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Evoluzione e biologia mitocondriale di organismi marini

Docenti e ricercatori di riferimento

Marco Passamonti

I mitocondri sono una componente fondamentale della cellula eucariote. Tuttavia, le informazioni che abbiamo sulla loro biologia e funzione si stanno rivelando in gran parte incomplete. Negli animali, il DNA mitocondriale (mtDNA) è una molecola molto compatta e densa di geni, con poche e brevi regioni intergeniche (tranne la regione di controllo, che generalmente è più grande). Per questo motivo si è sempre pensato che nel genoma mitocondriale ci fosse poco spazio per altre funzioni, oltre a quelle collegate alla produzione di energia. Recentemente, molte evidenze mostrano che in realtà questa è una visione troppo semplicistica, e che il genoma mitocondriale può svolgere numerose altre funzioni, collegate a molti aspetti della biologia della cellula eucariote.

R. philippinarum, la vongola verace filippina, è particolarmente interessante per gli studi sulla biologia mitocondriale, perché presenta la Doppia Eredità Uniparentale (Doubly Uniparental Inheritance, DUI), un insolito meccanismo di eredità dei mitocondri che finora è stato osservato solo in alcune specie di molluschi bivalvi. I bivalvi con la DUI hanno due linee di mitocondri, una trasmessa attraverso le uova (mitocondri F), l'altra attraverso gli spermatozoi (mitocondri M). La DUI è la più notevole eccezione alla regola, pressoché assoluta, che vede i mitocondri ereditati solo per via materna (eredità matrilineare). Nelle specie di bivalvi con la DUI, infatti, dopo la fecondazione, l'embrione presenta entrambi i mitocondri F ed M, ma solo i maschi mantengono questa condizione fino allo stadio adulto, sebbene trasmettano solamente l’M con gli spermatozoi. Al contrario, nelle femmine adulte i mitocondri M vengono degradati (o diluiti al di sotto dei limiti di rilevazione), e di conseguenza queste trasmettono solo i mitocondri F con le uova.

Esistono prove sia molecolari che filogenetiche che la DUI si sia evoluta come una modifica dell'eredità matrilineare tipica dei mitocondri. Grazie alle sue insolite caratteristiche, la DUI è un prezioso modello sperimentale per far luce sull'eredità e biogenesi dei mitocondri e, soprattutto, sulla relazione tra mitocondri e linea germinale. Inoltre, la DUI è molto utile per lo studio dell'eteroplasmia mitocondriale e sulle conseguenze che essa ha sulla bioenergetica di queste specie di bivalvi. Infine può fare luce su due processi evolutivi fondamentali nell’evoluzione del genoma eucariote, i conflitti genomici e la coevoluzione nucleo-mitocondrio.