Tilapia Nilo Abbassa: Decifrati i Cromosomi Sessuali per un’Acquacoltura da Oscar!

Amici appassionati di scienza e, perché no, di buona tavola! Oggi vi porto con me in un’avventura scientifica che ha del rivoluzionario, specialmente se siete interessati a come la ricerca possa migliorare concretamente la produzione alimentare. Parliamo di un pesce che forse conoscete bene, la Tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus), una vera star dell’acquacoltura mondiale. Ma non una Tilapia qualsiasi: ci tufferemo nei segreti genetici della varietà Abbassa, un ceppo “d’élite” geneticamente migliorato.

Sì, avete capito bene, “geneticamente migliorato”. Pensate a come per secoli abbiamo selezionato le piante e gli animali migliori per l’agricoltura e l’allevamento. Ecco, con la Tilapia si fa qualcosa di simile, ma con strumenti molto più sofisticati! Il successo di questo pesce in acquacoltura è dovuto proprio a continui programmi di selezione che mirano a ottenere esemplari super performanti. Questi ceppi “VIP” spesso nascono da incroci tra popolazioni di origini diverse e persino con altre specie del genere Oreochromis. Un vero e proprio melting pot genetico!

Il Problema dei Genomi “Standard”

Ora, immaginate di avere una mappa del tesoro. Se la mappa è vecchia o si riferisce a un’isola completamente diversa, difficilmente troverete l’oro, giusto? Ecco, per i genetisti, il genoma è la mappa del tesoro. Esistono già genomi di riferimento per la Tilapia del Nilo selvatica, ma questi sono spesso inadatti per studiare i ceppi d’acquacoltura come l’Abbassa. Perché? Perché la storia evolutiva di ogni ceppo migliorato è unica e complessa. È come confrontare un lupo selvatico con un Labrador super addestrato: entrambi cani, ma con storie e “specializzazioni” genetiche ben diverse.

Per esempio, in un altro ceppo famoso, il GIFT (Genetically Improved Farmed Tilapia), abbiamo scoperto una significativa “contaminazione” – o meglio, introgressione – da parte di un’altra specie, O. mossambicus. Pensate, oltre 11 milioni di basi di DNA “estraneo” con ben 283 geni! Anche per il nostro protagonista, il ceppo Abbassa, si sapeva di una possibile introgressione da parte di O. aureus, ma nessuno ne conosceva l’entità.

Un altro bel rompicapo riguarda la determinazione del sesso. Nella Tilapia del Nilo, i geni che decidono se un pesce sarà maschio o femmina possono trovarsi su diversi gruppi di geni (chiamati gruppi di linkage o LG). Nel ceppo di riferimento “standard”, questi geni sono su LG1, mentre nel ceppo GIFT sono su LG23. Capite bene che usare il genoma standard per studiare la determinazione del sesso nel GIFT (e potenzialmente nell’Abbassa) sarebbe come cercare le chiavi di casa nel frigorifero!

La Missione: Creare un Genoma su Misura per l’Abbassa

Ed è qui che entriamo in gioco noi, o meglio, il team di ricercatori che ha affrontato questa sfida. L’obiettivo? Creare un assemblaggio del genoma e un’annotazione di altissima qualità specifici per il ceppo Abbassa. Questo è fondamentale per poter applicare la selezione genomica, una tecnica che permette di scegliere i riproduttori migliori basandosi sull’intero loro DNA, accelerando il miglioramento di caratteristiche come la crescita o la resistenza alle malattie e ai cambiamenti climatici (pensate all’aumento delle temperature o della salinità).

Per farlo, abbiamo utilizzato un maschio del ceppo Abbassa e tecnologie di sequenziamento all’avanguardia come PacBio HiFi (per letture lunghe e precise del DNA) e Omni-C Illumina (per capire come i pezzi del DNA sono organizzati tridimensionalmente). Immaginate di dover ricostruire un puzzle gigantesco con milioni di pezzi: le letture lunghe ci danno pezzi più grandi, mentre l’Omni-C ci aiuta a capire come questi pezzi si incastrano correttamente per formare l’immagine completa.

Il risultato? Un genoma assemblato per l’Abbassa di 1.095 miliardi di paia di basi (Gb), leggermente più grande di quello di riferimento UMD (1.01 Gb) e del GIFT (1.07 Gb), ma contenuto in un numero inferiore di “super-pezzi” (scaffold). La qualità è testimoniata anche dall’elevata percentuale di geni “sentinella” (chiamati BUSCO) che abbiamo ritrovato: il 95.8%, un valore simile a quello del GIFT e dell’UMD. Abbiamo anche identificato ben 40.301 modelli genici, un numero superiore rispetto agli altri genomi, probabilmente grazie alle tecnologie più avanzate usate per l’analisi dei trascritti (le “copie di lavoro” dei geni).

Introgressione da O. aureus: Un Cocktail Genetico Confermato

Una volta ottenuto questo genoma “su misura”, siamo andati a caccia delle tracce di O. aureus. Utilizzando analisi sofisticate (come la f-branch e TWISST), abbiamo confermato l’introgressione! Abbiamo trovato regioni nel genoma dell’Abbassa che assomigliano di più a quelle di O. aureus che a quelle della Tilapia del Nilo “pura”. Queste regioni introgressa coprono circa 40.94 milioni di paia di basi. Questo non solo riflette la stretta parentela tra O. niloticus e O. aureus, ma conferma anche gli eventi di incrocio avvenuti durante la creazione del ceppo Abbassa. È come scoprire che nel vostro albero genealogico c’è un lontano cugino di un’altra nazionalità che ha lasciato un’impronta significativa!

