I genomi dei cloroplasti non sono «progetti fissi»
Con la signora Eranga Pawani Witharana come prima autrice, un gruppo di ricerca con sede nel nostro laboratorio ha rivelato che i genomi dei cloroplasti hanno subito un cambiamento strutturale lento ma continuo nel corso di decine di milioni di anni.
Informazioni sull’articolo di ricerca originale
Titolo: Ongoing structural changes highlight the dynamic nature of chloroplast genomes
Autori: Eranga Pawani Witharana, Nobuhiro Kotoda, Kiyohiko Seki, Shinji Fukuda & Yukio Nagano
Rivista: Nucleic Acids Research, Volume 54, Issue 4, gkag117
Pubblicato: February 24, 2026
DOI: 10.1093/nar/gkag117
Metriche della rivista: 2025 Journal Impact Factor: 15.0; 2025 5-year Journal Impact Factor: 17.6; JCR Biochemistry & Molecular Biology: 14/328; 2025 CiteScore: 29.8; Scopus Genetics: 5/357 (Top 1.4%); 2025 SNIP: 5.1 (ultimi indicatori pubblicati dall’editore a luglio 2026)
Tipo di articolo: Open Access
- Un'analisi di 28 specie di Aurantioideae ha rilevato eteroplasmia strutturale, ovvero la coesistenza di due genomi di cloroplasti strutturalmente distinti all'interno della stessa pianta.
- La ricombinazione mediata da brevi ripetizioni invertite genera una grande inversione di circa 22 kb.
- Le configurazioni genomiche alternative sembrano essere persistite sin dal Miocene inferiore, circa 12,1–28,2 milioni di anni fa.
- Lo studio presenta un flusso di lavoro pratico per rilevare anche configurazioni del genoma dei cloroplasti a bassa frequenza da dati standard di lettura breve.
Genomi dei cloroplasti ed eteroplasmia strutturale
Le cellule vegetali contengono un genoma indipendente nei cloroplasti oltre al nucleare DNA. Poiché i genomi dei cloroplasti sono relativamente piccoli e sono stati spesso trattati come strutturalmente stabili, sono ampiamente utilizzati negli studi sulla filogenesi e sull'evoluzione delle piante.
Il cloroplasto DNA si presenta con un numero di copie elevato all'interno di una cellula, mentre i loci nucleari hanno un numero di copie relativamente basso. Questa differenza può consentire la coesistenza di configurazioni alternative del genoma dei cloroplasti all'interno di un individuo anziché fissarle immediatamente. DNA nucleare non dovrebbe essere descritto come invariabilmente due copie per cellula perché la ploidia, il ciclo cellulare e lo stato dei tessuti possono alterare il numero di copie.
Cambiamento strutturale nel tempo evolutivo
Lo studio ha analizzato 28 specie di Aurantioideae e ha dimostrato che la ricombinazione omologa intramolecolare tra una coppia di brevi ripetizioni invertite (sIR) da 53 bp produce un'inversione di circa 22 kb nella regione della grande copia singola (LSC) del cloroplasto. La coesistenza di due configurazioni strutturali all'interno di un individuo è chiamata eteroplasmia strutturale.
Le due configurazioni furono mantenute in più specie per circa 12,1–28,2 milioni di anni, risalendo al Miocene inferiore. I modelli in cui un'isoforma minore è diventata dominante in alcuni lignaggi sono coerenti con un possibile ruolo nella deriva genetica. I risultati mostrano che l’evoluzione strutturale del plastoma è un processo continuo e graduale piuttosto che una successione di stati fissati istantaneamente.
Rilevamento di configurazioni di genomi rari
L'analisi ha rilevato letture accoppiate discordanti e letture soft-clipped che abbracciano punti di interruzione strutturali. La convalida PCR ha inoltre dimostrato che le configurazioni a bassa frequenza erano autentiche e non si limitavano a sequenziare o mappare artefatti.
Pubblicazione e copertura mediatica
- Saga University press release
- Kagoshima University press release(Japanese/English PDF)
- United Graduate School of Agricultural Sciences, pagina web dell'Università di Kagoshima
Sebbene non sia disponibile alcun articolo online, lo studio è stato pubblicato anche sul quotidiano Minami-Nippon il 20 aprile 2026.