RICERCA ITALIANA     

Genomica mitocondriale in diversi gruppi di Metazoi: evoluzione molecolare e strutturale ed utilità filogenetica del genoma mitocondriale

Università degli Studi di Siena

Abstract

Il presente progetto integrato sarà centrato sull’evoluzione del genoma mitocondriale (mtDNA) e sulla sua utilità come marcatore filogeografico e filogenetico in diversi gruppi di Metazoa. Il progetto rappresenta l’attività integrata di 4 Unità Operative (U.O.) coordinate da giovani ricercatori, ma tutte caratterizzate da una notevole tradizione di ricerca sull’evoluzione del mtDNA e da una ragguardevole produzione scientifica nel campo dell’evoluzione molecolare e della filogenesi molecolare basata sul mtDNA.
Da un punto di vista metodologico, lo sforzo principale sarà diretto al sequenziamento di interi genomi mitocondriali in alcune specie di bivalvi, esapodi, pesci e rettili. L’approccio al sequenziamento dei genomi sarà comune a tutte le U.O., e si baserà sull’applicazione della Long-PCR e del sequenziamento shotgun. Verrà anche verificata la possibilità di utilizzare la tecnica della Rolling Circle Amplification. La presenza di una strategia metodologica comune permetterà un’estesa integrazione tra le diverse U.O. e la possibilità di sfruttare in maniera coordinata la sofisticata strumentazione disponibile in ciascuna U.O. Verranno sequenziati 50 nuovi genomi mitocondriali; essi verranno annotati, descritti e depositati in GenBank, rendendoli disponibili all’intera comunità scientifica.
Le specie oggetto di indagine verranno campionate in taxa diversi, secondo gli obiettivi delle analisi filogeografiche e filogenetiche. Nei rettili Geochelone >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Francesco Frati Università degli Studi di SIENA

Obiettivo del Programma di Ricerca

La ragguardevole produzione scientifica dei Coordinatori di ciascuna Unità Operativa (si veda il punto 14 ed i Modelli B) assicura che gli ambiziosi obiettivi di questo progetto possano essere raggiunti con successo. L’obiettivo comune è rappresentato dal sequenziamento di interi genomi mitocondriali (mtDNA) in specie di Metazoa. Le sequenze complete dei genomi costituiranno i dati di partenza per la ricostruzione delle relazioni evolutive a diversi livelli tassonomici (filogeografia e filogenesi), per gettare luce sui meccanismi molecolari che regolano l’ereditarietà del mtDNA e per svelare processi di adattamento locale mediati da selezione direzionale.
Questo progetto integrato si basa su un notevole sforzo di sequenziamento, e si prefigge di ottenere la sequenza completa di circa 50 genomi mitocondriali, per un totale complessivo di quasi 1 Gb di informazione nucleotidica. Le sequenze copriranno un’ampia varietà di specie (molluschi, esapodi, pesci e rettili) a diversi livelli tassonomici. Nelle specie di rettili Geochelone elephantopus e Varanus komodoensis, verranno sequenziati individui conspecifici, mentre nel sottordine di pesci nototenioidei si studieranno specie da famiglie diverse. Nei Bivalvia (Mollusca) e negli Hexapoda (Arthropoda), saranno sequenziati individui da famiglie diverse, a loro volta rappresentanti di ordini diversi. Un campionamento così esteso permetterà di valutare l'utilità del genoma mitocondriale come marcatore filogeografico e >>>

Risultati parziali attesi

Come descritto al punto 11, il presente progetto integrato si articola in 8 obiettivi principali. Due di questi affrontano problematiche di filogeografia, con speciale riferimento alla biogeografia insulare ed a specie di interesse conservazionistico. Quattro obiettivi riguardano temi più propriamente filogenetici, andando a studiare gruppi diversi (Teleostei, Artropodi e Bivalvi) che si collocano a differenti levelli tassonomici, e quindi differiscono per il loro livello e tempo di diversificazione. Uno dei temi è focalizzato sui meccanismi ereditari del genoma mitocondriale in specie di Bivalvi che mostrano il fenomeno peculiare noto come Doppia Eredità Uniparentale (DUI). Infine una linea di studio affronta i meccanismi e le conseguenze, a livello molecolare, dell’adattamento alle condizioni estreme dell’ambiente Antartico in una famiglia di Teleostei endemici.
In tutti questi casi l’interesse principale è di natura scientifica, legato alla possibilità di approfondire le nostre conoscenze riguardo a temi che sono al centro dell’attenzione nei vari ambiti di ricerca. Tuttavia, soprattutto nel caso della filogeografia delle tartarughe giganti delle Galapagos (Geochelone elephantopus) e del varano di Komodo (Varanus komodoensis), il loro status di specie a rischio rende i possibili risultati prodotti di particolare interesse, dal momento che essi potranno essere utilizzati per progettare migliori strategie di conservazione.
Nelle tartarughe giganti delle >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il genoma mitocondriale (mtDNA) è una molecola circolare caratterizzata da uno straordinario grado di conservazione strutturale. Con pochissime eccezioni, il DNA mitocondriale dei metazoi varia tra 15 e 20 kb e contiene 37 geni (Boore et al 1999). Tredici geni (PCG) codificano per subunità di enzimi coinvolti nel processo di fosforilazione ossidativa; ci sono 3 subunità (I-III) della citocromo c ossidasi (cox1, cox2, cox3), 7 subunità della NADH-deidrogenasi (nad1, nad2, nad3, nad4, nad4L, nad5, nad6), due subunità della ATPasi (atp6, atp8) ed il gene codificante per la citocromo b. Tutte le proteine prodotte vengono usate nel mitocondrio, assieme a subunità proteiche codificate nel genoma nucleare e trasportate all’interno dell’organulo. Ventidue geni (trnX) codificano per molecole di tRNA, una per ciascun aminoacido, con l’eccezione di Leucina e Serina che hanno 2 tRNA ciascuno. Due geni (rrnS, rrnL) codificano per le subunità piccola (12S) e grande (16S) dell’RNA ribosomale, che partecipano all’assemblaggio dei ribosomi mitocondriali. La loro presenza, ed il set completo di tRNA, fa sì che la traduzione dei geni mitocondriali possa essere effettuata all’interno dei mitocondri, e rende quest’ultimo autosufficiente per quanto riguarda la sintesi proteica.
Il mtDNA ha un’organizzazione molto compatta, con brevissimi spaziatori intergenici non-codificanti (talvolta persino assenti): in alcune circostanze, le regioni codificanti dei geni si sovrappongono. Normalmente >>>