Un equipo de investigación internacional que trabaja en el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales en Panamá eliminó un solo gen de control en el ADN de siete especies de mariposas diferentes. En el 18 de septiembre procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias edición en línea temprana, revelan los sorprendentes resultados de volver a cablear el gen WntA:un solo gen influye en la exuberante diversidad de patrones de alas de mariposa en la naturaleza.

"Los patrones de alas de mariposa son asombrosos", dijo Owen McMillan, científico de planta de STRI y coautor, "una verdadera novedad evolutiva, muy diversa y fuertemente moldeada por la selección natural y sexual. Mediante la ingeniería genética de individuos de diferentes especies, estamos comprendiendo rápidamente cómo se genera esta diversidad. Asombrosamente, un solo gen, y uno que se usa repetidamente durante el desarrollo, puede tener efectos enormes ". La proteína WntA es una molécula de señalización muy conservada. El gen WntA es parte de una pequeña familia de genes que influyen en los planes corporales y otros patrones durante el desarrollo de los insectos. Codifica una molécula de proteína secretada que parece actuar como un señal difusible, un llamado morfógeno, que establece las posiciones de los tipos de células especializadas dentro de un tejido. El término morfógeno fue acuñado por Alan Turing, el padre de la informática teórica y la inteligencia artificial que estaba interesado en las bases químicas de la morfogénesis.

"Imagina una imagen de una mariposa pintada por número, "McMillan dijo." Las instrucciones para colorear el ala están escritas en el código genético. Al eliminar algunas de las instrucciones, podemos inferir qué parte dice "pintar el número dos de rojo" o "pintar el número uno de negro". Por supuesto, es mucho más complicado que esto porque lo que en realidad está cambiando son las redes de genes que tienen un efecto en cascada sobre el patrón y el color ".

"Trabajando en el nuevo laboratorio del Smithsonian en Gamboa, Panamá, inyectamos huevos de mariposa con una sonda de ARN que se adjuntó a parte del código genético, un gen llamado WntA, que sospechábamos que desempeñaba un papel en la expresión del color, "dijo Carolina Concha, Becaria Postdoctoral de Biogenómica en STRI. "Después de eliminar el gen, dejamos que las mariposas crecieran y comparamos los patrones de alas de los mutantes knockout con los patrones de alas originales, ", dijo Richard Wallbank, un becario postdoctoral de STRI y Cambridge.

Repitiendo el mismo procedimiento en siete especies de mariposas diferentes y comparando los resultados, el equipo descubrió formas inesperadas en las que el gen WntA influye en el patrón de las alas.

"Volviendo a la analogía de pintar por número, El 'número uno' puede moverse alrededor del ala en diferentes especies de mariposas, e incluso en diferentes variantes de patrones de color de la misma especie. En Monarchs, por ejemplo, el gen se expresa con gran precisión a lo largo de las venas de las alas. A diferencia de, en Heliconius, un grupo conocido por los vívidos patrones de las alas, el gen se expresa en trazos de pincel audaces desde esencialmente la punta hasta la base del ala. Y se vuelve aún más loco porque el color del 'Número uno' puede cambiar según el contexto, cambiar entre diferentes pigmentos de colores e incluso cambiar la forma en que se refleja la luz. En mariposas el color es una función tanto del pigmento como de las propiedades estructurales de las células de las escamas que cubren el ala, "Dijo McMillan.

WntA fue uno de los primeros genes que Arnaud Martin descubrió que estaba involucrado en la creación de patrones en Heliconius. cuando trabajaba como becario a corto plazo de STRI durante su doctorado. investigar. El equipo puede predecir cuántos genes diferentes controla este gen regulador en función del número de regiones potenciales a lo largo del gen al que puede unirse. This is much less costly to the organism than having to create different proteins for each job.

"The butterflies and moths, the Lepidoptera, are the third largest group of organisms known on the planet, " said Martin, now Assistant Professor of Biology at George Washington University and corresponding author of the study. "Once we identified the sets of genes regulated by a gene like WntA, we can look at the sequence of different butterflies in the family tree to see when and where these changes took place during the 60 million years of butterfly evolution."