Tra le piante da fiore, la famiglia delle rose (chiamata Rosaceae) mostra un’incredibile diversità, compresi i classici rossi come la bellezza americana. Ma oltre alle piante ornamentali che fanno il perfetto regalo romantico, la famiglia delle Rosaceae comprende anche le basi vitali delle diete mondiali e delle economie delle colture commerciali. Esse mostrano una straordinaria gamma di variazioni nelle dimensioni e forme di alberi, cespugli e frutti succulenti, dalle fragole e lamponi, alle mele Jonathan, prugne, ciliegie e mandorle, fino alle golose pesche Georgia.
Per i biologi evoluzionisti, le Rosaceae forniscono un’eccellente opportunità per capire come la frutta si è evoluta da tipi ancestrali alle varietà attuali secche o carnose che, con l’aiuto degli animali, si sono diffuse in una distribuzione mondiale di circa 3.000 specie conosciute. istituzioni tra cui Fudan University, Huanggang Normal College, la Pennsylvania State University e la Smithsonian Institution, guidati dai professori Hong Ma e Jun Xiang, gli autori hanno eseguito un tour de force studio evolutivo dei frutti Rosaceae dalle analisi di 125 piante da fiore con grandi set di dati di sequenza genica, compresi quelli di 117 specie Rosaceae.
I loro risultati, pubblicati nella prima edizione online della rivista Molecular Biology and Evolution, hanno mostrato un nuovo quadro evolutivo delle dimensioni e della forma delle piante Rosaceae, dei fiori e, soprattutto, dei frutti.
In primo luogo, un nuovo albero della vita per le Rosaceae è stato ricostruito utilizzando le sequenze di geni nucleari appena ottenute per indagare l’evoluzione dei tipi di frutta e altri caratteri nel contesto dei tempi geologici. Hanno anche trovato forti prove di duplicazione dell’intero genoma che probabilmente ha generato nuovi geni che contribuiscono alla diversità delle Rosaceae.
Il nuovo albero evolutivo traccia gli inizi della famiglia delle Rosaceae fino a circa 120 milioni di anni fa (Mya), quando l’antenato delle Rosaceae si separò da altre famiglie. Quasi 20 milioni di anni dopo, la sottofamiglia arbustiva Dryadoideae si separò dalle altre due sottofamiglie, immediatamente seguita da una divergenza delle due più grandi sottofamiglie a circa 100 Mya intorno al confine tra il primo e il tardo Cretaceo. Da lì, ulteriori espansioni nel corso degli anni sono culminate nelle 3.000 specie viste oggi.
Inoltre, la loro analisi delle molte migliaia di sequenze di geni ha fornito forti prove per diverse duplicazioni del genoma intero che probabilmente hanno facilitato la specializzazione delle dimensioni degli alberi e dei frutti, non solo sostenendo l’ipotesi che la tribù delle mele (un grande gruppo con molti generi) ha avuto due duplicazioni del genoma intero strettamente distanziate, ma anche rivelando un altro nella tribù Amygdaleae dei frutti snocciolati tra cui prugne, ciliegie, mandorle, albicocche e pesche.
“È probabile che le duplicazioni dell’intero genoma rilevate qui e i fattori ambientali, come l’alimentazione animale, abbiano contribuito all’evoluzione dei molti tipi di frutta nelle Rosaceae. I risultati dell’articolo forniscono una base per comprendere l’evoluzione della frutta nelle piante da fiore”, ha detto Hong Ma, uno dei supervisori dello studio.
In seguito, dal loro albero evolutivo appena sviluppato, hanno tracciato la storia evolutiva delle forme di frutta. Gli autori suggeriscono che i frutti ancestrali della sottofamiglia con mele e pesche erano probabilmente un insieme di cinque follicoli aggregati.
“I frutti allargati e carnosi si sono probabilmente evoluti in due modi diversi. In uno, la parete interna del frutto (o endocarpo) è diventata dura, formando il nuculanio; inoltre, la parete centrale del frutto precedentemente secca (o pericarpo) è diventata carnosa e il numero di carpelli è diminuito a uno o due, dando infine luogo alla drupa (frutti snocciolati, come pesca, prugna, ciliegia e albicocca)”, ha detto Jun Xiang, che ha co-diretto il progetto. “In alternativa, dopo che cinque carpelli sono diventati connati, il ricettacolo diventa simile a un’urna e avvolge ulteriormente i pistilli, dando luogo a ovari semi-inferiore (come il biancospino) e completamente inferiore (come il melo).”
Ma una famiglia di rose -con qualsiasi altro nome- significa anche concentrarsi sui fiori. Per quanto riguarda i fiori, la maggior parte delle specie di Rosaceae condividono alcuni caratteri ancestrali comuni, come il fatto di portare un ipanto, che è una conessione del ricettacolo e la parte basale del perianzio (sepali e petali) e stami, e di avere sepali e petali pentameri (le specie a diffusione eolica tendono a non avere petali). Tuttavia, il numero e la forma del pistillo variano tra i diversi gruppi della famiglia. “Un pistillo apocarpo con ovario superiore e numerosi carpelli è sostenuto come il carattere ancestrale delle Rosaceae”, ha detto Ma.
Gli autori concludono anche che le piante delle specie Rosaceae molto probabilmente si sono evolute da arbusti. “La maggior parte delle specie della sottofamiglia delle Rosoideae (tra cui fragola e lampone) tendono a diminuire le loro dimensioni a erbe perenni o annuali con piccole foglie composte e una massa di piccoli semi secchi”, ha detto Hong Ma. “Al contrario, gli alberi si sono originati indipendentemente nella tribù con mele e pere e nella tribù con frutti snocciolati nella sottofamiglia delle pesche (Amygdaloideae), con più esposizione alla luce e più foglie per raccogliere l’energia luminosa.” “Questi vantaggi potrebbero aver permesso ai membri di queste tribù di produrre più frutti per pianta, e frutti più carnosi e nutrienti per attirare gli animali”, ha detto Jun Xiang.