Cos'è un mitogenoma?

Il DNA si trova nel nucleo delle cellule e anche nel genoma mitocondriale, o mitogenoma. I mitogenomi sono molecole di DNA che fluttuano all'esterno del nucleo di una cellula. Memorizzano il proprio insieme di informazioni genetiche e vengono ereditati per via materna, il che significa che vengono trasmessi solo dalla madre alla prole.

I mitogenomi sono una "cattura accessoria genomica" quando si sequenzia l'intero genoma. Sono così abbondanti nelle cellule che è molto facile estrarli.

Lo studio dei mitogenomi è un modo affidabile per tracciare l'ascendenza di una specie. Questo perché i geni mutano (cambiano) a un ritmo regolare nel tempo. I cambiamenti nel mitogenoma forniscono un quadro dell'evoluzione del leopardo nel corso di centinaia di migliaia di anni.

Come si testa il mitogenoma di un leopardo?

Abbiamo prelevato campioni di tessuto da nove leopardi di Mpumalanga, in Sud Africa, che erano stati investiti dalle auto e uccisi. Questo purtroppo accade ancora spesso. Nelle aree non protette, le uccisioni stradali rappresentano tutta la mortalità accidentale dei leopardi.

I campioni sono stati portati al laboratorio Wildlife Genomics dell'Università di Johannesburg e conservati a -20°C prima dell'estrazione del DNA.

Per recuperare il mitogenoma, abbiamo sequenziato l'intero genoma nucleare. Quando gli scienziati sequenziano un intero genoma nucleare, ciò consente loro di scoprire contemporaneamente la sequenza del DNA di ogni gene nel genoma di un organismo. Questo ci permette quindi di capire per cosa codificano esattamente questi geni. Ad esempio, nei leopardi rossi abbiamo trovato il gene e la mutazione che causa il colore rosso. Siamo anche riusciti a determinare quali geni ereditari possono causare difetti di salute nel leopardo rosso. Potremmo usare la stessa tecnica per trovare i geni che rendono unici i due cladi (gruppi di leopardi imparentati) o che si adattano meglio agli ambienti locali.

Dopo aver estratto i mitogenomi dai dati, li abbiamo assemblati e allineati a un genoma di riferimento, che contiene già le posizioni esatte di tutti i geni. Il genoma di riferimento era quello precedentemente sequenziato e archiviato in un database online, Genbank, che raccoglie tutte le sequenze di DNA disponibili al pubblico.

Abbiamo quindi scaricato molti altri mitogenomi dai database online, forniti da studi precedenti, per confrontare i nostri campioni provenienti dal Sud Africa con il resto del continente.

In questo modo, siamo stati in grado di scoprire come le mutazioni avvenute nel tempo sono state ordinate nello spazio geografico. Alcuni campioni provenivano da musei di storia naturale, raccolti fino a 150 anni fa. Rappresentavano la struttura genetica dei leopardi prima che i loro habitat venissero distrutti dagli esseri umani.

Cosa hai trovato?

Abbiamo scoperto che i leopardi sudafricani provenivano da due cladi (o sottofamiglie) unici che furono trovati nell’Africa meridionale e centrale circa 0,8 milioni di anni fa. È probabile che questi cladi abbiano avuto origine durante il Pleistocene medio, un periodo compreso tra 1,6 milioni e 0,52 milioni di anni fa, quando il mondo conobbe un clima instabile.

Siamo stati in grado di stabilirlo misurando la linea temporale evolutiva, cioè le date in cui le specie di leopardo si sono differenziate rispetto ai genomi del leopardo eurasiatico esistenti, così come ai genomi del leone e della tigre. Ricerche precedenti avevano già dimostrato quando questi animali divergevano gli uni dagli altri.

Nell’Africa sub-sahariana, il Pleistocene, spesso definito era glaciale, fu caratterizzato da cicli freddi e secchi alternati a climi caldi e umidi. Ciò ha cambiato drasticamente il paesaggio del continente africano, portando a ripetute espansioni e contrazioni delle praterie della savana.

Di conseguenza, animali come i leopardi furono costretti a spostarsi, alla ricerca di praterie dove avrebbero trovato le loro prede. Durante i periodi di siccità, le popolazioni animali si isolavano le une dalle altre mentre i deserti prendevano il sopravvento sulle praterie, diventando una barriera che teneva separati i leopardi.

Una volta separate le popolazioni di leopardi, i loro geni hanno iniziato a differenziarsi nel tempo.

Lo stesso tipo di movimenti di leopardi avviene ancora oggi in Sud Africa. Principalmente i giovani maschi possono camminare fino a 300 chilometri lontano dalle loro case, alla ricerca di nuovi territori. Quando lo trovano, si mescolano con i leopardi di altre parti dell'Africa. Non servono molti leopardi per diversificare i geni di una popolazione. Alla fine, le popolazioni si connettono nel tempo e nello spazio.

Perché è importante

Questa è la prima volta che i mitogenomi del leopardo del Sud Africa vengono messi insieme. Ci ha permesso di classificare correttamente questi leopardi per la prima volta. Ciò è utile perché può aiutare con ulteriori ricerche su come si sono evoluti i leopardi. Sapere in che modo una moderna popolazione di leopardi è collegata alle popolazioni antiche e i percorsi geografici che potrebbero aver intrapreso per raggiungere questo punto aiuta negli sforzi di conservazione.

Oggi, nell’ambito della conservazione, i leopardi devono spesso essere allontanati (traslocati) per evitare conflitti con gli esseri umani in aree in cui i gatti potrebbero entrare in contatto con il bestiame e mangiarlo. È importante sapere quali animali sono geneticamente diversi in modo da poter mantenere questa diversità su vaste aree. Quando gli animali sono geneticamente diversi, hanno maggiori possibilità di sopravvivere alle epidemie.

Uno degli aspetti più importanti del nostro studio è stato scoprire che, sebbene i cladi del leopardo possano essersi evoluti separatamente, fanno parte della stessa metapopolazione interconnessa che si estende attraverso l'Africa meridionale e possono essere conservati allo stesso modo.