Gene batterico permette alle alghe marine di adottare una dieta eterotrofica

Roma –  Alcune diatomee, o alghe marine, del genere Nitzschia, hanno abbandonato la fotosintesi grazie all’acquisizione di un gene batterico responsabile della degradazione dell’alginato, un polisaccaride strutturale delle alghe brune. Lo rivela uno studio condotto dal Temasek Life Sciences Laboratory, Singapore, pubblicato su PLOS Biology. La ricerca mostra che questo adattamento metabolico, derivato da trasferimento genico orizzontale, ha consentito a queste microalghe di sfruttare una nuova nicchia ecologica come eterotrofi obbligati, consumando carboidrati direttamente dall’ambiente. La ricerca, condotta attraverso sequenziamento genomico e analisi evolutive, getta luce sui meccanismi genetici alla base delle radiazioni adattative nelle diatomee. Le diatomee, microalghe fotosintetiche con un ruolo chiave nei cicli biogeochimici globali, mostrano una sorprendente diversità metabolica. Tuttavia, alcune specie del genere Nitzschia hanno evoluto un fenotipo eterotrofo, perdendo la clorofilla e la capacità fotosintetica. La scoperta di un gene batterico codificante per un’alginato liasi nel genoma di Nitzschia sing1 spiega come queste diatomee possano metabolizzare l’alginato, polimero abbondante nelle pareti cellulari delle alghe brune. La squadra di ricerca ha sequenziato il genoma di N. sing1 utilizzando tecnologie di ultima generazione, identificando la presenza di geni per enzimi degradativi di origine batterica. L’analisi filogenetica ha ricostruito l’origine del gene dell’alginato liasi, mentre esperimenti di espressione genica e test biochimici hanno conferito la sua attività enzimatica. Modelli evolutivi hanno tracciato le duplicazioni geniche e le mutazioni successive che hanno ottimizzato la funzione dell’enzima. Il gene aly per l’alginato liasi è stato trasferito da batteri marini a un antenato di N. sing1, integrato nel genoma nucleare tramite trasferimento orizzontale. Il gene originale ha subito tre duplicazioni, con copie mutate che hanno ampliato la specificità dell’enzima verso diverse conformazioni dell’alginato. Le diatomee non fotosintetiche colonizzano le zone intertidali, dove degradano l’alginato delle alghe brune in monosaccaridi assimilabili, sostituendo completamente la fotosintesi. L’evoluzione convergente di vie metaboliche per l’acquisizione del carbonio in diatomee eterotrofe sottolinea la plasticità genomica di questi organismi, favorita da interazioni storiche con batteri e alghe. Lo studio dimostra come l’acquisizione di geni batterici possa ridefinire il metabolismo di eucarioti marini, guidando l’occupazione di nicchie ecologiche inedite. La scoperta ha implicazioni per la comprensione dei flussi di carbonio negli ecosistemi costieri e offre modelli per applicazioni biotecnologiche nella degradazione di biopolimeri complessi. (30Science.com)