¿Cuál es la diferencia entre las mariquitas negras con manchas rojas y las mariquitas rojas con manchas negras? Los niños, al igual que los adultos, se han hecho una vez esta pregunta. Los científicos también. Desde la década de 1920, ha habido un creciente cuerpo de trabajo sobre la presencia común de patrones de colores distintos en insectos dentro de la misma especie. Figuras destacadas de la biología evolutiva, como el genetista Theodosius Dobzhansky o el ecologista Michael Majerus, se han interesado por ella.
Uno de los casos más famosos de polimorfismo de pigmentación negra se describió en el siglo XIX en una mariposa, la polilla con pimienta, con un cuerpo entero oscurecido. Se le ha llamado melanismo industrial porque la mutación que hizo al insecto negro fue concomitante con la revolución industrial en Inglaterra. Una mariposa de color hollín tiene más posibilidades de sobrevivir en un abedul contaminado con hollín.
Sin embargo, en la mayoría de las especies de insectos afectadas por el melanismo, el oscurecimiento aparece solo en ciertas partes del cuerpo del insecto, formando patrones negros discontinuos y complejos. Este es el caso de la mariquita arlequín, Harmonia axyridis, también conocida como mariquita asiática. Este insecto es un campeón de los patrones melánicos polimórficos con más de 200 formas de patrones de color descritas en poblaciones naturales de todo el mundo. Estas formas corresponden esencialmente a variaciones en áreas negras sobre un fondo rojo en los elitros, las alas delanteras endurecidas que cubren las alas traseras.
El gen de coloración identificado
Los mecanismos genéticos por los que se crean y mantienen estos patrones melánicos en las poblaciones de mariquitas siguen siendo en gran medida desconocidos. Se sabe desde la década de 1950 que las diferentes formas de color son el resultado de variaciones genéticas ubicadas en una sola región del genoma, que no se habían caracterizado previamente. Nuestros equipos de investigación unen sus fuerzas, reuniendo su experiencia en genómica de la población y biología del desarrollo, para abordar este problema. Y nuestros esfuerzos dieron sus frutos: hemos identificado el origen genómico de los diferentes patrones de coloración en las mariquitas arlequín. En particular, hemos identificado el gen que codifica todas las instrucciones necesarias para dibujar los diferentes motivos que decoran las alas delanteras de las mariquitas arlequín. Estos resultados se publicaron en agosto de 2018 en la revista Current Biology.
Primero, secuenciamos el genoma completo de la mariquita arlequín. Luego, para identificar la región del genoma asociada con la variación de color, comparamos las secuencias del genoma de muchas mariquitas arlequín de diferentes formas de color originarias de varias poblaciones naturales de todo el mundo. Este análisis apuntó a una región específica del genoma, que incluía dos genes vecinos. La inactivación sucesiva de cada uno de estos dos genes candidatos identificó al gen pannier como el responsable de la formación de patrones negros en los elítra.
La alforja de genes se descubrió por primera vez en la mosca de la fruta en la década de 1980. En general, los nombres de los genes se refieren, a menudo con un toque de humor, a las malformaciones físicas visibles cuando este gen está mutado. Para la alforja de genes, es la forma del embrión mutante similar a una alforja que inspiró su nombre a los genetistas que la descubrieron. Sorprendentemente, en ningún otro insecto la alforja genética parecía estar vinculada a la producción de patrones de color. Posteriormente, al revelar la ubicación de la proteína producida por este gen, hemos demostrado que la alforja se activa (o se expresa) durante la formación de elitros.
Más precisamente, la alforja de genes está activa en diferentes poblaciones de células elítricas que prefiguran exactamente dónde aparecerá la pigmentación negra en adultos. Luego, la alforja activa otros genes que colectivamente aseguran la producción de pigmento negro por parte de estas células y, por lo tanto, la formación de las manchas negras (en las mariquitas «rojas») o el fondo negro (en las mariquitas «negras»). La expresión de la alforja de genes está controlada por secuencias de ADN reguladoras ubicadas alrededor del gen. Son estas secuencias, que son muy diferentes en su composición molecular, las que definen las variantes de la alforja génica asociada con las diferentes formas de color. Las frecuencias de estas variantes fluctúan entre las poblaciones, creando composiciones muy coloridas dentro de las poblaciones naturales de la mariquita arlequín en todo el mundo.
En resumen, los diferentes patrones de color en la mariquita arlequín encuentran su origen genético en variaciones de la activación espacial de un solo gen que orquesta el establecimiento de diferentes patrones de melanización de elytra. En términos generales, estos resultados ilustran cómo las variaciones en un solo gen (genotipos) pueden, en algunos casos, generar una impresionante diversidad de fenotipos.
Más allá de los colores
Se ha sospechado durante mucho tiempo que la coloración de una mariquita, y por lo tanto las variaciones en el alforja génica, afectan a otros rasgos involucrados en la supervivencia y reproducción de este insecto. Por lo tanto, la distribución de las diferentes formas de coloración dentro de las poblaciones podría reflejar una respuesta adaptativa a las limitaciones locales (por ejemplo, las limitaciones climáticas). En este contexto, se puede hacer una observación interesante, vinculando el color con el carácter invasivo de la mariquita arlequín, que desde su área nativa en Asia, recientemente colonizó los cuatro continentes (América del Norte, América del Sur, Europa y África).
Sorprendentemente, la diversidad de formas de color de H. axyridis está restringida en los continentes invadidos. En la mayoría de las áreas colonizadas (excepto en Europa), solo está presente la forma no melánica (elytra rojo con alrededor de 20 puntos negros). Hasta la fecha, no ha sido posible determinar si la casi fijación de una forma de un solo color en la zona invadida se debe a contingencias históricas o demográficas (simples efectos aleatorios), o a un proceso de selección natural que favoreció la forma no melánica durante la invasión. Nuestros hallazgos sobre las regiones del genoma responsables de las variaciones de color pueden permitirnos decidir entre estas dos hipótesis.