Lavorando con un team internazionale di allevatori e scienziati del genoma, i biologi vegetali dell'Università della Georgia hanno sequenziato il genoma degli asparagi da giardino come modello per l'evoluzione dei cromosomi sessuali. Il lavoro fa luce su questioni di vecchia data sull'origine e la prima evoluzione dei cromosomi sessuali, e allo stesso tempo funge da base per gli sforzi di allevamento degli asparagi.

La loro ricerca, la prima conferma dei primi modelli su come i cromosomi sessuali divergono all'interno della stessa specie, è stato pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura .

Mentre la maggior parte delle piante da fiore sono ermafroditi, le piante di asparagi da giardino sono tipicamente maschi (XY) o femmine (XX), anche se YY "supermaschi" possono essere prodotti in serra. I coltivatori preferiscono piante completamente maschili, poiché vivono più a lungo e non si auto-seminano. Gli allevatori producono semi XY interamente maschili incrociando una femmina XX, con un superuomo YY. Fino ad ora le differenze tra i cromosomi X e Y degli asparagi non erano state comprese e gli allevatori non erano in grado di distinguere i maschi XY dai supermaschi YY senza incroci di prova che richiedevano molto tempo.

"Una delle cose che siamo stati in grado di fare abbastanza presto nella nostra collaborazione è stata identificare i marcatori genetici che hanno permesso agli allevatori di distinguere in modo efficiente i maschi XY dai maschi YY e quindi utilizzare quei maschi YY per produrre semi esclusivamente maschili, " disse Jim Leebens-Mack, professore di biologia vegetale e autore senior dello studio.

La comprensione della variazione genetica nelle piante che consente i maschi XY e YY è stata avanzata mediante l'identificazione dei geni che determinano il sesso, che apre la strada a uno sviluppo e una produzione più efficienti di preziose piante ibride di asparagi.

"Oltre a una più rapida identificazione dei genotipi sessuali, i nostri collaboratori sono ora in grado di manipolare il cromosoma Y dell'asparago per convertire i maschi in femmine o ermafroditi. Nel futuro prossimo, gli allevatori saranno in grado di attraversare tutte le linee che vogliono, senza dover cercare all'interno di una linea particolare per la femmina che ha un insieme di caratteristiche, e in un'altra linea per un maschio con tratti complementari, "Ha detto Leebens-Mack.

Le domande sulla grande diversità dei sistemi sessuali nelle piante risalgono a Charles Darwin, e un modello a due geni per l'origine dei cromosomi sessuali è stato coniato dal genetista danese Mogens Westergaard all'inizio del XX secolo. Ma la teoria era impossibile da testare attraverso l'analisi dei cromosomi sessuali umani e dei mammiferi, dove la divergenza dei cromosomi X e Y è avvenuta decine di milioni fa.

Piante da fiore come gli asparagi, però, hanno origini più recenti di sessi separati e cromosomi sessuali, presentando un'opportunità ideale per testare il modello a due geni di Westergaard e allo stesso tempo aiutare i programmi di selezione delle colture.

I ricercatori hanno scoperto che, come previsto da Westergaard e altri, il collegamento di un gene necessario per la funzione maschile con un gene che blocca lo sviluppo degli organi femminili su una piccola porzione del cromosoma Y è stato il punto di partenza per l'evoluzione dei cromosomi sessuali degli asparagi.

"Negli ultimi cento anni, i biologi evoluzionisti hanno ipotizzato diversi modi in cui una normale coppia di cromosomi può evolvere in una coppia X e Y che determina il sesso, "ha detto Alex Harkess, ex studente di dottorato nel laboratorio Leebens-Mack e autore principale dello studio. "Il nostro lavoro conferma una di queste ipotesi, dimostrando che una coppia di cromosomi sessuali può evolvere per mutazioni in soli due geni, uno che influenza lo sviluppo del polline (maschile), e uno che influenza lo sviluppo del pistillo (femmina)."

"Gli allevatori hanno sognato per decenni di manipolare la determinazione del sesso negli asparagi da giardino, " ha affermato il coautore Ron van der Hulst della società di allevamento Limgroup nei Paesi Bassi. "L'identificazione dei geni di determinazione del sesso negli asparagi ci consentirà ora di produrre piante con maschio, fiori femminili e bisessuali, e accelerare notevolmente lo sviluppo di linee consanguinee per produrre semi ibridi d'élite".

Il coautore e allevatore italiano di asparagi Agostino Falavigna ha anche osservato che il genoma di riferimento per gli asparagi da giardino consentirà a lui e ad altri allevatori di utilizzare in modo più efficiente i parenti selvatici come fonti di geni che potrebbero aumentare la resistenza alle malattie, qualità della lancia, gusto, aroma e contenuto di antiossidanti.