B 3) Sintesi moderna vs Sintesi Evoluzionistica Estesa

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Nel loro commento all’articolo di Dickins & Rahman (DR),C.Suter-D.Boffelli e D.Martin (SBM) (2013) si oppongono all’idea centrale nelle argomentazioni di DR,e cioè che gli stati epigenetici siano geneticamente codificati,ossia che l’eredità di uno stato epigenetico rifletta l’eredità di uno stato genetico e che agisca come mediatore diretto di ereditarietà.

“Le loro opinioni sono giustificate nei confronti di alcune forme di eredità 'soft',quelle che essi definiscono come 'l'eredità di variazioni che sono il risultato di effetti non genetici' [1][vedi biblio infondo al documento  Ma questo non dovrebbe estendersi alla ereditarietà epigenetica stessa: come vedremo, non ci sono prove convincenti che gli stati epigenetici alternativi possono sorgere ed essere mantenuti dallo stesso genotipo”

L’eredità epigenetica pura deriva dalla trasmissione germinale di uno stato epigenetico [2]; questa definizione esclude che l'eredità di stati epigenetici sia determinata da stati genetiche.

L’eredità epigenetica pura è pienamente in grado di servire come meccanismo fondamentale di evoluzione, nel senso in cui Dickins & Rahman hanno usato quel termine: se una variante epigenetica è sufficientemente stabile lungo più generazioni, allora il suo fenotipo associato può essere soggetto alla selezione naturale.

E non è necessario alcun cambiamento di paradigma: la sintesi moderna si basa sulla eredità cromosomica, e l'ereditarietà epigenetica, anche se non esclusivamente mediata dalla sequenza del DNA, è ancora mediata da cromosomi. A sostegno di questa tesi, forniamo le definizioni di variazione epigenetica ed eredità epigenetica, e dopo citeremo le prove della eredità genetica pura in una grande varietà di specie.

L'epigenetica è lo studio dei fenomeni in cui accrescimenti molecolari molto complessi dal genoma determinano stati stabili di espressione genica [3]. Uno stato epigenetico è uno stato funzionale (attivo o inattivo) di un elemento di regolazione trascrizionale, come promoter o un enhancer.

Tali stati alternativi fanno parte dei normali processi di regolazione genica, come nella differenziazione cellulare, ma possono verificarsi anche come aberrazioni, che possono essere definite come varianti epigenetiche o 'epimutazioni. Gli Stati epigenetici varianti possono essere influenzati o determinati dalla sequenza del genoma [2], ma non è sempre così: sono noti numerosi casi in cui varianti di stati epigenetici avvengono senza alcuna variazione genetica che renda conto di essi. Quest’ultimi sono considerate varianti epigenetiche pure [2].

L’eredità epigenetica è la trasmissione intergenerazionale di varianti epigenetiche pure. Questa forma di eredità richiede che uno stato epigenetico variante sorga nella linea germinale (o in cellule che danno origine a cellule germinali, come nelle piante), e deve essere mantenuto nella linea germinale per una o più generazioni.

Poiché l'ereditarietà epigenetica si riferisce ad accrescimenti complessi di DNA [4], e questi sono meno stabili e replicabili della sequenza di DNA, la trasmissibilità di una variante epigenetica può essere molto diversa dal modello prevedibile di eredità mendeliana, che si basa sulla replica fedele e sulla trasmissione ordinata di DNA [4,5]

La complessità molecolare degli stati epigenetici spiega perché esempi di eredità epigenetica presentano una tale varietà di modelli di ereditarietà: la composizione molecolare precisa di una variante epigenetica è del tutto improbabile che sia la stessa in due differenti loci. Tuttavia, in alcuni casi, uno stato epigenetico può essere così stabile nella linea germinale che la sua trasmissione avviene in sincronia con il DNA su cui è 'seduto', nel qual caso può sembrare che sia ereditato come un allele mendeliano [4,5].

Il fenomeno di eredità epigenetica, come definito qui,è ben documentato in più specie animali e vegetali, a cominciare dalle  descrizioni di Brink [6] e di Coe [5] nel 1950 di paramutazione nel mais (si veda anche [7-8]); Negli ultimi anni, sono stati descritti molti altri casi.

