Un nuovo studio suggerisce che l’albero radicato è la chiave per comprendere l’evoluzione batterica

Risultati pubblicati sulla rivista Scienza Oggi spiego come la fusione del lignaggio verticale e del trasferimento genico orizzontale può essere utilizzata per dedurre la radice dell’albero batterico e la natura dell’ultimo antenato comune dei batteri.

I batteri sono costituiti da una gamma molto diversificata di organismi unicellulari che possono essere trovati quasi ovunque sulla Terra. Tutti i batteri sono correlati tra loro e derivano da una cellula batterica progenitrice comune. Fino ad ora, la forma e la posizione dell’albero batterico della vita sono state contestate, ma sono essenziali per far luce sullo sviluppo iniziale della vita sul nostro pianeta.

Come nelle piante e negli animali, i genomi batterici ospitano molti geni diversi. Tuttavia, i geni batterici non vengono solo ereditati verticalmente da madre a figlia, ma anche scambiati orizzontalmente tra membri lontani della famiglia. Tra le sue numerose funzioni, il coinvolgimento genetico orizzontale porta alla rapida diffusione della resistenza agli antibiotici tra i batteri patogeni.

La combinazione di origine verticale e orizzontale complica il nostro modo di pensare alle relazioni evolutive tra i batteri, essendo il primo meglio rappresentato come un albero e il secondo come una rete. Il team ha utilizzato metodi genetici che consideravano simultaneamente la trasmissione verticale e orizzontale dei geni e ha scoperto che i geni, in media, viaggiano verticalmente per due terzi del tempo, indicando che l’albero fornisce un quadro significativo per spiegare l’evoluzione batterica.

Il coautore Phil Hugenholtz, dell’Università del Queensland, in Australia, ha osservato: “Per anni l’evoluzione verticale e orizzontale sono state viste come avversarie dei ricercatori che spesso cadono in un albero o in un campo di rete. Spieghiamo qui che possono essere studiate insieme per affrontare alcune delle domande più problematiche nella prima evoluzione “.

“La sovrapposizione del movimento orizzontale dei geni sull’albero della ‘specie’ verticale ci ha permesso di determinare la radice dell’albero più probabile e il contenuto genetico dell’ultimo antenato batterico comune (LBCA)”. Spiega il coautore Gergely Szöllősi, all’Università Eötvös Loránd, Ungheria.

L’analisi prevede una radice tra due gruppi principali, Terrabacteria (spesso batteri a membrana singola come Bacillus) e Gracilicutes (spesso batteri a doppia membrana come E. coli). Ciò contrasta con le recenti proposte che collocano un Phyla Radiation Filter (CPR) alla base dell’albero. La RCP è un batterio estremamente piccolo e insolito che si affida ad altre cellule ospiti per sopravvivere.

“Le nostre analisi indicano che la RCP è membro di Terrabacteria e una sorella del Chloroflexota che vive liberamente, il che significa che la dipendenza dell’ospite dai batteri della RCP è un tratto derivato piuttosto che un tratto ancestrale”, ha detto la coautrice Anja Spang, del Royal Netherlands Institute of Sea Research (NIOZ) nei Paesi Bassi.

Gli autori ipotizzano che LBCA fosse più complesso di quanto si pensasse in precedenza, poiché aveva una cellula a doppia membrana in grado di nuotare, rilevare il suo ambiente e difendersi dai virus.

Dr. Williams Ha spiegato: “I batteri possono avere una o due membrane cellulari e una delle grandi domande nello sviluppo iniziale è come questi due tipi di cellule si relazionano tra loro. La nostra analisi indica che l’antenato comune di tutti i batteri viventi aveva già due membrane, quindi la domanda ora è come. “” Le cellule a membrana singola apparentemente più semplici si sono evolute da cellule a doppia membrana e quanto spesso è successo durante l’evoluzione. Crediamo che il nostro approccio all’integrazione del trasferimento genico verticale e orizzontale prometta di rispondere a questa domanda e molte altre questioni aperte nella biologia evolutiva “.

carta:

“Root Evolution Solves Early Bacterial Evolution”, di Coleman GA, Daven AA, Mahinderragah T, Spang A, Hugenholtz B, Szulse JG e Williams T.A. pubblicato su Science.