenzate da diversi fattori di confusione", afferma Kamil Jaroň, coautore dell'articolo. Il lievito sperimentale S. cerevisiae, che può riprodursi sessualmente e asessualmente, è un modello ideale per affrontare queste questioni. "Abbiamo sfruttato i dati esistenti sulle popolazioni di lieviti, generati in uno studio precedente, per quantificare il ruolo del sesso nel carico degli elementi trasponibili".
Utilizzando questi dati, gli scienziati hanno valutato il numero di copie di elementi trasponibili nei genomi di quattro ceppi sessuali e quattro ceppi asessuali nel corso del tempo: "Abbiamo esaminato l'evoluzione del carico di TE nei ceppi sessuali rispetto a quelli asessuali di lievito nel corso di 1.000 generazioni e abbiamo dimostrato che il lievito asessuale ha perso questi parassiti genetici nel tempo, mentre le popolazioni sessuali hanno mantenuto un numero stabile di essi".
Un presunto meccanismo di difesa in atto
Le simulazioni computazionali hanno inoltre aiutato gli autori a esplorare i potenziali meccanismi utilizzati dal lievito che si riproduce asessualmente per tenere sotto controllo i propri TE. "Abbiamo confrontato i carichi di TE simulati con quelli osservati empiricamente. Siamo riusciti ad adattare i modelli tenendo conto di diversi meccanismi, come i vari livelli di tassi di trasposizione o i meccanismi di difesa variabili nel genoma del lievito", spiega Jaroň. "Sebbene la configurazione non ci abbia permesso di districare i meccanismi sottostanti esatti, le nostre simulazioni hanno dimostrato che una qualche forma di gene di difesa sembra essere in grado di diffondersi più rapidamente nei lignaggi asessuali rispetto a quelli sessuali".
"Sia la riproduzione sessuale che gli elementi trasponibili sono prevalenti nell'albero della vita eucariotico, e i nostri risultati suggeriscono che non si tratta di una coincidenza: la sessualità ha effettivamente permesso l'evoluzione e la prevalenza di questi parassiti genomici. Fortunatamente per noi, la sessualità offre anche varie strategie per prevenire gli effetti deleteri degli elementi trasponibili", conclude Jaroň.
Reference(s)
Bast J, Jaroň K S et al. La riproduzione asessuata riduce il carico di elementi trasponibili nelle popolazioni di lieviti sperimentali. eLife.
