Il DNA di una pannocchia di mais di 5.310 anni fa colma le lacune della storia

Il racconto dell’evoluzione del mais: ha percorso una lunga strada da quando era un’erba

[18 novembre 2016]

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Nello studio ” Genome Sequence of a 5,310-Year-Old Maize Cob Provides Insights into the Early Stages of Maize Domestication”, un team di ricercatori danesi e statunitensi ha pubblicato su Current Biology che ha sequenziato il genoma di una pannocchia di  mais di 5.310 anni fa, spiega che il mais coltivato nel Messico centrale, era geneticamente più simile al mais moderno rispetto al suo antenato selvatico. «Ad esempio – docono i ricercatori – l’antico mais aveva  già effettuatole  varianti genetiche responsabili dell’esistenza  dei kernel morbido, una caratteristica comune del mais moderno».

Nathan Wales del Centre for GeoGenetic dello Statens Naturhistoriske Museum della Københavns Universitet, spiega che «Circa 9000 prima del Messico moderno, la gente ha iniziato la raccolta e consumo di teosinte, un erba selvatica, Nel corso di diverse migliaia di anni, la selezione guidata dall’uomo ha  causato importanti cambiamenti fisici, trasformando la pianta improduttiva nel granturco moderno, comunemente noto come mais. Il mais come la conosciamo sembra così diverso dal suo antenato selvatico che un paio di decenni fa gli scienziati non aveva raggiunto un accordo per quanto riguarda il vero antenato del mais».

Per capire meglio la storia della domesticazione della  coltura più prodotta al mondo, Wales e i suoi colleghi dal museo di storia naturale della Danimarca, della Smithsonian Institution e dell’università della California – Davis hanno sequenziato il genoma di una pannocchia di  mais 5.310 anni, conosciuta come Tehuacan162, emersa negli anni ’60 durante gli scavi in una grotta nella valle di Tehuacán realizzati da  un’importante spedizione archeologica capeggiata da Richard MacNeish. Fortunatamente, il Robert S. Peabody Museum di Andove, nel Massachusetts, si è preso cura di quell’antico esemplare di mais,  uno dei 5 più antichi  del mondo.

Wales sottolinea che «Questa particolare pannocchia e il DNA al suo interno erano stati insolitamente ben conservato. Gli esemplari archeologici hanno spesso alti livelli di DNA batterico a causa della decomposizione e dei contaminanti del suolo. Tuttavia, durante i test genetici dell’antica pannocchia, , siamo stati sorpresi nello scoprire che il 70% del DNA dalla pannocchia Tehuacan162 era della  pianta!». La maggior parte degli altri campioni antichi contengono DNA della pianta inferiore al 10%.

I ricercatori danesi evidenziano che «Tehuacan162 non aveva tegumenti duri come aveva il suo antenato selvatico. Ma, l’antica pannocchia è meno di un decimo delle dimensioni delle pannocchie moderne: meno di due centimetri. Inoltre, l’antica pannocchia produceva solo 8 file di chicchi, circa la metà del mais moderno». Questo ha portato gli scienziati  a sospettare che i suoi geni avrebbero potuto offrire indizi sulle prime fasi della domesticazione del mais.

Per sfruttare al massimo il piccolo campione, Galles e Ramos-Madrigal – il principale autore dello studio, anche lui del Centre for GeoGenetic – hanno utilizzato tecniche paleogenomiche all’avanguardia: «Hanno estratto il DNA con un metodo progettato per recuperare il DNA ultra-breve, prestando particolare attenzione a evitare la perdita di materiale genetico – spiega l’università di Copenhagen in un comunicato –  Come risultato, i ricercatori sono stati in grado di preparare DNA sufficiente per il sequenziamento, pur conservando abbastanza del campione per determinare l’età esatta della pannocchia attraverso la datazione al radiocarbonio.

Robert Fulton, un genetista del McDonnell genome institute della Washington University di St. Louis, che non è stato coinvolto nello studio, ma ha fatto parte del team che ha mappato per primo il genoma di mais nel 2009, cosa che ha permesso ai ricercatori di confermare che le colture moderne discendono dalla teosinte, ha evidenziato su  Smithsonian.com che «Tuttavia, studiare questo DNA antico,  non è semplice. E’ fondamentalmente come un grande puzzle, e per farlo  bene, con DNA di alta qualità, i pezzi del puzzle devono essere molto grandi. Nel DNA antico, i pezzi del puzzle sono molto piccoli»

Anche se aver recuperato il 70%  per cento del materiale genetico originario del mais può sembrare un colpo di fortuna, il maggior numero di pezzi rende il puzzle genetico più complicato da assemblare e più difficile interpretarne i risultati. «E poiché il genoma della famiglia del mais è incredibilmente complesso – aggiunge Fulton  – Può essere difficile trarre conclusioni da un  DNA che si è degradato nel corso di migliaia di anni. Il genoma del mais è molto ripetitivo … ci sono molte sequenze che si ripetono più volte. Quindi, se si hanno frammenti molto piccoli frammenti, allora è difficile mappare   unicamente quelli sulla sequenza di riferimento perché ti arrivano perfettamente in più posti diversi. Per la maggior parte del lavoro di sequenziamento su questi campioni antichi, i ricercatori tritano  il DNA in molti modi diversi per confrontarlo con un genoma di riferimento. Ma l’ultimo studio ha fatto questo solo un paio di modi diversi. Quindi, anche se questo è un buon punto di partenza per lo studio della pannocchia di 5.310 anni, sono necessarie molto più analisi per confermare le loro scoperte.

Ma i ricercatori danesi e statunitensi fanno notare che «Le nuove scoperte offrono un’istantanea della storia evolutiva di 10.000 anni dl mais e della sua domesticazione. Oltre a chiarire come il mais ha fornito una base alimentare per antiche civiltà come i Maya, tali studi possono anche aiutare a comprendere e migliorare le linee commercialmente importanti di mais moderno».

Ramos-Madrigal conclude:  «Questo è solo l’inizio della storia. Gli esseri umani hanno diffuso il  mais nelle Americhe molto rapidamente e con grande successo. Vogliamo sapere come gli esseri umani lo hanno disperso, che strade hanno preso e come il mais si sia adattato a questi ambienti diversi».