Basi genomiche e trascrittomiche della diversità morfologica e del ciclo di vita nell’alga prasinofita Pseudoscourfieldia marina

Minuscole alghe che vivono due vite molto diverse

Nell’oceano aperto, molti degli organismi più importanti sono troppo piccoli per essere visti. Questo studio esamina un’alga verde unicellulare chiamata Pseudoscourfieldia marina che può apparire e comportarsi in due modi sorprendentemente diversi, pur appartenendo alla stessa specie. Indagando il suo DNA e RNA, i ricercatori mostrano come un unico progetto genetico possa sostenere due stadi di vita che differiscono per forma, stile di vita e, probabilmente, ruolo ecologico.

Una specie, due volti

Pseudoscourfieldia marina ha a lungo confuso gli scienziati perché si presenta come una minuscola sfera liscia e non nuotante oppure come una cellula leggermente più grande, ovale, coperta di scaglie e dotata di una coppia di code vibratili. Tradizionalmente, tali differenze suggerirebbero due specie distinte. Studi precedenti sugli organelli responsabili della produzione di energia e della fotosintesi avevano già suggerito che si trattasse dello stesso organismo. In questo lavoro, gli autori hanno sequenziato e confrontato i principali genomi nucleari e i pattern di attività genica di un ceppo coccoide non flagellato e di un ceppo squamoso flagellato per capire come emergano forme così contrastanti.

Genomi simili, impostazioni diverse

I due ceppi si sono rivelati avere genomi molto simili. Hanno quasi lo stesso numero di cromosomi, ordine fisico dei geni e tipi di geni. Tuttavia differiscono nel numero di copie di ciascun cromosoma e nell’attività con cui i loro geni vengono utilizzati. Il ceppo rotondo, non nuotante, è per lo più diploide, con due copie di ciascun cromosoma, mentre il ceppo squamoso e nuotante è principalmente aploide, con una copia. Entrambi i ceppi presentano anche insoliti cromosomi “outlier” ricchi di DNA ripetuto ed elementi genetici mobili. Questi cromosomi speciali sono pieni di geni coinvolti nella chimica degli zuccheri e nelle molecole superficiali, e nel ceppo flagellato molti di questi geni sono molto attivi, suggerendo che queste regioni possano aiutare l’alga ad adattare rapidamente il suo rivestimento esterno, forse come difesa contro i virus.

Costruire code e rivestimenti

Una differenza centrale tra le due forme è la presenza di code vibratili e di un complesso rivestimento di scaglie nelle cellule nuotanti. I ricercatori hanno identificato 274 geni che costruiscono e azionano le code, inclusi motori, elementi di impalcatura e macchine di trasporto. Quasi tutti questi geni sono presenti e intatti in entrambi i ceppi, ma nella forma flagellata sono attivati a livelli molto più alti, mentre nella forma non flagellata risultano per lo più silenti. Il gruppo ha anche ricostruito i passaggi molecolari che producono uno zucchero speciale, noto nelle piante terrestri, che costituisce una parte chiave del materiale delle scaglie. Hanno trovato vie complete per la sintesi e il trasporto di questo zucchero verso il centro di smistamento interno della cellula, insieme a grandi famiglie di enzimi che assemblano strutture complesse a base di zuccheri sulla superficie cellulare. Questi enzimi sono particolarmente amplificati e fortemente attivi nel ceppo squamoso.

Un ciclo sessuale nascosto

Oltre alla forma e al movimento, i dati genomici rivelano indizi di un ciclo di vita più complesso di quanto fosse noto nelle alghe verdi unicellulari. Gli autori hanno trovato quasi tutti i geni che altri organismi usano per la meiosi, il processo di divisione cellulare che dimezza il numero di cromosomi, così come geni noti per fondere cellule aploidi in cellule diploidi. Molti di questi geni sono più attivi nel ceppo diploide non nuotante, mentre altri sono più attivi nel ceppo aploide nuotante. Questo schema suggerisce che le cellule coccoidi lisce e le cellule squamose flagellate rappresentino stadi alternanti di un ciclo sessuale, con ciascuna ploidia collegata a un modo di vivere distinto nella colonna d’acqua.

Perché questo conta per la vita oceanica

Combinando la struttura del genoma con i pattern di uso genico, questo lavoro mostra come un’alga unicellulare possa passare tra due stadi di vita che appaiono e funzionano in modo molto diverso. Piuttosto che richiedere specie separate o set di geni completamente diversi, Pseudoscourfieldia marina sembra fare affidamento su un controllo flessibile di quando e dove i suoi geni condivisi sono attivi, supportato da cromosomi dinamici che possono rispondere a virus e altri stress. Questo tipo di complessità nascosta nelle minuscole alghe marine influenza come si muovono, dove prosperano e come interagiscono con predatori, parassiti e ambienti in cambiamento, aggiungendo un nuovo livello di ricchezza alla nostra comprensione della vita negli oceani.

Citazione: Crépeault, O., Turmel, M., Otis, C. et al. Genomic and transcriptomic basis of morphological and life cycle diversity in the prasinophyte alga Pseudoscourfieldia marina. Commun Biol 9, 719 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09965-5

Parole chiave: alghe marine, ciclo di vita, genoma, morfologia cellulare, espressione genica