Curiosamente, alcune parti del genoma, specialmente quelle corrispondenti al mega-gruppo di linkage LG3 (noto per essere ricco di sequenze ripetute e per una antica fusione cromosomica), mostrano una notevole discordanza filogenetica. Questa complessità strutturale potrebbe spiegare le difficoltà di mappatura e le discrepanze osservate in queste zone.

La Grande Scoperta: I Cromosomi X e Y dell’Abbassa

Ma il vero colpo di scena, amici, è arrivato quando abbiamo analizzato il gruppo di linkage LG23. Sia l’Abbassa che il GIFT mostrano una buona continuità in questa regione, a differenza del genoma di riferimento UMD. E perché LG23 è così interessante? Perché nel ceppo GIFT, i geni su LG23 sono associati alla determinazione del sesso!

Ebbene sì, analizzando il genoma dell’Abbassa, abbiamo confermato la presenza del gene amh (Anti-Müllerian Hormone) e dei suoi “duplicati speciali” legati al sesso maschile, amhY e amhΔY, proprio su LG23. Questi sono gli stessi attori genetici identificati nel ceppo GIFT. Questo significa che, con ogni probabilità, l’Abbassa condivide lo stesso sistema di determinazione del sesso del GIFT, e quindi differisce dal genoma di riferimento UMD, dove, come detto, i loci sessuali sono su LG1.

Abbiamo identificato tutte le variazioni genetiche precedentemente descritte nei loci amhY e amhΔY, inclusa una delezione di 5608 paia di basi nel promotore di amhY (la regione che ne regola l’accensione) associata alla determinazione del sesso maschile in diversi ceppi di Tilapia del Nilo. È come se avessimo trovato l’interruttore genetico che fa diventare un pesce maschio!

• Similitudini genetiche: Sia in Abbassa che in GIFT, amhY e amhΔY presentano molte variazioni conservate rispetto al gene amh presente sul cromosoma X.
• Differenze uniche: Esistono anche variazioni genetiche uniche tra i geni ortologhi delle due specie. Ad esempio, una singola variazione (SNP) nella regione 5′ UTR del gene amhΔY dell’Abbassa. Nel genoma Abbassa, la sequenza codificante di amhY è identica a quella del gene amh tranne per uno SNP nell’esone VII che cambia un amminoacido. Similmente, nel genoma GIFT, c’è uno SNP diverso nello stesso esone VII di amhY che porta a un diverso cambiamento amminoacidico.

Queste scoperte sottolineano ancora una volta quanto sia cruciale generare risorse genomiche specifiche per ogni ceppo se vogliamo applicare con successo la selezione genomica nell’allevamento della Tilapia.

Perché Tutto Questo è Importante?

Vi starete chiedendo: “Ok, affascinante, ma a cosa serve tutto ciò?”. Serve, eccome!
L’allevamento selettivo è stato un fattore chiave nello sviluppo dell’acquacoltura. Avere a disposizione assemblaggi genomici di alta qualità con annotazioni complete è il cuore pulsante per potenziare la selezione genomica di caratteri importanti. Non parliamo solo di far crescere i pesci più velocemente, ma anche di renderli più resilienti ai cambiamenti ambientali e più resistenti ai patogeni.

Il fatto che il genoma dell’Abbassa mostri grandi variazioni rispetto al riferimento UMD, sia in termini di contenuto genico (40.301 geni contro 33.162) sia per l’introgressione da O. aureus, ribadisce l’importanza di creare “mappe genetiche” specifiche per ogni ceppo.

Considerando il complesso sistema di determinazione del sesso nella Tilapia del Nilo (dove i maschi sono XY e il sesso è influenzato da fattori genetici ed ambientali), caratterizzare i loci genetici associati al sesso è vitale. La nostra identificazione di amhY e amhΔY sullo scaffold dell’Abbassa omologo a LG23 del GIFT, e la condivisione di delezioni chiave associate alla mascolinità, suggerisce fortemente che l’Abbassa e il GIFT usano lo stesso “manuale genetico” per decidere il sesso.

Sebbene non abbiamo fatto analisi di associazione diretta per confermare il ruolo di questi loci nella determinazione del sesso nell’Abbassa, l’alta identità di sequenza con il GIFT (dove il legame è stato provato) è un indizio molto forte. È probabile che amhY e le sue copie siano i geni candidati per la determinazione del sesso maschile nel ceppo Abbassa. Chiaramente, serviranno ulteriori indagini per confermare se le variazioni genetiche identificate siano direttamente responsabili delle alterazioni nell’espressione di amh e amhY durante questo processo cruciale.

In conclusione, amici, questo lavoro non è solo un esercizio accademico. È un passo concreto verso un’acquacoltura più efficiente, sostenibile e capace di rispondere alle sfide del futuro. Avere una mappa genetica dettagliata e specifica per il ceppo Abbassa è come dare agli allevatori una bussola super precisa per navigare verso pesci sempre migliori! E chissà, la prossima volta che gusterete una Tilapia, potreste pensare a tutto l’incredibile lavoro di “decifrazione” genetica che c’è dietro!

Fonte: Springer