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Durante i suoi studi di dottorato nel 1960, Dan Janzen, ora Thomas G. e Louise E. DiMaura Termine della Sedia nel Dipartimento di Biologia, ri-descritto quello che è diventato un classico esempio di mutualismo biologico: la relazione obbligata tra le formiche di acacia e i loro alberi di acacia ospiti. Gli alberi di acacia producono strutture specializzate per riparare e nutrire la colonia di formiche, e le formiche, a loro volta, difendono l’albero dagli erbivori.

In un recente studio in Proceedings of the National Academy of Sciences, i colleghi di Janzen nel dipartimento di biologia scoprono un meccanismo genetico che programma il lato vegetale della relazione formica-acacia. Scott Poethig, John H. e Margaret B. Fassitt Professore di Biologia, e Aaron Leichty, GR ‘ 18, ha dimostrato che queste specie di acacia sviluppano i tratti necessari per alimentare la colonia formica—hollow spine gonfie per ospitarli, e nettari e suggerimenti opuscoli ricchi di sostanze nutritive chiamati corpi Beltian per nutrirli-come parte di un fenomeno dipendente dall’età nello sviluppo delle piante.

“C’è un costo associato alla creazione di questi tratti”, afferma Poethig, autore senior del rapporto, “ma la pianta ne ha bisogno, altrimenti è spenta. Quindi c’è un compromesso in corso. E quello che abbiamo scoperto è che questi tratti sembrano essersi evoluti sul retro di un percorso preesistente che governa una transizione evolutiva nelle piante.”

Leichty, ora ricercatore post-dottorato presso l’Università della California, Davis, dice: “Quando abbiamo scavato nella letteratura, abbiamo scoperto che molte strategie di difesa delle piante dipendono dall’età. È controintuitivo perché pensi che le giovani piante vorrebbero iniziare a creare queste strutture subito in modo che non vengano mangiate, ma i nostri risultati e la logica profonda suggeriscono che ci sono vincoli biologici per realizzarle.”

Per studiare i tratti nel contesto dello sviluppo delle piante, Poethig e Leichty hanno raccolto semi di acacia da venditori online in Belize e dallo stesso Janzen. Hanno osservato ciò che Janzen aveva visto in natura mezzo secolo prima.

“Abbastanza sicuro, i tratti appaiono, ma non subito”, dice Leichty.

Dopo aver ottenuto la prima sequenza genomica di una specie di Vachellia, i ricercatori hanno esaminato specificamente alcuni microRNA —brevi sezioni non codificanti del genoma-miR156 e miR157, che in precedenza avevano scoperto essere associati al controllo dei tempi di sviluppo dei tratti in altre specie vegetali.

Mentre la spina gonfia e altri tratti che attirano le formiche cominciarono ad apparire nell’acacia, i livelli di miR156 e miR157 diminuirono e i livelli di diversi fattori di trascrizione proteica repressi da questi microRNA aumentarono.

Per avere un’idea di come la regolazione di questi tratti possa essere sorta evolutivamente, i ricercatori hanno esplorato altre specie di acacia che non fanno corpi beltiani o spine gonfie ma fanno nettari sulle loro foglie. In queste specie, come nelle ant-acacie, il declino di miR156 coincise con la comparsa dei nettari. La somiglianza tra le acacie a questo proposito suggerisce che il percorso esistente è stato cooptato per regolare gli altri tratti che sono necessari per una guardia del corpo sana—spine gonfie e buon cibo—dicono i ricercatori.

Per Janzen, la scoperta è di supporto alle sue scoperte sul campo, facendo un caso per la fusione di indagini sul campo e di laboratorio.

“Ho guardato e chiesto perché”, dice Janzen. Di Poethig e Leichty, osserva, ” Hanno guardato e chiesto come.”