Dos especies de insectos de Latinoamérica, la hormiga dinosaurio y un tipo de avispa papelera, han servido para descubrir los mecanismos moleculares que sustentan las diferencias en los roles de reinas y obreras en insectos sociales. La investigación, llevada a cabo por un equipo internacional de científicos, nos permite conocer mejor cómo los genomas dan lugar a castas en la evolución social.
Investigadores de la Universidad de Bristol, el Babraham Institute (Cambridge, Reino Unido) y del Centro de Regulación Genómica (Barcelona, España) analizaron los cerebros de reinas y obreras de ambas especias para ver si las diferencias entre castas se podrían explicar por las variaciones en cómo se “lee” y se regula el genoma.
Tal y como acaban de publicar en el nuevo ejemplar de PNAS, estas dos especies han revelado mucho más sobre la evolución de las castas en insectos sociales que las abejas. La Dra . Seirian Sumner, autora senior del trabajo y profesor a en la Universidad de Bristol, explica: “A diferencia de las abejas, que ya en el estadio larvario y de forma irreversible tienen su destino como obrera o reina definido, las avispas papeleras y las hormigas dinosaurio son capaces de cambiar su rol de obrera a reina en cualquier momento de su vida. Se cree que esta flexibilidad podría explicar los primeros estadios de la evolución de las castas, cuando se formaron las sociedades más simples"
Las reinas y obreras de avispas papeleras y hormigas dinosaurio tienen la misma apariencia. Los investigadores sólo podían identificar el rol de cada individuo observando su comportamiento y las interacciones sociales. Para conseguirlo, los investigadores identificaron los insectos con pequeños puntos de colores o etiquetas para a sí poder estudiar a los insectos en su hábitat natural.
La comparación de las diferencias moleculares entre reinas y obreras de ambas especies ha resultado sorprendente. “Encontramos muy pocas diferencias en la expresión y la especialización funcional de los genes entre reinas y obreras,” comenta la Dra. Solenn Patalano del Programa de Epigenética del Babraham Institute y primera autora del trabajo. “En ambos casos, menos del 1% del genoma mostraba diferencias notables en los niveles de expresión. Estos resultados eran totalmente inesperados puesto que en las abejas existen centenares de genes implicados en diferenciar reinas y obreras.”
Los autores encontraron que las castas se diferencian por cambios sutiles pero no aleatorios en la disposición de las redes génicas. “ Ello sugiere que no hay un único gen responsable de la regulación de la diferenciación entre castas en las sociedades simples, y que en el comportamiento social simple, los genes actúan en redes interconectadas implicando a muchos genes aunque éstos tengan poco efecto,” explica la Dra . Sumner
Los autores también se fijaron en si había modificaciones epigenéticas en el ADN (concretamente, metilación del ADN) que pudieran estar regulando estas sutiles redes génicas. “Sorprendentemente no encontramos ninguna evidencia que muestre una expresión de los genes dirigida por la metilación del ADN específica para reinas y obreras. Es más, los genomas de avispas y hormigas carecen de fuertes marcas epigenéticas,” comenta la Dra. Patalano. “Creemos que esta ausencia de restricción e implicación molecular permite que el genoma sea más abierto y tenga capacidad para reaccionar, facilitando así la plasticidad en el comportamiento como vemos en estas especies.”
“En el marco de esta investigación, también estamos entusiasmados por publicar el primer genoma de una avispa social !” añade l a Dra . Sumner. “ Hasta el momento estaban disponibles las secuencias de los genomas de once especies de hormigas y tres de abejas. La secuenciación del primer genoma de una avispa completa el trio de los himenópteros sociales (abejas, avispas y hormigas) y nos ofrece una comprensión más equilibrada de las bases moleculares de la sociabilidad en insectos. Al mismo tiempo abre nuevas e interesantes vías de investigación hacia un grupo de insectos algo descuidado.”
El Profesor Wolf Reik, Jefe del Programa de Epigenética en el Babraham Institute , profesor asociado del Wellcome Trust Sanger Institute y autor senior del trabajo, afirma: “ Estamos emocionados por descubrir los mecanismos moleculares que en estas avispas y hormigas permiten fácilmente de obreras a reinas. Existen algunas aplicaciones de estos principios en las células madre humanas que les permite ser más plásticas y con potencial para conseguir mejores terapias con células madre en el futuro”. “
Este trabajo ilustra la relevancia de la aproximación genómica, mediante la secuenciación del genoma y el transcriptoma, para comprender el comportamiento animal. La genómica nos ayuda a descubrir las bases genéticas que hay detrás de las características del comportamiento,” añade el Profesor Roderic Guigó, Coordinador del Programa de Bioinformática y Genómica del Centro de Regulación Genómica y profesor de la UPF en Barcelona, España.
Este trabajo ha contado con el apoyo y la financiación del Wellcome Trust y el Biotechnology and Biological Research Council para el Babraham Institute, financiación del Natur al Environment Research Council para la Universi dad de Bristo l , y del I nstituto de Salud Carlos III (ISCIII), los fondos Europeo s para el Desarrollo Regional (F EDER ) y el Ministerio de Economía y Competitividad ‘Centro de Exce lencia Severo Ochoa 2013 -‐ 2017’ para el Centr o de Regulación Genómic
Foto: Hormiga dinosaurio. Credit: Claire Asher
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