Il DNA dei cloroplasti e l'evoluzione convergente delle piante parassite

Questo post partecipa alla seconda edizione del Carnevale della Biodiversità, questo mese ospitato dal blog Leucophaea! Per leggere anche gli interventi degli altri bloggers, andate al seguente indirizzo: Carnevale della Biodiversità: II puntata.
Nel 1928, in Australia, un uomo chiamato Jack Trott si recò in giardino per esaminare un'insolita apertura nel suolo, dalla quale proveniva un profumo gradevole: si rese conto che si trattava di un'intera pianta, un'orchidea che successivamente fu denominata Rhizanthella gardneri. 

Rhizanthella gardneri

Rhizanthella gardneri è un'orchidea che trascorre la sua intera vita sotto terra. Persino i suoi fiori sbocciano sotto terra, schiudendosi a pochi centimetri dalla superficie del suolo. Vi chiedete come faccia una pianta del genere a trarre nutrimento... Beh, essa ricava i nutrienti comportandosi da parassita nei confronti di un fungo, che vive a sua volta stabilendo un'associazione micorrizica con un'altra pianta, Melaleuca uncinata, in un tipo peculiare di alimentazione denominato micoeterotrofia (clicca sul link per saperne di più). Com'è logico quindi attendersi, questa specie non è in grado di effettuare fotosintesi, pertanto non presenta un colore verde. Essa, tuttavia, possiede dei cloroplasti, che come sappiamo sono gli organuli citoplasmatici essenziali in una cellula vegetale per compiere il processo di fotosintesi.In uno studio pubblicato il 2 febbraio di quest'anno sulla rivista Molecular Biology and Evolution, si legge che, analizzando il genoma di questa specie, il gruppo di ricercatori coordinato dal Dr. Etienne Delannoy ha scoperto che i cloroplasti di Rhizanthella gardneri presentano il 70% di geni in meno rispetto a quelli normalmente presenti nelle cellule dei vegetali capaci di compiere fotosintesi. In particolare, nel genoma dei cloroplasti sono presenti soltanto 37 geni: la più piccola quantità di geni finora scoperta in un genoma di cloroplasto. Nessuno di essi è utile a produrre proteine per la fotosintesi, ma tutti insieme complessivamente producono 20 proteine importanti per funzioni del tutto distinte da quelle fotosintetiche.Non è difficile capire la motivazione di tale discrepanza: la specie ha sviluppato col tempo uno stile di vita parassitico, per cui non ha avuto bisogno di conservare tutto ciò che servirebbe ad una pianta per effettuare fotosintesi. Sicuramente però non è questo che vogliono mettere in luce i ricercatori, perché non è il primo caso scoperto di un vegetale che fa a meno dell'autotrofia.

Modellino di cloroplasto

La vera novità sta  innanzitutto nel fatto che i pochi geni rimasti nei cloroplasti svolgono il proprio lavoro per funzioni vitali per la pianta ma non riguardanti la fotosintesi, dando così un'ulteriore conferma dell'importanza del DNA dei cloroplasti non limitata in maniera settoriale alle funzioni fotosintetiche. Inoltre, l'esiguità di tali geni consente uno studio fine e dettagliato sull'attività degli stessi - molto più difficile da eseguire in piante il cui genoma plastidiale è ben più complesso - ma la cosa più sorprendente è la scoperta che il genoma dei cloroplasti di questa specie somiglia molto al genoma dei cloroplasti di specie vegetali con stile di vita simile e distanti dal punto di vista evolutivo.
In poche parole, ci troviamo di fronte ad un nuovo caso di convergenza adattativa: specie anche lontane sull'albero dell'evoluzione, ma sottoposte a pressioni selettive simili, tendono a sviluppare indipendentemente l'una dall'altra uno stesso tipo di adattamento. Nel caso di piante che vivono da parassite, lo studio dimostra che la similitudine nello stile di vita esteriore è rispecchiata parallelamente da una somiglianza a livello genetico, in quanto la perdita di geni nei cloroplasti può spingersi sino ad un certo limite, sfavorendo quelli direttamente coinvolti nella fotosintesi ma lasciando al loro posto ed al loro compito quei geni che invece sono vitali per funzioni che non riguardano la fotosintesi.
Lo studio, inoltre, rappresenta un'ulteriore spinta verso la comprensione del parassitismo anche in organismi che non sono vegetali, per cercare affinità tra viventi che vivono da parassiti e che sembrano distanti tra loro dal punto di vista evolutivo.
Delannoy, E., Fujii, S., des Francs, C., Brundrett, M., & Small, I. (2011). Rampant Gene Loss in the Underground Orchid Rhizanthella gardneri Highlights Evolutionary Constraints on Plastid Genomes Molecular Biology and Evolution DOI: 10.1093/molbev/msr028