Multipartite mitochondrial genomes and phylogenetic relationships of five newly characterized chewing-louse species of placental mammals (Parvorder Trichodectera)
Questo studio caratterizza i genomi mitocondriali frammentati e multipartiti di cinque specie di pidocchi masticatori recentemente sequenziate, rivelando disposizioni geniche conservate, un'estesa ricombinazione intercromosomica e un modello filogenetico che supporta un antico passaggio di ospite tra roditori e carnivori.
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La maggior parte degli animali, dagli esseri umani agli insetti, trasporta le proprie centrali energetiche cellulari, note come mitocondri, in un modo molto specifico. All'interno di ogni cellula, il DNA che gestisce queste centrali è solitamente impacchettato in un unico, ordinato ciclo circolare. Questo ciclo è compatto e contiene un set standard di istruzioni per mantenere in vita la cella. Tuttavia, la natura occasionalmente infrange questa regola. In un gruppo di insetti parassiti chiamati pidocchi masticatori, che vivono sulla pelliccia dei mammiferi, questo singolo ciclo si è frantumato. Invece di un unico cerchio, il loro DNA mitocondriale è disperso in molti piccoli cerchi separati, come un mazzo di carte sparpagliato su un tavolo piuttosto che tenuto in un'unica mano. Questa frammentazione è un fenomeno raro e misterioso nel regno animale, e gli scienziati si sono a lungo chiesto come questi minuscoli pezzi rimangano organizzati e come si siano evoluti in primo luogo.
Un team di ricercatori della University of Northern Iowa ha rivolto recentemente la propria attenzione a un gruppo specifico di questi pidocchi chiamato Trichodectera. Sebbene esistano circa 400 specie note in questo gruppo, gli scienziati erano riusciti a mappare il DNA frammentato di sole sei di esse fino ad ora. Per colmare le lacune, i ricercatori hanno raccolto cinque nuove specie di pidocchi dai loro ospiti mammiferi, tra cui gopher di tasca (pocket gophers), puzzole striate e procioni. Hanno estratto con cura il DNA da singoli pidocchi, utilizzando un processo che consisteva nel rompere questi minuscoli insetti e copiare il loro materiale genetico per costruire un quadro completo dei loro genomi mitocondriali. Ciò che hanno trovato è una storia complessa ma coerente di come funzionano questi genomi frammentati e di come i pidocchi siano legati tra loro.
Lo studio ha confermato che queste cinque nuove specie, come le loro parenti, possiedono genomi mitocondriali composti da tra i 12 e i 14 pezzi circolari separati. Ogni pezzo trasporta alcuni geni, solitamente un gene principale per la produzione di energia e una serie di geni ausiliari più piccoli. I ricercatori hanno notato che, mentre i geni principali rimanevano approssimativamente negli stessi punti sui rispettivi cerchi, i geni ausiliari più piccoli erano piuttosto mobili, saltando tra diversi cerchi in specie diverse. Un gene in particolare, che aiuta il funzionamento dei mitocondri, è stato trovato in diverse posizioni a seconda della specie, talvolta situandosi da solo sul proprio cerchio e altre volte condividendo un cerchio con un gene diverso. Questo rimescolamento suggerisce che la disposizione di questi pezzi genetici non è fissa, ma è cambiata nel tempo con l'evoluzione dei pidocchi.
Una scoperta chiave di questo lavoro è stata l'evidenza di un meccanismo nascosto che mantiene questi pezzi dispersi a lavorare insieme. I ricercatori hanno scoperto che ogni singolo pezzo circolare del genoma di un pidocchio contiene una specifica regione di DNA non codificante che è quasi identica alle regioni presenti su tutti gli altri pezzi all'interno dello stesso pidocchio. Queste regioni corrispondenti agiscono come una chiave universale o una firma condivisa. Il team suggerisce che queste sequenze identiche permettano ai diversi cerchi di scambiare informazioni tra loro attraverso un processo chiamato ricombinazione. Immaginate se aveste una biblioteca in cui ogni libro avesse la stessa prima pagina; se un libro venisse danneggiato, potreste usare la prima pagina di qualsiasi altro libro per ripararlo. In questi pidocchi, questo costante scambio di materiale genetico mantiene le sequenze dei diversi cerchi sincronizzate, impedendo loro di allontanarsi e perdere la capacità di funzionare.
I ricercatori hanno anche esaminato come questi pidocchi siano legati tra loro per vedere se il loro albero genealogico corrisponde a quello degli animali su cui vivono. Si aspettavano che i pidocchi che vivono su animali simili, come diversi tipi di carnivori, sarebbero strettamente imparentati. Inveve, i dati genetici hanno raccontato una storia diversa. Una specie di pidocchio trovato su puzzole striate era in realtà più strettamente imparentata con i pidocchi che vivono sui gopher di tasca rispetto ai pidocchi che vivono su altri carnivori. Questo reperto supporta l'idea che in un passato remoto un pidocchio sia saltato da un carnivoro, come una puzzola o una donnola, su un gopher di tasca. Poiché i gopher di tasca e i loro pidocchi hanno una storia di evoluzione congiunta, questo salto antico ha gettato le basi per una nuova linea di pidocchi che si è diversificata insieme ai gopher, rendendo il pidocchio della puzzola un cugino genetico dei pidocchi dei gopher piuttosto che un fratello dei pidocchi di altri carnivori.
Mappando i genomi di queste cinque nuove specie, lo studio fornisce una visione più chiara di come operano i genomi mitocondriali frammentati. Dimostra che, anche se il DNA è diviso in molti pezzi, i pidocchi hanno sviluppato un sistema robusto per mantenere quei pezzi in sincronia attraverso un costante scambio genetico. Il lavoro evidenzia anche che la storia di questi parassiti non è sempre uno specchio semplice della storia dei loro ospiti, poiché antichi salti tra diversi tipi di animali hanno lasciato un segno duraturo nella loro composizione genetica. Queste scoperte aggiungono pezzi cruciali al puzzle di come la vita si adatti quando le sue istruzioni genetiche fondamentali sono sparse su più cromosomi.
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