Le piante sono state la fonte più abbondante di esempi, forse perché le varianti epigenetiche che sorgono in cellule somatiche possono essere ereditate (recensito da Hauser et al. [4] e Kakutani [9]).Anche se gli animali segregano una linea germinale all'interno della quale qualsiasi informazione ereditaria deve essere stabilita e mantenuta, l'ereditarietà epigenetica è stata trovata in più specie animali: alcuni esempi sono il comportamento dell'elemento Fab-7 [10] e le alterazioni nell’eterocromatina [11,12] nella Drosophila, transgeni silenziati ereditabili [13,14] nonché gli alleli  A(vy) [15] e axin (Fu) [16] nei  topi, MLH1 nell'uomo [17,18], e molti altri [19,20].

Un esempio pertinente, ma spesso trascurato è la comparsa e l'eredità di neocentromeri. Questa indagine ha stabilito che i centromeri sono strutture puramente epigenetiche che possono sorgere come eventi casuali su una varietà di sequenze prive di caratteristiche comuni, e possono essere trasmesse. Il riposizionamento del centromero, che comporta la formazione di un neo-centromero con l'inattivazione di un centromero più vecchio, è legata alla speciazione [21].

Non c'è alcun dubbio che gli stati epigenetici possono essere determinate da fattori genetici cis o trans-regolatori: il punto è che in alcuni casi, forse molti casi, non lo sono. 
Gli esempi citati da DR [1] sono una eredità epigenetica non come si è definita sopra;potrebbe essere descritta come programmazione di serie di un tratto genitoriale, che non deve necessariamente comportare alcun cambiamento nella linea germinale, sia genetica o epigenetico. L'esempio di gemelli dizigoti / monozigoti citati da DR, mentre suggerisce che molto variazione epigenetica è geneticamente determinato, non affronta la variazione puramente epigenetico o eredità epigenetica.

Per essere certi che una variante puramente epigenetica è ereditabile, si deve eliminare la variazione genetica come causa, e anche dimostrare che la trasmissione non deriva dalla programmazione di generazione in generazione di qualche tratto psicologico o comportamentale nella generazione dei genitori.

In pratica, questo può essere estremamente difficile:un esempio di successo è da  considerare la nostra dimostrazione di eredità epigenetica dell'allele A(vy) nei topi [15], che richiedeva topi isogenici e una strategia di allevamento che escludeva un effetto del metabolismo materno sui fenotipi della prole. Nelle popolazioni naturali, che sono geneticamente eterogenea e non soggetto a allevamento controllato, tale dimostrazione non è attualmente possibile [22].

In conclusione, vi sono elementi evidenti e abbondanti per l'eredità multigenerazionale di stati epigenetici che sono indipendenti dal genotipo. Questo rende possibile per gli Stati puramente epigenetici di partecipare nell'evoluzione se i tratti che specificano siano soggetti alla selezione naturale [22-25].

Tuttavia, quando si studia un luogo che è stato oggetto di selezione naturale, potrebbe essere difficile distinguere meccanismi epigenetici e mendeliani, perché uno stato epigenetico sarà selezionato e ereditato insieme con la particolare sequenza di DNA in cui è sorto; questo problema è molto simile a quello di trovare la mutazione tra tutte le varianti presenti in un aplotipo che è stata associato ad un fenotipo. Anche se la risposta alla domanda posta nel titolo è un preciso sì, l'ambito di eredità epigenetica non è ancora chiaro, e il monitoraggio degli stati epigenetici su scale temporali evolutive sarà impegnativo.                            

[Da Epigenetics for ecologists,

di O.Bossdorf,C.Richards,M.Pigliucci (2008)]

Differenze e analogie tra la ecologia genetica (frecce nere) e ecologicia epigenetica (frecce verdi). Da un lato, i processi epigenetici possono fornire un secondo sistema di eredità, molto simile al sistema patrimonio genetico, che permette l’evoluzione per selezione naturale. D'altra parte, la variazione epigenetica, a differenza della variazione genetica, può essere modificato direttamente dalle interazioni ecologiche e quindi fornire un ulteriore percorso accelerato di cambiamento evolutivo.

NOTA:
Difficile dire,per ora,che siamo davanti a due logiche comparabili e che possono fondersi come lascerebbe supporre l'immagine del documento di Bossdorf,Richards e Piglucci.Per il momento sembra più la lotta tra due fazioni armate l'una contro l'altra!! Se nella prima tutta l’attenzione è sull’ecologia,sulle pressioni selettive,le mutazioni,la selezione,con una continua formulazione di ipotesi chiare e verificabili….nella seconda,l’ansia di uno smarcamento liberatorio dai vincoli della MS darwinista-mendeleiana,rende ancora indeterminato e oscuro l’ambito d’azione della cosiddetta ‘pura’ eredità epigenetica,come è detto anche nell’articolo di SBM,)