Dos especies de insectos de América Latina, la hormiga dinosaurio y la avispa de papel roja, se han utilizado para descubrir los mecanismos moleculares que sustentan los roles de reina y trabajadora en los insectos sociales. La investigación de un equipo internacional de científicos nos acerca a comprender cómo los genomasse utilizan para generar castas en la evolución social.
Investigadores de la Universidad de Bristol, el Instituto Babraham Cambridge, Reino Unido y el Centro de Regulación Genómica Barcelona, España analizaron cerebros individuales de avispas y hormigas de reinas y trabajadores de ambas especies para ver si las diferencias de casta podían explicarse porvariaciones en cómo se 'lee' y regula el genoma.
Como se publicó en el último número de PNAS , las dos especies revelaron mucho más que las abejas melíferas sobre cómo evolucionan las castas reina y trabajadora en las sociedades de insectos. El Dr. Seirian Sumner, autor principal del artículo y profesor titular de la Universidad de Bristol, explica: "A diferencia de las abejas melíferas, quiénComo las larvas están destinadas irreversiblemente a ser reina o trabajadora, las avispas de papel y las hormigas dinosaurio pueden cambiar el papel de trabajadora a reina en cualquier momento de su vida. Se cree que esta flexibilidad representa las primeras etapas de la evolución de la casta, cuando las sociedades más simplesformar."
Las reinas y los trabajadores de las avispas de papel y las hormigas dinosaurio se ven idénticas. Fue solo observando el comportamiento de los insectos y las interacciones sociales que los investigadores pudieron identificar sus roles. Para hacer esto, los investigadores colocaron los insectos con pequeñas manchas de pintura oetiquetas de identificación para estudiar los insectos en sus entornos naturales.
La comparación de las diferencias moleculares entre reinas y trabajadores de ambas especies fue sorprendente. "Encontramos muy pocas diferencias en la expresión génica y la especialización funcional de genes entre reinas y trabajadores tanto en la hormiga como en la avispa", dijo la Dra. Solenn Patalano del Programa de Epigenéticaen el Instituto Babraham y autor principal del artículo: "En ambos, menos del uno por ciento del genoma mostró diferencias notables en los niveles de expresión. Esto fue inesperado ya que muchos cientos de genes están involucrados en la diferenciación de reinas y trabajadoras en la abeja melífera".
En cambio, los autores encontraron que las castas se diferenciaban por arreglos sutiles, pero no aleatorios, de las redes de genes ". Esto sugiere que no existe un gen maestro único que regule la diferenciación de castas en estas sociedades simples, y que los genes para el comportamiento social simple actúan enredes interconectadas que involucran muchos genes de pequeño efecto ", explicó el Dr. Sumner.
Los autores también analizaron si las modificaciones epigenéticas al ADN metilación del ADN podrían estar regulando estas redes genéticas sutiles. "Sorprendentemente, no encontramos evidencia de que la expresión del gen específico de la reina y el trabajador fuera impulsada por la metilación del ADN y, en general, la hormigay los genomas de las avispas carecen de firmas epigenéticas fuertes ", dijo el Dr. Patalano." Sugerimos que esta ausencia de compromiso molecular mantiene el genoma abierto y receptivo, facilitando la plasticidad conductual que vemos en estas especies ".
"Como parte de esta investigación también estamos muy emocionados de publicar la primera secuencia del genoma para una avispa social", agregó el Dr. Sumner. "Existen secuencias del genoma para once especies de hormigas y tres especies de abejas. La secuenciación del primer genoma de avispascompleta el trío de los himenópteros sociales abejas, avispas y hormigas, dándonos una comprensión más equilibrada de la base molecular de la socialidad en los insectos, y abre nuevas y emocionantes vías de investigación en un grupo de insectos un tanto descuidado ".
El profesor Wolf Reik, Jefe del Programa de Epigenética en el Instituto Babraham, facultad asociada en el Instituto Wellcome Trust Sanger y autor principal del artículo, dijo: "Estamos entusiasmados por descubrir mecanismos moleculares que en estas avispas y hormigas permiten que sea fácilcambio entre trabajadoras y reinas. Hay algunas aplicaciones de estos principios a las células madre humanas para hacerlas más plásticas, lo que podría conducir a mejores terapias con células madre en el futuro ".
"El trabajo ilustra la relevancia de los enfoques genómicos, incluida la secuenciación del genoma y el transcriptoma, para comprender el comportamiento animal. Ayudan a descubrir la base genética que subyace a los rasgos de comportamiento", agregó el profesor Roderic Guigó, coordinador del Programa de Bioinformática y Genómica del Centropara Regulación Genómica en Barcelona, España.
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Materiales proporcionados por Instituto Babraham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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