FIRB 2010 Linea Intervento 1

Le zanzare del genere Anopheles sono responsabili della trasmissione della malaria a centinaia di milioni di persone e della morte di oltre 1 milione di esse all'anno. La maggior parte dei casi sono concentrati in Africa, dove l'intensità della trasmissione è dovuta all'elevata capacità vettrice di alcune specie del complesso A. gambiae, e in particolare ad A. gambiae s.s., la specie che presenta il più elevato grado di associazione con l'uomo e la maggiore capacità vettrice. All'interno di questa specie, è stato messo in evidenza un processo di differenziamento genetico/ecologico che sta portando al differenziamento di due specie incipienti definite provvisoriamente "forme molecolari M e S” in Africa occidentale. Numerose evidenze sostengono le ipotesi che le attività umane, come l'irrigazione e la deforestazione, abbiano promosso il differenziamento ecologico di M ed S provocandone l'espansione temporale e spaziale, attraverso un processo continuo di specializzazione di popolazioni marginali in nuovi habitat. Questo processo di speciazione incipiente ha una grande rilevanza per la salute pubblica in quanto la capacità della forma M di colonizzare nuovi habitat creati dall'uomo e di estedere la sua stagione riproduttiva oltre la tipica stagione delle piogge stanno portando ad un'estensione della trasmissione della malaria a regioni e stagioni tradizionalmente a bassa/nulla trasmissione. Inoltre, il processo di speciazione di A. gambiae s.s. rappresenta un emblematico modello evolutivo, il cui studio permette di affrontare questioni centrali della moderna biologia evolutiva, quali la nascita dell'isolamento riproduttivo tra unità in via di speciazione e l'identificazione delle forze evolutive che danno impulso al processo di speciazione. Tuttavia, l'attuale conoscenza di questo processo di speciazione incipiente è fortemente influenzata dal fatto che la maggior parte degli studi genetici ed ecologici sono stati effettuati su popolazioni provenienti da limitate regioni geografiche (soprattutto Mali e Cameroon) che non necessariamente riflettono fenomeni comuni all'intero areale di distribuzione di M ed S. In queste regioni, ibridi M/S sono presenti frequenze <1% e la divergenza genetica tra le 2 forme sembra essere elevata in tutto il genoma, sebbene maggiore nelle aree centromeriche dei 3 cromosomi. Tuttavia recenti studi, alcuni dei quali effettuati da BC, il Coordinatore del presente progetto, hanno dimostrato che la situazione non è omogenea lungo l'intero areale di distribuzione di M e S. Il presente progetto rappresenta un aggiornamento del progetto presentato da BC nell'ambito del BANDO FIRB -"FUTURO IN RICERCA-2008”, che ha ottenuto un punteggio di 39/40. Le linee di ricerca proposte hanno tutte origine da risultati ottenuti dal proponente durante la sua attività di ricerca: nel 2008 il progetto era basato sul ritrovamento di elevate frequenze di ibridi M/S all'estremo occidentale dell'areale di distribuzione delle 2 forme. Da allora, BC ha condotto studi genetici che hanno portato evidenze preliminari di un minor differenziamento tra M e S in questa regione, rispetto a popolazioni più orientali, e hanno portato ad ipotizzare l'esistenza di una zona di contatto secondario le 2 forme. L'obiettivo di questo progetto è quello di analizzare il differenziamento genetico e ecologico tra le forme molecolari M e S in due aree di simpatria finora poco studiate in Burkina Faso (frequenza di M/S <1%) e della Guinea Bissau (frequenza di M/S >20%) e, nello stesso tempo, di tentare di svelare i potenziali meccanismi di isolamento riproduttivo le 2 forme. Le specifiche attività di ricerca proposte sono articolate in 3 Work-Packages (WPs), ciascuno dei quali verrà svolto in collaborazione con il gruppo di Entomologia Medica e Molecolare del Dip. di Sanità Pubblica e Malattie Infettive (Università Sapienza) e con gruppi di ricerca europei e africani, che hanno già collaborato con il proponente e confermato il loro interesse a partecipare alla ricerca. WP1 - CARATTERIZZAZIONE GENETICA DELLE FORME MOLECOLARI M ED S. Verranno analizzati campioni di M ed S già raccolti lungo un transetto nord-sud in Burkina Faso nel 2008 e lungo un transetto ovest-est condotto in Guinea Bissau dal BC nel 2010. I campioni saranno analizzati per valutare le divergenze genetiche tra le popolazioni di M e S provenienti dai due Paesi attraverso tutti i metodi PCR e PCR-RFLP oggi a disposizione e cariotipizzati, allo scopo di selezionare dei sotto-campioni da genotipizzare ulteriormente attraverso analisi di micro satelliti e SNPs in collaborazione con il Sanger Institute (Oxford, UK). I risultati ottenuti ci permetteranno di verificare: i) se il flusso genico tra M e S sia oggi presente nelle popolazioni Guineane come conseguenza del ‘rilassamento' delle barriere riproduttive in questa regione geografica, o ii) se il flusso genico sia attualmente assente e il differenziamento genetico in queste aree geografiche limitato a porzioni del genoma molto più ristrette rispetto a quanto osservato in popolazioni più orientali. Nel secondo caso, si potrebbe ipotizzare che proprio le ridotte aree di differenziamento contengano geni responsabili dell'isolamento riproduttivo. I risultati delle analisi consentiranno inoltre di sviluppare nuovi approcci PCR e/o PCR-RFLP per le genotipizzazione dei campioni indicati nel WP2. WP2 - CARATTERIZZAZIONE ECOLOGICA DELLE FORME MOLECOLARI M ED S. In base ai risultati ottenuti nel WP1, verranno selezionate due località del Burkina Faso e della Guinea Bissau - nelle quali M e S mostreranno, rispettivamente, il più alto e il più basso grado di differenziamento genetico - in cui svolgere i campionamenti durante la stagione delle piogge alla fine del secondo anno, allo scopo di valutare: i) l'associazione tra polimorfismi cromosomici e adattamenti ecologici, ii) il tasso di inseminazione inter-forma e/o multipla; iii) la composizione degli sciami e l'accoppiamento tra i membri della stessa forma molecolare e/o tra forme molecolari differenti, iv) le frequenze relative di M, S ed ibridi M/S allo stadio di larve rispetto a quelle presenti nella popolazione adulta, per evidenziare eventuali differenze nella sopravvivenza larvale tra le due forme e negli ibridi. I dati ottenuti permetteranno di valutare l'efficienza delle barriere riproduttive ed il possibile ruolo della selezione contro gli ibridi nel determinare il livello di differenziamento genetico nelle due aree geografiche. WP3 - MECCANISMI DI RICONOSCIMENTO PRE-COPULA. Verrà valutato il possibile ruolo di semiochimici quali meccanismi di riconoscimento intra-forma durante l'accoppiamento, sulla base dell'ipotesi che il riconoscimento del partner co-specifico possa contribuire all'isolamento riproduttivo pre-copula tra M ed S. Verranno a questo scopo analizzati di femmine M ed S vergini e accoppiate di laboratorio e di maschi sessualmente recettivi già raccolti all'interno di sciami nuziali in Burkina Faso nel 2008 e da raccogliere in Guinea Bissau. In particolare ci si focalizzerà sull'analisi di: i) lipidi epicuticolari quali possibili feromoni di contatto coinvolti nella scelta del partner, tramite Gas Cromatografia-Spectrometria di massa; ii) Odorant-Binding Proteins presenti su antenne e palpi, in quanto potenizialmente coinvolti nel riconoscimento del partner e/o nell'attrazione sessuale durante il corteggiamento, tramite MALDI-TOF profiling. Eventuali differenze tra M ed S rappresenterebbero la prima indicazione di barriere di isolamento riproduttivo su base semio-chimica. Nel complesso, le analisi proposte contribuiranno significativamente ad una migliore comprensione del processo di speciazione incipiente in atto in A. gambiae.