Un equipo de investigadores internacionales ha descubierto un sorprendente mecanismo genético que influye en los patrones vibrantes y complejos de las alas de las mariposas. En un estudio publicado en la revista Actas de la Academia Nacional de CienciasEl equipo, dirigido por Luca Livraghi en la Universidad George Washington y la Universidad de Cambridge, descubrió que una molécula de ARN, en lugar de una proteína como se pensaba anteriormente, juega 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 de 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 en particular. En el caso de los pigmentos negros, los investigadores pensaron que este proceso no sería diferente y en un principio implicaron a un gen que codifica proteínas. Sin embargo, la nueva investigación presenta 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 las mariposas. Utilizando la técnica de edición genómica CRISPR, los investigadores demostraron que cuando se elimina el gen que produce la molécula de ARN, las mariposas pierden por completo sus escamas pigmentadas negras, lo que demuestra un vínculo claro entre la actividad del ARN y el desarrollo de los pigmentos oscuros.
«Lo que descubrimos fue sorprendente», dijo Livraghi, un científico postdoctoral en 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 de las alas. 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 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 de ARN no es una invención reciente, sino un mecanismo ancestral clave para controlar la diversidad del patrón de las alas», dijo Riccardo Papa, profesor de biología de 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 mariposas monarca y las damas pintadas», dijo Joe Hanly, científico postdoctoral e investigador visitante en 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 sólo desafían suposiciones de larga data sobre la regulación genética, sino que también abren nuevas vías para estudiar cómo evolucionan los rasgos visibles en los animales.
