Una nueva investigación desentraña cómo un único interruptor genético ayuda a las mariposas a imitar los patrones de las alas de otras especies para protegerse de los depredadores.
Muchas mariposas desarrollan patrones en sus alas que imitan a otras especies como mecanismo de defensa contra los depredadores.
Si bien el desarrollo de partes complejas del cuerpo, como las alas, involucra a muchos genes, la diferencia entre dos versiones de lo mismo –como alas de diferentes colores– a menudo está controlada por la variación en una única ubicación genética.
El nuevo estudio, publicado en PNAS, analiza el funcionamiento interno de un “supergen” llamado doublesex que ayuda a una especie de mariposa colibrí (Papilio alphenor) a imitar los patrones de las alas de otras especies, distantemente relacionadas, que son tóxicas para los depredadores.
Utilizando técnicas modernas de secuenciación genómica y herramientas experimentales como CRISPR para estudiar la evolución y las funciones de doublesex, los investigadores demostraron cómo el supergen adquirió su capacidad para controlar los patrones de las alas al vincularse con otros elementos genéticos que regulan su propia expresión.
“Los machos y las hembras de estas mariposas pueden tener patrones de color totalmente diferentes con prácticamente el mismo genoma, pero de alguna manera un fragmento de ADN codifica esos diferentes fenotipos”, afirma Nicholas VanKuren, científico investigador del departamento de ecología y evolución de la Universidad de Chicago y autor principal del nuevo estudio.
“Lo bueno de este estudio es que no solo identificamos las diferencias entre las dos versiones de ese gen, sino también cómo esas diferencias afectaron la función del gen y activaron o desactivaron estos patrones de alas”, añade.
Un supergen suele ser un grupo de genes vecinos en un cromosoma que se heredan juntos porque funcionan para controlar rasgos complejos, como los patrones de color y los comportamientos de apareamiento. A menudo están compuestos por decenas o cientos de genes individuales vinculados entre sí.
Sin embargo, en las mariposas colibrí, el supergen doublesex comprende solo un gen. Solo las hembras de esta especie desarrollan patrones de alas alternativos, agregando manchas naranjas a su conjunto de parches blancos para imitar a otras especies; los machos conservan sus parches blancos estándar sobre un fondo negro.
“Este polimorfismo limitado a las hembras en Papilio alphenor es un ejemplo clásico de un supergen”, explica Marcus Kronforst, profesor de ecología y evolución y autor principal del nuevo estudio.
“Por eso nos interesó estudiarlo para averiguar qué es molecularmente responsable de la creación de un supergen. Históricamente, el problema de cómo evolucionaron ha sido bastante intratable, pero ahora tenemos las herramientas para diseccionarlos.”
VanKuren y su equipo llevaron a cabo una serie de experimentos para manipular la actividad de doublesex en las mariposas y estudiar la cadena genética de eventos que conducen a cambios en los patrones de las alas.
Lo que observaron fue sorprendente, ya que había pocas diferencias en la estructura proteica de las dos versiones, o alelos, del gen. En cambio, vieron que los elementos cis-reguladores, que son fragmentos de ADN no codificante cercanos, estaban cambiando la forma en que se expresaba el gen.
El nuevo alelo había ganado seis nuevos elementos cis-reguladores cuya función dependía de la proteína doublesex. Estos elementos trabajaron juntos para activar el gen de una manera diferente y generar el nuevo patrón de alas mimético. Este descubrimiento sugirió que el gen se estaba regulando a sí mismo, un giro sorprendente en su historia evolutiva.
Los investigadores también observaron que el nuevo alelo era capaz de controlar los patrones de color regulando varios otros genes posteriores que se sabe que ayudan con el desarrollo del plan corporal y el patrón de las alas en otras mariposas.
“Estos resultados son muy interesantes, porque por primera vez sabemos dónde buscar en el genoma estos interruptores genéticos que activan los patrones de color”, afirma VanKuren. “Y lo divertido es que no solo esta especie, Papilio alphenor, tiene este polimorfismo limitado a las hembras. Hay múltiples especies estrechamente relacionadas que tienen el mismo tipo de interruptor de mimetismo, y están controladas por el mismo gen.”
Kronforst afirma que este hallazgo permite a los investigadores seguir planteando más preguntas sobre cómo los supergenes adquieren la capacidad de crear una variedad tan grande de formas a partir del mismo genoma.
“Las mariposas son un sistema fantástico para estudiar esto, porque son increíblemente diversas. Hay tantas especies y, además, dentro de una especie hay tantos patrones de color diferentes”, dice Kronforst. “Esa diversidad nos brinda otra herramienta para estudiar de dónde proviene la variación genética y cómo evoluciona la biodiversidad.”
El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de la Salud.
Fuente: University of Chicago
