Progetto “Siamo tutti biodiversi?”
Percorso di autoformazione guidata: approfondimenti scientifici
ADATTAMENTI ALL’AMBIENTE
MODULO 6
A cura di Patrizia Famà
BASI GENETICHE DEGLI ADATTAMENTI ALL’AMBIENTE
a cura di Patrizia Famà
MUTAZIONI CROMOSOMICHE
Sono variazioni rispetto alla situazione
normale della struttura o del numero di
cromosomi.
Possono avvenire spontaneamente o
essere indotte da agenti fisici, chimici
O3 o
biologici.
Mentre nell’uomo causano aborti spontanei
(50%), infertilità, malformazioni congenite,
ritardo mentale e neoplasie; in altri organismi, animali e vegetali, sono alla base della
variabilità genetica necessaria per il processo evolutivo.
Diapositiva 3
O3
I fattori che in natura determinano la comparsa di mutazioni sono diversi. Fra questi possiamo ricordare: i bruschi abbassamenti di temperatura,
le mutilazioni degli organi delle piante, la presenza di carbonio radioattivo nell'atmosfera, sotto forma di anidride carbonica, di raggi ultravioletti
o altre radiazioni penetranti. La frequenza delle mutazioni spontanee non è alta, comunque questo processo ha rappresentato e rappresenta
tuttora, una fonte importante di possibili formazioni di nuove forme vegetali. Da un punto di vista pratico le mutazioni di questo tipo hanno
giocato un ruolo molto importante in rapporto all'origine delle piante coltivate. Molte derivano da forme spontanee comparse nei secoli ed
alcune caratteristiche pregievoli sono state notate da agricoltori che le hanno isolate, riprodotte e coltivate.
Olivier; 23/11/2008
MUTAZIONI CROMOSOMICHE
POLIPLOIDE
Cellula o organismo con numero di cromosomi
multiplo esatto di n, dove n è il numero aploide.
ANEUPLOIDE
Cellula o organismo con numero di cromosomi
diverso da un multiplo esatto di n, dove n è il
numero aploide.
Esempi tipici: la trisomia (presenza di un
cromosoma in tre copie) e la monosomia (presenza
di un cromosoma in una copia).
La
nullisomia
(letale
prima
dell'impianto
dell'embrione) è la mancanza di entrambi i membri
di una coppia di cromosomi omologhi.
I meccanismi tipici che possono portare ad
aneuplodia sono errori della meiosi e della mitosi.
O7
POLIPLOIDIA NELLE PIANTE
Triploide 3n= 27
I vantaggi:
produzione maggiore di clorofilla
processo di fotosintesi da due a tre volte più rapido
crescita più veloce rispetto alle specie diploidi
Octaploide 8n= 56
Diapositiva 5
O7
MUTAZIONI INDOTTE
Le mutazioni possono essere provocate dall'uomo ricorrendo agli stessi agenti che in natura sono responsabili del manifestarsi delle mutazioni,
ed anche con altri mezzi. Si possono ad esempio sottoporre le piante a bruschi cambiamenti di temperatura, operare potature drastiche ed altro
ancora.
Olivier; 23/11/2008
O6
ADATTAMENTO ALL’AMBIENTE
Spartina anglica specie allopoliploide invasiva
Duplicazione
cromosomica
Diapositiva 6
O6
La poliploidia e l'ibridazione interspecifica alla quale è spesso associata sono stati per lungo tempo considerati come meccanismi importanti per
la formazione rapida delle specie.
L'ampio numero di organismi vegetali poliploidi, identificati più frequentemente in habitat diversi da quelli occupati dai loro progenitori
sembrerebbero indicare che la poliploidia sia associata al successo evolutivo in termini di capacità nel colonizzare nuove nicchie ecologiche.
Numerose ricerche sono focalizzate nella comprensione di come le mutazioni genomiche tra cui la poliploidia possono contribuire e determinare
un adattamento all'ambiente.
I biologi evoluzionisti hanno ipotizzato possibili legami tra la poliploidia e la capacità di superare eventi critici per la sopravvivenza delle specie
come i cambiamenti climatici.
Grazie ai progressi nella bioinformatica e nella genomica è possibile valutare in modo critico molte di queste ipotesi.
Olivier; 23/11/2008
O2
PALEOPOLIPLOIDA
Eventi di duplicazione del genoma avvenuti in
passato (milioni di anni fa).
La maggior parte dei paleopoliploidi hanno perso
il loro status di poliploidi attraverso il processo di
diploidizazione (es. Saccharomyces cerevisiae,
Arabidopsis e forse anche nei vertebrati).
In più del 90% delle
angiosperme esistenti vi è
traccia di uno o più processi di
duplicazione genomica
avvenuti da milioni a migliaia
di anni fa'.
Diapositiva 7
O2
Molte piante diploidi, hanno in passato subito processi di duplicazione del proprio genoma nel passato per cui vengono denominate
paleopoliploidi.
