Zona di battaglia dei sessi

Fin dai tempi di Darwin, i ricercatori evoluzionisti si sono interrogati su una domanda fondamentale: Come si sviluppano i diversi sessi se i geni di maschi e femmine sono in gran parte uguali?

Ad esempio negli esseri umani: Una piccola ma ovviamente importante differenza genetica tra uomini e donne è che gli uomini hanno un solo cromosoma Y. Tuttavia, il suo cromosoma X è identico a quello della donna, che ne porta due copie. Ciononostante, uomini e donne differiscono nel fisico o nel comportamento. Uno dei motivi è che molti geni comuni sono attivi in modo specifico per il sesso.

Ma come è possibile che i geni mostrino attività diverse nei due sessi? Questi sviluppi non possono più essere studiati nell'uomo, perché troppo lontani nel tempo, ma possono essere studiati nelle piante: I ricercatori guidati dal professor Alex Widmer dell'Istituto di Biologia Integrativa dell'ETH hanno quindi utilizzato due specie vegetali strettamente correlate per chiarire la questione dell'evoluzione delle differenze di espressione genica tra i sessi. Lo studio è stato appena pubblicato sulla rivista scientifica "Nature Plants".

Modelli di attività genica a confronto

Nel campioncino bianco dioico (silene latifolia) i sessi si trovano su individui diversi. Alcune portano solo fiori femminili, altre solo fiori maschili. Il suo parente stretto, l'erba colombo (Silene vulgaris), ha fiori ermafroditi, mentre gli individui puramente femminili sono più rari.

I ricercatori ipotizzano che l'espressione genica del cinquefoglio corrisponda allo stato originario di un antenato comune. Nel corso dell'evoluzione, questo antenato ha dato origine al cinquefoglio a fiore ermafrodita e al campioncino di sesso opposto. Inoltre, il campione ha sviluppato i cromosomi sessuali come gli esseri umani: le piante maschili portano un cromosoma X e uno Y, quelle femminili due cromosomi X.

I ricercatori dell'ETH hanno ora analizzato quali geni sono attivi nei rispettivi sessi del campioncino bianco e su quali cromosomi si trovano.

Per misurare quali geni sono attivi, gli scienziati hanno analizzato la loro espressione. Si tratta di una misura dell'intensità con cui un gene viene letto dal DNA. Quando un gene è "espresso", vengono prodotte molecole di RNA messaggero. La loro presenza e quantità consente di stabilire se e in che misura un determinato gene è attivo.

Anche i cromosomi normali sono attivi in modo diverso

Lo studio ha dimostrato che gran parte dei geni sui cromosomi sessuali sono espressi in modo diverso nei maschi e nelle femmine. Ciò indica che, come previsto, questi cromosomi svolgono un ruolo importante nella formazione delle differenze di sesso.

Tuttavia, i ricercatori hanno anche trovato molti geni sui cromosomi "normali", i cosiddetti autosomi, che sono presenti in entrambi i sessi ma sono espressi in modo diverso in ciascun sesso. Ciò suggerisce che anche l'espressione sesso-specifica dei geni sugli autosomi contribuisce alla differenza di sesso osservabile nel campioncino bianco.

L'espressione genica femminile è più fortemente alterata

I ricercatori si sono anche chiesti come queste differenze sesso-specifiche si siano sviluppate nel corso dell'evoluzione. Hanno quindi confrontato l'attività genica del campioncino ermafrodita con quella del campioncino maschio e femmina. Con grande sorpresa, gli scienziati hanno riscontrato cambiamenti più numerosi e più forti nell'espressione genica nelle femmine che nei maschi del campioncino rispetto all'ermafrodito.

I geni che sono più fortemente espressi nelle femmine che nei maschi sono stati specificamente upregolati nelle femmine durante l'evoluzione dei sessi separati. "I geni che ora sono più fortemente espressi nei maschi, invece, di solito sono nati perché la loro attività era ridotta nelle femmine", spiega Widmer.

La separazione sessuale come vantaggio

I ricercatori spiegano come segue il motivo per cui la maggior parte dei cambiamenti di espressione è avvenuta nelle femmine: "Le femmine hanno probabilmente beneficiato di più della segregazione sessuale rispetto ai maschi", come dimostra anche il confronto tra il campioncino e il cinquefoglio.

Il cinquefoglio ermafrodita deve trovare un compromesso tra la funzione maschile e quella femminile. La parte maschile del fiore deve produrre quanto più polline possibile, quella femminile i semi. Questa divisione del lavoro potrebbe essere svantaggiosa per la funzione femminile, che ha meno risorse a disposizione. "I fiori ermafroditi sono la zona di battaglia dei sessi", afferma Widmer. Negli individui a sessi separati, invece, il rispettivo sesso può utilizzare tutte le sue risorse per il proprio compito.

Sessi separati rari nel regno vegetale

I sessi diversi sono diffusi nel regno animale, ma nel regno vegetale predominano le specie ermafrodite, nonostante i vantaggi della separazione dei sessi. Il motivo di questa situazione è ancora in gran parte sconosciuto. Widmer inizierà quindi un nuovo studio per indagare i vantaggi evolutivi dei sessi separati, ma anche degli ermafroditi. Le specie vegetali di cui esistono popolazioni sia di sesso opposto sia di ermafroditi sono adatte come sistemi modello.

La ricerca di Widmer e del suo gruppo sostiene un'idea che Charles Darwin aveva già. La diversità dei sessi è vantaggiosa perché ogni sesso può utilizzare le risorse a sua disposizione indipendentemente dall'altro.