Un equipo internacional de investigadores ha descubierto un sorprendente mecanismo genético que influye en los vibrantes y complejos patrones de las alas de las mariposas. En un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, el equipo, dirigido por Luca Livraghi de la Universidad George Washington (GW) y la Universidad de Cambridge, descubrió que una molécula de ARN, en lugar de una proteína como se creía anteriormente, desempeña un papel fundamental en la determinación de la distribución del pigmento negro en las alas de las mariposas.
La forma precisa en que las mariposas son capaces de generar los vibrantes patrones y colores en sus alas ha fascinado a los biólogos durante siglos. El código genético contenido en las células de las alas de las mariposas en desarrollo dicta la disposición específica del color en las escamas del ala (las teselas microscópicas que forman los patrones del ala), de forma similar a la disposición de los píxeles de colores para formar una imagen digital. Descifrar este código es fundamental para comprender cómo nuestros propios genes construyen nuestra anatomía. En el laboratorio, los investigadores pueden manipular ese código en las mariposas con herramientas de edición genética y observar el efecto en los rasgos visibles, como la coloración de un ala.
Los científicos saben desde hace tiempo que los genes que codifican proteínas son cruciales para estos procesos. Estos tipos de genes crean proteínas que pueden dictar cuándo y dónde una escala específica debe generar un pigmento particular. Cuando se trata de pigmentos negros, los investigadores pensaron que este proceso no sería diferente, e inicialmente implicaron un gen que codifica proteínas. La nueva investigación, sin embargo, pinta un panorama diferente.
El equipo descubrió un gen que produce una molécula de ARN (no una proteína) que controla dónde se producen los pigmentos oscuros durante la metamorfosis de la mariposa. Utilizando la técnica de edición del genoma CRISPR, los investigadores demostraron que cuando se elimina el gen que produce la molécula de ARN, las mariposas pierden completamente sus escamas pigmentadas negras, lo que muestra un vínculo claro entre la actividad del ARN y el desarrollo del pigmento oscuro.
“Lo que encontramos fue asombroso”, dijo Livraghi, un científico postdoctoral en la GW. “Esta molécula de ARN influye directamente en el lugar donde aparece el pigmento negro en las alas, dando forma a los patrones de color de la mariposa de una manera que no habíamos previsto”.
Los investigadores exploraron más a fondo cómo funciona la molécula de ARN durante el desarrollo del ala. Al examinar su actividad, observaron una correlación perfecta entre el lugar donde se expresa el ARN y el lugar donde se forman las escamas negras.
“Nos sorprendió que este gen se active en el lugar donde finalmente se desarrollarán las escamas negras en el ala, con una precisión exquisita”, dijo Arnaud Martin, profesor asociado de biología en GW. “Es realmente un pincel evolutivo en este sentido, y uno creativo, a juzgar por sus efectos en varias especies”.
Los investigadores examinaron el ARN recién descubierto en varias otras mariposas cuya historia evolutiva divergió hace unos 80 millones de años. Descubrieron que en cada una de estas especies, el ARN había evolucionado para controlar nuevas ubicaciones en los patrones de pigmentos oscuros.
“El resultado consistente obtenido a partir de mutantes CRISPR en varias especies realmente demuestra que este gen del ARN no es una invención reciente, sino un mecanismo ancestral clave para controlar la diversidad de patrones de alas”, dijo Riccardo Papa, profesor de biología en la Universidad de Puerto Rico—Río Piedras.
“Nosotros y otros hemos estudiado este rasgo genético en muchas especies de mariposas diferentes y, sorprendentemente, estamos descubriendo que este mismo ARN se utiliza una y otra vez, desde las mariposas de alas largas hasta las monarcas y las mariposas damas pintadas”, dijo Joe Hanly, científico postdoctoral e investigador visitante en la GW. “Es claramente un gen crucial para la evolución de los patrones de las alas. Me pregunto qué otros fenómenos similares podrían haber pasado por alto los biólogos por no prestar atención a la materia oscura del genoma”.
Los hallazgos no solo desafían las suposiciones de larga data sobre la regulación genética, sino que también abren nuevas vías para estudiar cómo evolucionan los rasgos visibles en los animales.
El estudio, “Un ARN largo no codificante en el locus de la corteza controla la coloración adaptativa en las mariposas”, se publicó el 30 de agosto de 2024 en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fuente: Phys.org.
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