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Martedì, Ottobre 4, 2022

Un mistero genetico: finalmente svelate le relazioni evolutive di due gruppi di antichi invertebrati

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Un'immagine al microscopio elettronico a scansione di un Kamptozoa, un piccolo invertebrato acquatico. Credito: Dott.ssa Natalia Shunatova. Credito: Dott.ssa Natalia Shunatova


La ricerca suggerisce che i phyla Kamptozoa e Bryozoa si sono separati prima di quanto si credesse in precedenza.

Kamptozoa e Bryozoa sono due phyla di piccoli invertebrati acquatici. Sono imparentati con lumache e vongole (molluschi), vermi di setola, lombrichi e sanguisughe (anellidi), nonché vermi a nastro (nemertea). I biologi evoluzionisti sono stati a lungo sconcertati dal loro esatto posto sull'albero della vita e da quanto strettamente legate queste altre specie siano ad esse. Ricerche precedenti spostavano regolarmente il loro posto.

Inoltre, nonostante si pensasse che Kamptozoa e Bryozoa appartenessero a un gruppo, in seguito furono separati a causa del loro aspetto e della loro anatomia. Ora, i ricercatori del Università dei laureati dell'Istituto di scienza e tecnologia di Okinawa (OIST), lavorando con i colleghi dell'Università di San Pietroburgo e dell'Università di Tsukuba, hanno dimostrato che i due phyla si sono separati da molluschi e vermi prima di quanto suggerito da studi precedenti, e quindi in realtà formano un gruppo distinto. Questa scoperta è stata resa possibile dall'uso di una tecnologia di sequenziamento all'avanguardia e da una potente analisi computazionale.


"Abbiamo dimostrato che utilizzando dati trascrittomici di alta qualità possiamo rispondere a una domanda di vecchia data al meglio delle nostre attuali tecniche", ha affermato il dottor Konstantin Khalturin, scienziato del personale dell'Unità di genomica marina dell'OIST e primo autore del documento pubblicato in La scienza avanza

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Il dottor Konstantin Khalturin e il professor Nori Satoh sono due dei ricercatori coinvolti in questo studio. Credito: OIST

Un genoma è l'insieme completo di informazioni genetiche che si trovano in ogni cellula. È suddiviso in geni. Questi geni sono costituiti da DNA coppie di basi e ogni gene contiene le istruzioni necessarie per creare una proteina e quindi porta alla cura e al mantenimento adeguati di una cellula. Affinché le istruzioni vengano eseguite, è necessario prima trascrivere il DNA RNA. Il risultato è un trascrittoma, come il riflesso di un genoma ma scritto in coppie di basi di RNA piuttosto che nel DNA.


Questa informazione genetica differisce tra le specie. Coloro che sono strettamente imparentati hanno informazioni genetiche molto simili, mentre una maggiore distanza evolutiva si traduce in maggiori differenze genetiche. Utilizzando questi dati, i ricercatori hanno migliorato la nostra conoscenza dell'evoluzione animale, ma alcune domande sono ancora difficili da rispondere.

Poiché Kamptozoa e Bryozoa sono strettamente correlati a molluschi, anellidi e nemertea, piccoli errori nel set di dati o dati mancanti possono comportare un posizionamento errato nell'albero evolutivo. Inoltre, durante la raccolta di questi minuscoli animali, è facile raccogliere altri organismi, come le alghe, che contaminano il campione. Il dottor Khalturin ha sottolineato che erano attenti a evitare la contaminazione e in seguito hanno esaminato il loro set di dati per l'RNA di alghe e piccoli animali per rimuovere quelli che potrebbero provenire da loro.

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Le relazioni evolutive di Kamptozoa e Bryozoa e il loro posto sull'albero della vita sono state rivelate in questo nuovo studio. Lo studio ha scoperto che si sono separati da molluschi e vermi prima del previsto e che fanno parte di un gruppo distinto, chiamato Polyzo. Credito: OIST

In totale, i ricercatori hanno sequenziato il trascrittoma di quattro specie di Kamptozoa e due specie di Bryozoa, ma a un livello di qualità di gran lunga superiore a quello raggiunto in precedenza. Mentre i set di dati passati avevano una completezza del 20-60%, in questo studio la completezza del trascrittoma era superiore al 96%.


Usando questi trascrittomi, hanno predetto le proteine ​​e le hanno confrontate con dati simili di altre 31 specie, alcune delle quali erano strettamente imparentate con Kamptozoa e Briozoi, come vongole e vermi di setola, e altre più distanti, come rane, stelle marine, insetti , e meduse. I set di dati di alta qualità significavano che potevano confrontare contemporaneamente molti geni e proteine ​​​​diversi. Il Dr. Khalturin ha accreditato le potenti capacità di calcolo a cui i ricercatori hanno potuto accedere presso l'OIST.

"La nostra scoperta principale è che i due phyla appartengono insieme", ha detto il dottor Khalturin. "Questo risultato è stato originariamente proposto nel 19° secolo da biologi che stavano raggruppando gli animali in base all'aspetto che avevano".

Mentre il dottor Khalturin ha affermato che questa domanda aveva ora avuto risposta alla migliore capacità disponibile, ha anche sottolineato che il set di dati potrebbe rispondere ad altre domande evolutive fondamentali, come la posizione più precisa di molluschi e anellidi sull'albero della vita e come la vita diversificato.

Riferimento: "Polyzoa is back: The effect of complete gene sets on the placement of Ectoprocta and Entoproc" di Konstantin Khalturin, Natalia Shunatova, Sergei Shchenkov, Yasunori Sasakura, Mayumi Kawamitsu e Noriyuki Satoh, 1 luglio 2022, La scienza avanza
DOI: 10.1126/sciadv.abo4400

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