Commelinaceae: Il Nostro Incredibile Viaggio nel Tempo per Svelarne Origini e Migrazioni!

Ciao a tutti, appassionati di piante e misteri evolutivi! Oggi voglio portarvi con me in un’avventura scientifica affascinante, un viaggio indietro nel tempo, fino all’era dei dinosauri, per scoprire la storia di una famiglia di piante davvero speciale: le Commelinaceae. Forse le conoscete come “erba miseria” o “fiori del giorno”, quelle piantine spesso succulente, con fiori delicati che durano poche ore, ma la cui storia è tutt’altro che effimera!

Da tempo, noi scienziati ci interrogavamo sulle relazioni interne a questa grande famiglia (parliamo di circa 36 generi e 810 specie!) e, soprattutto, sulla loro origine geografica. Le Commelinaceae si trovano un po’ ovunque nelle regioni tropicali e subtropicali del globo, ma da dove sono partite? E come hanno fatto a raggiungere luoghi così distanti? Le risposte erano avvolte nella nebbia, un po’ per la grande varietà di forme che queste piante assumono, un po’ perché gli studi precedenti si basavano su dati genetici limitati.

La Nostra Missione: Decifrare il DNA Antico

Ecco dove entriamo in gioco noi! Armati delle più moderne tecnologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS), abbiamo deciso di guardare dentro il “cuore genetico” di queste piante, analizzando il loro plastoma. Cos’è il plastoma? Immaginatelo come un secondo genoma, più piccolo di quello principale nel nucleo, contenuto nei plastidi (come i cloroplasti, quelli della fotosintesi). È fantastico per gli studi evolutivi perché è relativamente piccolo, abbastanza conservato da permettere confronti tra specie diverse, ma abbastanza variabile da raccontarci storie di cambiamenti avvenuti nel tempo.

Abbiamo assemblato dodici nuovi plastomi di Commelinaceae, includendo anche rappresentanti di sottofamiglie meno studiate, e li abbiamo confrontati con quelli già disponibili e con dati grezzi (SRA) recuperati da archivi pubblici. In totale, abbiamo messo insieme un puzzle genetico basato su 79 geni codificanti per proteine presenti nel plastoma di decine di specie. L’obiettivo? Ricostruire l’albero genealogico più accurato possibile e usarlo per tracciare le rotte migratorie di queste piante attraverso i continenti e le ere geologiche.

Scoperte nel Genoma: Indizi Nascosti nel DNA

Analizzando questi genomi, abbiamo fatto scoperte interessanti sulla loro stessa struttura. Ad esempio, abbiamo notato che in quasi tutte le specie della sottofamiglia Commelinoideae (la più grande), due geni chiamati accD e rpoA sono un po’ più corti del normale. Niente paura, abbiamo verificato e sembrano funzionare ancora perfettamente! È come se avessero subito una piccola “sforbiciata” evolutiva che però non ne ha compromesso il ruolo essenziale per la sopravvivenza della cellula e la fotosintesi. Al contrario, le specie della sottofamiglia Cartonematoideae, più “primitive”, hanno mantenuto le versioni complete di questi geni.

Non solo! Abbiamo trovato altri eventi genetici curiosi:

• Inversioni: In alcune specie, come Floscopa scandens o quelle del genere Cyanotis, interi pezzi di DNA nel plastoma si sono letteralmente capovolti! Questi eventi sono come delle firme genetiche che ci aiutano a capire i rapporti di parentela.
• Espansioni e Contrazioni delle Regioni IR: Il plastoma ha una struttura tipica con due copie di una regione chiamata “ripetizione invertita” (IR). Abbiamo visto che i confini di queste regioni si sono spostati in alcuni gruppi. Ad esempio, quasi tutte le Commelinoideae hanno due copie del gene rps19 a causa di un’espansione passata, mentre le Cartonematoideae ne hanno una sola. Addirittura, nel gruppo delle Commelineae (tranne un’eccezione), anche il gene rpl22 si è duplicato per un’ulteriore espansione della regione IR. Queste non sono solo curiosità tecniche, ma veri e propri marcatori evolutivi!

L’Albero Genealogico Rivisitato: Nuove parentele e Conferme

Armati di tutti questi dati genetici, abbiamo costruito un nuovo albero filogenetico, una sorta di albero genealogico super dettagliato delle Commelinaceae. I risultati sono stati illuminanti!