Oggi sappiamo che la maggior parte delle specie di cereali sono paleopoliploidi così anche il comune ancestro della famiglia Poaceae
(graminaceae) ha subito uan duplicazione del genoma 50-70 mya.
Nel regno animale la paleopoliploidia è più rara. E' stata identificata principlamente negli anfibi e nei teleostei. Sebbene alcuni studi
suggeriscono che almeno un evento di duplicazione del genoma sia avvenuto nell'ancestro comune dei vertebrati.
Olivier; 22/11/2008
PALEOPOLIPLOIDA
Un evento di paleo-poliploidia può essere
riconosciuto attraverso il riconoscimento di copie
dello stesso gene.
Questi geni sono identificati attraverso
l’omologia delle sequenze di DNA o delle
proteine e sono generalmente localizzati in
grandi “blocchi”.
O4
POLIPLOIDIA NEI PESCI
Tetraodon possiede lo stesso numero
di geni
presenti nell’uomo 30.000 circa, ma sono contenuti
in un genoma molto più piccolo di 340 milioni di basi
(A,C, G, T). Il genoma umano è composto da 3
miliardi di basi.
Takifugu rubripes
Tetraodon nigroviridis
Diapositiva 9
O4
Il pesce palla possiede il genoma più piccolo tra i vertebrati , con 21 cromosomi e pù di 300 milioni di basi. Il sequenziamento del genoma del
pesce palla ha permesso di scoprire 900 geni presenti anche nell’uomo (ma non riconosciuti durante il sequenziamento del genoma umano).
La ricerca portò a risvolti sorprendenti I geni suddetti erano presenti per lo più in copie, dimostrando un evento ancestrale di duplicazione
dell’intero genoma degli actinopterigi con vantaggi evolutivi importanti.
Questo meccanismo di duplicazione del genoma può essere considerato come alla base dell vantaggio adattativo dei pesci (tra gli organismi
vertebrati più diffusi con 25.000 specie che hanno colonizzato ambienti estremi le profondità degli oceani fino ai fiumi del Tibet.
Olivier; 22/11/2008
O1
POLIPLOIDIA NEI PESCI
E’ stato dimostrato che organismi
ancestrali degli actinopterigi
(teleostei, incluso il pesce palla)
hanno subito una duplicazione
dell’intero genoma.
Diapositiva 10
O1
La poliploidia e l'ibridazione interspecifica alla quale è spesso associata sono stati per lungo tempo considerati come meccanismi importanti per
la formazione rapida delle specie.
L'ampio numero di organismi vegetali poliploidi, identificati più frequentemente in habitat diversi da quelli ovccupati dai loro progenitori
sembrerebbero indicare che la poliploidia sia associata al successo evolutivo in termini di capacità nel colonizzare nuove nicchie ecologiche.
Numerose ricerche sono focalizzate nella comprensione di come le mutazioni genomiche tra cui la poliploidia possono contribuire e determinare
un adattamento all'ambiente.
I biologi evoluzionisti hanno ipotizzato possibili legami tra la poliploidia e la capacità di superare eventi critici per la sopravvivenza delle specie
come i cambiamenti climatici.
Grazie ai progressi nella bioinformatica e nella genomica è possibile valutare in modo critico molte di queste ipotesi.
Olivier; 23/11/2008
POLIPLOIDIA NEI PESCI E SUCCESSO EVOLUTIVO
La duplicazione del genoma è considerato per le specie un vantaggio per
l’adattamento ad habitat diversi.
I pesci sono tra gli organismi vertebrati più diffusi con 25.000 specie che hanno
colonizzato ambienti estremi: dalle profondità degli oceani fino ai fiumi del Tibet.
POLIPLOIDIA NEI MAMMIFERI
Nel 1999 viene identificato un
mammifero poliploide, il topo rosso di
Mendoza (Argentina), 4N= 102.
Tympanoctomys barrerae
Il successo evolutivo di questa specie
poliploide è legato al mantenimento di un
unico set di cromosomi sessuali XY.
INTERAZIONE GENOTIPO-AMBIENTE
Il
cosiddetto
“pesce
ghiaccio”
(fam.
Channichthyidae) è un esempio di adattamento
evolutivo alle condizioni estreme dell’Antartico.
Il suo sistema circolatorio è più efficiente rispetto
a quello di specie affini; infatti per assenza di
globuli rossi, il sangue è meno denso è circola
più velocemente nel corpo.
La deficienza di globuli rossi ha una base di tipo
genetico dovuta all’assenza dei geni responsabili
della sintesi dell’emoglobina.
BASI GENETICHE DEGLI ADATTAMENTI ALL’AMBIENTE
Sitografia
Il Portale della poliploidia con informazioni di base e avanzate su cosa è la
poliploidia, perché è così importante, come si formano i poliploidi ecc…
http://polyploidy.org (testi in inglese)
