Gli scienziati hanno scoperto un processo di riproduzione sessuale nelle microalghe che le aiuta a comprendere meglio l'evoluzione delle alghe e delle piante. Credito:Shunsuke Hirooka e Shin-ya Miyagishima, Istituto Nazionale di Genetica, ROIS
Gli scienziati hanno scoperto un processo di riproduzione sessuale nelle microalghe che li aiuta a comprendere meglio l'evoluzione delle alghe e delle piante. La loro scoperta potrebbe portare a nuove applicazioni industriali per le microalghe, che vanno dal trattamento delle acque reflue alla produzione di ingredienti alimentari e pigmenti.
Il team di ricerca giapponese ha pubblicato i propri risultati negli Proceedings of the National Academy of Sciences la settimana del 3 ottobre 2022.
Il team ha condotto i propri studi sulla Galdieria, una specie unicellulare di microalghe rosse che si trova nelle sorgenti termali di acido solforico in tutto il mondo e dovrebbe essere un'importante fonte di nutrimento per l'uomo. Le microalghe possiedono un'elevata capacità di fissazione dell'anidride carbonica. Questa fissazione è il processo mediante il quale l'anidride carbonica viene trasformata in composti organici. La capacità di fissazione delle microalghe è superiore a quella delle piante e le microalghe contengono concentrazioni più elevate di proteine, vitamine e pigmenti. Negli ultimi anni, ricercatori e aziende hanno lavorato per sviluppare la Galdieria in rapida crescita come fonte industriale di vitamine e pigmenti.
Galdieria è abbastanza versatile, in grado di produrre la propria energia attraverso la fotosintesi, utilizzando luce e anidride carbonica. Utilizza un mix di diverse fonti di energia e carbonio e ottiene i suoi nutrienti consumando zuccheri extracellulari o alcoli di zucchero. La Galdieria è anche in grado di tollerare livelli più elevati di sale e metalli pesanti rispetto a molte altre microalghe. Eppure la dimensione del genoma di Galdieria è molto piccola.
A causa della versatilità di Galdieria, gli scienziati lo considerano un sistema emergente per applicazioni biotecnologiche. Tuttavia, poiché la Galdieria è circondata da una parete cellulare spessa e rigida, richiede un'elaborazione fisica ad alta intensità energetica per estrarre il suo contenuto cellulare. La parete cellulare ostacola anche la modifica genetica della Galdieria.
Durante la loro ricerca, il team ha appreso che la forma nota di Galdieria con pareti cellulari è un diploide, un tipo di cellule che contengono due set completi di cromosomi. Tuttavia, quando questi diploidi sono esposti a un ambiente specifico, viene prodotto un aploide senza parete cellulare e l'aploide senza parete contiene solo un set di cromosomi.
Per promuovere la loro ricerca, il team è riuscito a propagare stabilmente l'aploide senza parete cellulare e a riconvertire l'aploide in un diploide. "Così, abbiamo scoperto un processo di riproduzione sessuale nelle microalghe emerso all'inizio dell'evoluzione delle alghe e delle piante", ha affermato Shunsuke Hirooka, assistente professore del progetto presso l'Istituto nazionale di genetica, Giappone
"Abbiamo sviluppato con successo una tecnica di modificazione genetica per Galderia utilizzando l'aploide senza parete cellulare. La procedura consente di generare linee di 'autoclonazione' che non contengono alcuna sequenza di DNA eterologo per uso industriale. Ad esempio, siamo riusciti a generare alghe di colore blu (il blu è il colore della ficocianina, che è usato come colorante blu naturale in alcuni prodotti alimentari), che non esiste naturalmente", ha affermato Shin-ya Miyagishima, professore presso l'Istituto nazionale di genetica, Giappone.
I risultati del team sono significativi perché sebbene la riproduzione sessuale si trovi anche in alcune alghe unicellulari, gli antenati delle piante, la riproduzione sessuale non è mai stata trovata in molte alghe unicellulari emerse all'inizio dell'evoluzione. "Si presume che queste alghe unicellulari proliferino solo per divisione cellulare, o riproduzione asessuata, e l'origine e il processo evolutivo della riproduzione sessuale nelle alghe e nelle piante non sono stati chiari", ha affermato Hirooka.
Guardando al futuro, i ricercatori ritengono che le loro scoperte aiuteranno a chiarire ulteriormente il processo evolutivo e l'origine della riproduzione sessuale nelle alghe e nelle piante. Le scoperte del team hanno il potenziale per sbloccare interessanti usi futuri della microalga Galdieria.
"L'aploide scoperto in questo studio ha lo stesso potenziale di crescita del diploide e il suo contenuto può essere facilmente estratto e modificato geneticamente, il che facilita l'uso industriale della Galdieria e si prevede creerà forme avanzate di utilizzo delle microalghe, come il vaccino contenente nutrire utilizzando alghe che esprimono proteine virali come antigeni", ha detto Miyagishima. + Esplora ulteriormente
