Il DNA nascosto svela la storia segreta delle fragole

Le fragole che arrivano sulle nostre tavole custodiscono una storia evolutiva molto più complessa di quanto si pensasse. Un gruppo di ricercatori del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) e di istituzioni partner ha sviluppato una nuova tecnica che consente di ricostruire il passato genetico delle piante utilizzando particolari "impronte temporali" nascoste nel DNA.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Horticulture Research, affronta uno dei problemi più difficili della genomica vegetale: comprendere come si siano formati i cosiddetti genomi poliploidi, caratterizzati dalla presenza di più copie complete dei cromosomi provenienti da specie ancestrali differenti.

Molte colture di grande importanza economica, come grano, cotone, canna da zucchero e fragola, possiedono genomi di questo tipo. Nel corso di milioni di anni, eventi di duplicazione dell'intero patrimonio genetico e successive ibridazioni hanno mescolato il materiale ereditario di diverse specie, rendendo estremamente difficile identificare le origini dei singoli cromosomi.

Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno sfruttato i retrotrasposoni LTR, particolari sequenze mobili del DNA che si moltiplicano e si inseriscono in nuove posizioni del genoma. Questi elementi conservano tracce delle diverse fasi evolutive e possono essere utilizzati come una sorta di archivio storico molecolare.

Attraverso la costruzione di una "matrice di similarità seriale", il team ha confrontato la distribuzione e la somiglianza di questi elementi lungo i cromosomi, riuscendo a distinguere i diversi sottogenomi e a ricostruire le principali fusioni genetiche avvenute nel passato.

Prima di applicare il metodo alla fragola, la tecnica è stata testata con successo su altre specie poliploidi ben studiate, tra cui il teff e il cotone. I risultati hanno confermato la capacità del sistema di individuare correttamente i sottogenomi e di distinguere eventi evolutivi verificatisi prima e dopo la formazione delle specie moderne.

L'analisi della fragola coltivata (Fragaria × ananassa) ha portato alla scoperta di quattro distinti sottogenomi e di tre successivi eventi di allopoliploidizzazione, ovvero fusioni tra genomi appartenenti a specie differenti. Secondo le stime dei ricercatori, questi eventi si sarebbero verificati tra 3,1 e 4,2 milioni di anni fa, tra 1,9 e 3,1 milioni di anni fa e infine tra 0,8 e 1,9 milioni di anni fa.

I risultati confermano una stretta parentela evolutiva con le specie selvatiche Fragaria vesca e Fragaria iinumae, ma mettono anche in discussione alcune ipotesi precedenti che chiamavano in causa altre specie ancestrali. Secondo gli autori, parte dei contributori genetici della fragola moderna potrebbe appartenere a specie ormai estinte oppure non ancora identificate.

La nuova metodologia potrebbe avere importanti ricadute pratiche. Una migliore identificazione dei sottogenomi consentirebbe infatti di perfezionare l'annotazione genetica, individuare con maggiore precisione i geni associati a caratteristiche agronomiche rilevanti e accelerare i programmi di miglioramento varietale.

Oltre alla fragola, il metodo potrebbe essere applicato a numerose altre colture poliploidi, offrendo agli scienziati uno strumento innovativo per comprendere i processi di speciazione, adattamento ed evoluzione che hanno plasmato alcune delle piante più importanti per l'agricoltura mondiale.