• Origini Basali: Abbiamo confermato che il genere Cartonema è uno dei lignaggi più antichi, separatosi per primo. Tuttavia, la sua relazione con Triceratella (entrambi precedentemente messi nella sottofamiglia Cartonematoideae) non è così stretta come si pensava morfologicamente. Questo mette in dubbio la monofilia di quel gruppo e suggerisce cautela prima di creare nuove sottofamiglie basate su dati ancora incompleti per Triceratella.
• Il Posto di Palisota: Questo genere dalla posizione incerta è stato finalmente collocato con forte supporto come “fratello” della tribù Commelineae. Un mistero risolto! La sua morfologia unica supporta anche il riconoscimento di una tribù tutta sua: Palisoteae.
• Famiglie Allargate: Nella tribù Commelineae, abbiamo visto che il genere Rhopalephora è in realtà annidato all’interno del genere Aneilema. Questo supporta l’idea di considerare Aneilema in senso più ampio, includendo anche Rhopalephora.
• Sottigliezze nelle Tradescantieae: Questa è la tribù più complessa. Abbiamo confermato la monofilia della sottotribù Streptoliriinae (quelle rampicanti!). Abbiamo anche visto che la sottotribù Coleotrypinae non è monofiletica, perché Amischotolype è più vicina a Cyanotis che a Coleotrype, suggerendo forse di unire queste sottotribù. Interessante notare che questi tre generi condividono anche delle grandi inversioni nel plastoma! La sottotribù Dichorisandrinae (tipica del Neotropico) è risultata monofiletica nel nostro studio basato sul plastoma, anche se morfologicamente è eterogenea e altri studi (soprattutto nucleari) hanno dato risultati diversi, portando alcuni a proporre una sottotribù separata (Cochliostematinae). Infine, la grande sottotribù Tradescantiinae (in senso lato, includendo anche le Thyrsantheminae) è stata confermata come gruppo monofiletico.

Il Viaggio Epico delle Commelinaceae: Da Gondwana al Mondo

Ma la parte forse più emozionante è stata ricostruire la storia biogeografica. Quando e dove sono nate le Commelinaceae? E come si sono sparse per il pianeta? Usando il nostro albero filogenetico calibrato con fossili e dati temporali da altri studi genomici, abbiamo stimato le date di divergenza e ricostruito le aree ancestrali.

La grande rivelazione: L’antenato comune di tutte le Commelinaceae è nato nella regione Australiana circa 104.8 milioni di anni fa (Mya), nel Cretaceo Inferiore! Questo conferma un’origine nel supercontinente Gondwana Orientale, quando Australia, Antartide e Sud America erano ancora in qualche modo connesse o vicine.

Da lì, è iniziato un viaggio incredibile, scandito da almeno quattro grandi eventi di dispersione intercontinentale, avvenuti ben dopo la frammentazione di Gondwana:

1. Dall’Australia all’Africa (Regione Etiopica) – circa 81.4 Mya: Questo primo grande salto ha probabilmente dato origine all’antenato della sottofamiglia Triceratelloideae e, successivamente, a quello delle Commelinoideae, il cui centro di diversificazione iniziale sembra essere proprio l’Africa.
2. Dall’Africa all’Asia/Europa (Regione Orientale + Paleartica) – circa 50.4 Mya: Un ramo delle Tradescantieae (gli antenati delle Streptoliriinae) ha intrapreso questo viaggio verso nord-est, segnando la prima comparsa nota in Eurasia.
3. Dall’Asia/Europa alle Americhe (Regione Neotropicale) – circa 50.4 Mya: Quasi contemporaneamente, un altro gruppo (gli antenati delle Dichorisandrinae e altre sottotribù) ha compiuto un’impressionante migrazione, probabilmente attraverso ponti terrestri come quello di Bering che collegavano i continenti settentrionali durante i periodi caldi come il Massimo Termico del Paleocene-Eocene (PETM). Questo spiega la presenza di molte Commelinaceae nel Nuovo Mondo.
4. Dalle Americhe di nuovo all’Africa – circa 32.3 Mya: Un ultimo, sorprendente viaggio di ritorno! Gli antenati della sottotribù Cyanotinae (in senso lato) sembrano essere migrati dal Neotropico all’Africa, probabilmente tramite dispersione a lunga distanza attraverso l’oceano.

Questi viaggi epici, avvenuti su scale temporali di milioni di anni, sono stati probabilmente influenzati dai grandi cambiamenti climatici e geologici del nostro pianeta, come l’apertura e la chiusura di ponti terrestri e le fluttuazioni delle temperature globali.

Un Puzzle Che Prende Forma

Il nostro studio, basato sull’analisi approfondita dei plastomi, non solo ha fatto luce sull’evoluzione genomica di questa affascinante famiglia (con le sue inversioni, geni accorciati e duplicazioni), ma ha anche fornito un quadro molto più chiaro delle loro relazioni filogenetiche e, soprattutto, ha corroborato la loro antica origine Est Gondwaniana e ricostruito le loro complesse migrazioni intercontinentali.

È incredibile come studiando il DNA possiamo ripercorrere viaggi avvenuti decine di milioni di anni fa! Questo lavoro getta basi solide per future revisioni tassonomiche all’interno delle Commelinaceae e ci aiuta a capire meglio come la biodiversità che vediamo oggi si sia formata attraverso processi evolutivi e biogeografici su larga scala. La storia delle Commelinaceae è una testimonianza della dinamicità della vita sulla Terra e delle incredibili capacità di adattamento e dispersione delle piante. E noi siamo entusiasti di aver contribuito a svelarne un altro capitolo!

Fonte: Springer