Una scoperta destinata a riscrivere parte della storia evolutiva della riproduzione sessuata arriva dai laboratori della Stazione Zoologica Anton Dohrn. Per la prima volta, un meccanismo epigenetico simile all’imprinting genomico, finora considerato una caratteristica esclusiva di animali e piante, è stato identificato in un organismo unicellulare marino. I risultati della ricerca, pubblicati sulla rivista scientifica Science Advances, sono frutto della collaborazione tra la Stazione Zoologica Anton Dohrn, l’European Molecular Biology Laboratory (EMBL) di Heidelberg, l’Università di Trieste, la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) e l’Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale (OGS).
Lo studio dimostra che la metilazione del DNA, una modificazione chimica che regola l’attivazione o il silenziamento dei geni senza alterarne la sequenza, svolge un ruolo determinante nel controllo dell’identità sessuale della diatomea marina Pseudo-nitzschia multistriata. Questa microalga appartiene a un gruppo di organismi responsabile della produzione di circa il 20% dell’ossigeno presente nell’atmosfera terrestre, contribuendo in modo essenziale al funzionamento degli ecosistemi marini e ai grandi cicli biogeochimici del pianeta.
Attraverso analisi genomiche ed epigenetiche, i ricercatori hanno individuato specifici schemi di metilazione del DNA associati alla determinazione del sesso. Il fenomeno osservato ricorda l’imprinting genomico, un sofisticato sistema di regolazione epigenetica che consente l’espressione di una sola delle due copie di un gene, mentre l’altra resta inattiva.
Finora un meccanismo di questo tipo era stato documentato esclusivamente negli organismi multicellulari, dove è fondamentale per processi come lo sviluppo embrionale, la crescita e la riproduzione. L’identificazione di un sistema analogo in un eucariote unicellulare rappresenta quindi una scoperta senza precedenti e suggerisce che le basi epigenetiche della determinazione del sesso abbiano un’origine evolutiva molto più antica di quanto ritenuto finora. La ricerca apre nuove prospettive sulla comprensione dell’evoluzione della riproduzione sessuata, indicando che meccanismi molecolari considerati tipici degli organismi più complessi potrebbero essersi affermati centinaia di milioni di anni prima della comparsa della multicellularità.
“I nostri risultati rivelano un livello di regolazione completamente nuovo nel controllo dell’identità sessuale nelle diatomee”, afferma Mariella Ferrante, che ha coordinato lo studio. “Aver individuato un meccanismo simile all’imprinting genomico in un organismo unicellulare modifica il quadro delle nostre conoscenze sull’evoluzione della regolazione epigenetica e conferma che questi processi hanno origini antiche”
Oltre al valore evolutivo della scoperta, la ricerca ha importanti ricadute anche sul piano ecologico. Le diatomee rappresentano infatti uno dei gruppi più abbondanti di microalghe marine e costituiscono la base di numerose reti trofiche oceaniche. La loro attività fotosintetica contribuisce in modo determinante alla produzione di ossigeno e all’assorbimento di anidride carbonica dall’atmosfera, influenzando gli equilibri climatici globali.
“Le diatomee sono organismi fondamentali per il funzionamento degli ecosistemi marini e per la salute del pianeta”, spiega Antonella Ruggiero, prima autrice della pubblicazione. “Comprendere i meccanismi che regolano la loro riproduzione significa capire meglio come si formano, si mantengono e si evolvono le popolazioni naturali negli oceani. Queste conoscenze sono particolarmente importanti in un contesto di cambiamenti climatici, che stanno modificando profondamente gli ecosistemi marini”.