Un pianeta in cambiamento minaccia molte specie, tra cui i bombi, impollinatori di importanza globale negli ecosistemi naturali e nella produzione agricola alimentare. Per comprendere meglio le variazioni genetiche e gli adattamenti alla base della loro ecologia e del loro comportamento diversificati, un team internazionale co-guidato dai ricercatori al SIB dell'Università di Losanna ha sequenziato il genoma di 17 specie di bombi. Questa prima caratterizzazione genomica a livello di genere dei bombi apre nuove possibilità per proteggere la loro biodiversità.
I bombi: campioni dell'ecologia in pericolo
I bombi appartengono al genereBombus, membri della famiglia Apidae che comprende api mellifere, bombi, api senza pungiglione e molte altre specie. Con oltre 250 specie, i bombi sono immediatamente riconoscibili come api grandi, pelose e soffici e, insieme alle altre oltre 5.000 specie di api presenti in tutto il mondo, sono noti come attori ecologici fondamentali nell'impollinazione delle piante, vitale per l'approvvigionamento alimentare mondiale. Tuttavia, una serie di cause interconnesse, che vanno dalla distruzione dell'habitat, all'uso intensivo di pesticidi in agricoltura, al riscaldamento globale e alla trasmissione di agenti patogeni, hanno contribuito in modo sostanziale al declino delle popolazioni autoctone di bombi in tutto il mondo.
Collaborazione internazionale per mappare la variazione genetica dei bombi
Un team internazionale composto da partner provenienti da Cina, Regno Unito, Stati Uniti, Russia, Italia e Germania, co-guidato dal leader del gruppo Il SIB Robert Waterhouse, ha sequenziato e analizzato 17 specie di bombi rappresentative di tutti i 15 sottogruppi del genere Bombus. "Il nostro lavoro fornisce risorse genomiche di alta qualità che catturano la variazione genetica e fenotipica naturale dei bombi, aprendo così nuove possibilità per sfruttare e proteggere la loro diversità", spiega Waterhouse. Lo studio comparativo su larga scala, pubblicato sulla rivista Molecular Biology and Evolution e presentato come ricerca di rilievo su Nature Reviews Genetics, fornisce la prima quantificazione a livello di genere della diversità genetica e genomica potenzialmente collegata a caratteristiche ecologiche e comportamentali chiave dei bombi.
Segni di adattamenti genetici legati alla vita, all'alimentazione, al comportamento e all'ambiente
Oltre ad esaminare la diversità, il team ha utilizzato le risorse Il SIB SwissOrthology BUSCO e OrthoDB per caratterizzare l'evoluzione genomica identificando i geni "equivalenti" tra le specie (vedi "La scienza del confronto dei genomi"). Sono state scoperte diverse caratteristiche genetiche interessanti, che suggeriscono adattamenti per riconoscere i fiori, per affrontare meglio la vita ad altitudini elevate e per essere in grado di cercare fonti di cibo scarse su lunghe distanze. È interessante notare che lo studio ha anche scoperto che i bombi hanno meno geni coinvolti nella disintossicazione dai pesticidi o nella difesa contro gli agenti patogeni rispetto a molti altri insetti. Tali differenze possono aiutare i ricercatori a capire perché alcune specie sono più attrezzate di altre per tollerare o eliminare tossine o malattie.
La scienza del confronto dei genomi
I genomi delle specie viventi oggi sono stati ereditati dai loro antenati nel corso di milioni di anni di evoluzione. Il confronto tra le diverse specie consente agli scienziati di scoprire una serie di caratteristiche evolutive, come l'età di un gene (quando e in quale specie è apparso per la prima volta), il suo tasso di evoluzione (quanto velocemente cambia la sequenza proteica del gene) e la sua diffusione tra le specie (da quante specie è condiviso un gene). Livio Ruzzante spiega: "Nella genomica comparativa miriamo in particolare a identificare i geni ortologici tra le specie: questi geni 'equivalenti' si sono evoluti dallo stesso gene originale nel loro ultimo antenato comune e, il più delle volte, condividono funzioni identiche o simili". La ricerca di Livio si concentra sullo sviluppo di approcci computazionali per quantificare tali cambiamenti per tutti i geni ortologici identificabili per un dato insieme di specie, definendo così una serie di caratteristiche evolutive che possono poi essere misurate o dedotte. I geni con le caratteristiche più variabili sono probabilmente almeno in parte responsabili della diversità ecologica e comportamentale osservata tra le specie.
Il caso dei bombi cuculi
I bombi cuculo non hanno una casta di operai e invece conquistano le colonie sociali dei bombi detronizzando la loro regina. A causa di questo comportamento atipico, si è pensato a lungo che fossero solo lontanamente imparentati con i bombi. I risultati del team dimostrano tuttavia che i bombi cuculo sono veri membri del genere Bombus. È interessante notare che la loro particolarità comportamentale sembra riflettersi anche nel loro genoma: i bombi cuculo sembrano aver perso diversi geni che codificano le proteine che rilevano gli odori. Poiché la specie schiavizza le operaie della colonia ospite per raccogliere il polline e allevare la propria prole, forse non ha più bisogno di questo tipo di proteine. «Tali proteine che rilevano gli odori, note anche come recettori olfattivi, erano infatti tra le famiglie di geni che hanno subito l'evoluzione più dinamica in tutte le specie», spiega Livio Ruzzante, membro del SIB. Lo sviluppo di metodi computazionali per quantificare tali caratteristiche evolutive è al centro della ricerca di dottorato di Ruzzante (vedi "La scienza del confronto dei genomi"), che mira a mettere in relazione i modelli di evoluzione delle famiglie di geni con i tipi di funzioni biologiche che essi svolgono.
Lo studio fornisce ai ricercatori una base da cui partire per migliorare la loro comprensione di come l'aumento dell'uso di monocolture e pesticidi nell'agricoltura moderna, così come i cambiamenti climatici, influenzino la biodiversità dei bombi, il che a sua volta può far progredire la ricerca e le applicazioni nella gestione integrativa dei terreni agricoli e nella conservazione o nel ripristino degli ecosistemi.
Reference(s)
Crediti immagine banner: Janneke Alkema da Pixabay
