Linkage drag – perché un gene introdotto per incrocio porta con sé i suoi vicini

Il linkage drag è il pezzo di patrimonio genetico estraneo che resta attaccato a un gene introdotto per incrocio e non si lascia scrollare via. Il nome inglese descrive esattamente ciò che succede: il gene bersaglio viene portato dentro e si trascina dietro i suoi vicini.

Perché un gene non può traslocare da solo

Supponiamo che una vecchia landrace resista a un fungo e che questa proprietà debba passare in una varietà esistente, che per il resto ha già tutto ciò che vuoi. Incroci le due, scegli tra i discendenti quelli che portano la resistenza e li incroci di nuovo con la tua varietà. Poi ripeti. In termini tecnici questo inserimento di un carattere estraneo in una varietà esistente si chiama introgressione, nel linguaggio comune introduzione per incrocio.

Sulla carta la landrace sparisce in fretta: dopo il primo ciclo in media tre quarti del genoma vengono di nuovo dalla tua varietà, dopo il secondo sette ottavi. Questo però vale solo per la media sull’intero genoma.

Il motivo sta nel modo in cui il patrimonio genetico viene trasmesso. I geni stanno in fila sui cromosomi. Quando si formano le cellule germinali, questi cromosomi non vengono mescolati gene per gene, ma tagliati in pochi punti e ricomposti. Questo taglio si chiama ricombinazione. Un discendente quindi non eredita una raccolta di geni singoli, ma interi tratti in un unico pezzo.

Così la trappola è pronta. A ogni ciclo scegli le piante che portano il gene bersaglio, e per forza scegli anche il tratto in cui esso si trova. Mentre il resto del genoma del donatore si dimezza a ogni incrocio, proprio l’intorno immediato del gene bersaglio resta. Si accorcia solo se per caso un punto di taglio cade abbastanza vicino al gene bersaglio, e piante del genere sono rare.

Quanto resta lungo il pezzo trascinato

In una simulazione calcolata per intero sulla colza questo pezzo misurava in media 15,9 milioni di paia di basi dopo il primo retroincrocio e ancora 5,4 milioni dopo il secondo. Per confronto, un corredo cromosomico aploide di cannabis comprende circa 750 milioni di paia di basi. In quest’ordine di grandezza il pezzo trascinato corrisponde quindi a circa il due per cento di un intero genoma. Si trova proprio nel punto in cui non volevi nulla di estraneo.

Più avanti nel programma il quadro diventa ancora più netto. Dopo tre retroincroci seguiti da un’autofecondazione, il 98 % di tutto il genoma del donatore ancora presente veniva da questo unico segmento. Il resto della landrace era sparito, ma il suo intorno attorno al gene bersaglio no.

Perché la posizione conta più del numero di cicli

La ricombinazione non avviene ovunque con la stessa frequenza. Ci sono tratti in cui i tagli sono frequenti e tratti in cui un punto di taglio non cade praticamente mai. Se il gene bersaglio sta in una zona dove gli scambi sono frequenti, nella stessa simulazione lo stesso segmento si riduce a frazioni di una megabase, cioè a un piccolo resto.

Il caso più studiato nella cannabis mostra quanto possa essere estrema la differenza. Il tratto in cui si trova la CBDA sintasi sta in una zona povera di geni e di ricombinazione, lunga circa 39 milioni di paia di basi. Tra 99 discendenti esaminati non vi si è verificato nemmeno un evento di taglio. Una zona del genere si sposta come un blocco: ciò che contiene arriva tutto intero oppure non arriva affatto.

Per la pianificazione questo significa una cosa. Prima di fissare il numero di generazioni bisogna chiarire dove si trova il carattere desiderato. Cinque cicli in un punto sfavorevole rendono meno di due in un punto favorevole.

Che cosa si può fare

Il rimedio abituale sono marcatori a sinistra e a destra del gene bersaglio. Non controlli solo se una pianta porta il gene bersaglio, ma anche se i due punti vicini vengono già di nuovo dalla tua varietà. Se entrambe le cose sono vere, in quella pianta il taglio è avvenuto vicino al bersaglio. Piante così sono rare, ma tra qualche centinaio di discendenti le trovi.

Questo accorcia il segmento, ma non lo elimina. Dove non c’è alcuna ricombinazione non aiuta neanche il marcatore migliore: lì la pianta che cerca semplicemente non esiste.

Fonti