Em vermelho e preto, a genética das manchas de joaninha

Qual é a diferença entre joaninhas negras com manchas vermelhas e joaninhas vermelhas com manchas pretas? Crianças – como adultos-uma vez fizeram a si mesmas esta pergunta. Os cientistas também. Desde a década de 1920, tem havido um crescente corpo de trabalho sobre a presença comum de padrões coloridos distintos em insetos dentro da mesma espécie. Figuras proeminentes na biologia evolutiva, como o geneticista Theodosius Dobzhansky ou o ecologista Michael Majerus, se interessaram por ela.um dos casos mais famosos de polimorfismo da pigmentação Negra foi descrito no século XIX numa borboleta, a mariposa, com um corpo inteiro escurecido. Tem sido chamado de melanismo industrial porque a mutação que fez o inseto negro foi concomitante com a Revolução industrial na Inglaterra. Uma borboleta de cor fuligem tem mais hipóteses de sobreviver num bétula poluído por fuligem.no entanto, na maioria das espécies de insectos afectadas pelo melanismo, o escurecimento aparece apenas em certas partes do corpo do insecto, formando padrões Negros descontínuos e complexos. É o caso da joaninha Arlequina, Harmonia axiridis, também conhecida como joaninha Asiática. Este inseto é um campeão de padrões melânicos polimórficos com mais de 200 formas de padrão de cor descritas em populações naturais ao redor do mundo. Estas formas correspondem essencialmente a variações em áreas pretas sobre um fundo vermelho no elytra,as partes dianteiras endurecidas que cobrem as extremidades.

o gene corante identificado

os mecanismos genéticos pelos quais estes padrões melânicos são criados e mantidos em populações de joaninhas permanecem em grande parte desconhecidos. Sabe-se desde a década de 1950 que as diferentes formas de cor resultam de variações genéticas localizadas em uma única região do genoma, que não tinham sido caracterizadas anteriormente. Nossas equipes de pesquisa unem forças, reunindo sua experiência em genômica da população e biologia do desenvolvimento, para resolver este problema. E nossos esforços compensaram: identificamos a origem genômica dos diferentes padrões de coloração em joaninhas harlequin. Em particular, identificamos o gene que codifica todas as instruções necessárias para desenhar os diferentes motivos que decoram as dianteiras das joaninhas Arlequim. Estes resultados foram publicados em agosto de 2018 na revista “Current Biology”.em primeiro lugar, sequenciamos o genoma completo da joaninha Arlequina. Em seguida, para identificar a região do genoma associado à variação da cor, comparamos as sequências do genoma de muitas joaninhas Arlequim de diferentes formas de cor originárias de várias populações naturais em todo o mundo. Esta análise apontou para uma região específica do genoma, que incluía dois genes vizinhos. A inactivação sucessiva de cada um destes dois genes candidatos identificou o gene pannier como o responsável pela formação de padrões negros no elytra.

Inactivation of the pannier gene: o tipo selvagem cor formas de o arlequim joaninha (de a a d) perdem sua pigmentação preta (e-h) quando a <em>pannier</em> gene é inativada por RNA de interferência. Autor fornecida

O gene pannier foi descoberto pela primeira vez na mosca-das-frutas na década de 1980. Em geral, os nomes de genes referem-se, muitas vezes com uma pitada de humor, o físico malformações visíveis quando esse gene mutado. Para o gene pannier, é a forma do embrião mutante semelhante a um pannier que inspirou seu nome para os geneticistas que o descobriram. Surpreendentemente, em nenhum outro inseto o gene pannier parecia estar ligado à produção de padrões de cor. Posteriormente, ao revelar a localização da proteína produzida por este gene, temos mostrado que pannier é ativado (ou expresso) durante a formação elytra.

A localização da proteína em diferentes celular territórios de uma elytra está correlacionada com a distribuição espacial da pigmentação preta. O gene pannier é ativado (ou expresso) em diferentes territórios celulares (foto direita, áreas prateadas) que prefiguram os locais das manchas pretas no elytra vermelho (Foto esquerda). Autor fornecido

Mais precisamente, o gene pannier é ativo em diferentes populações de células de elytra que prefiguram exatamente onde a pigmentação preta irá aparecer em adultos. Pannier então ativa outros genes que coletivamente asseguram a produção de pigmento preto por essas células e, assim, a formação dos pontos negros (em joaninhas “vermelhas”) ou o fundo preto (em joaninhas “pretas”). A expressão do gene pannier é controlada por sequências de DNA regulatórias localizadas em torno do gene. São estas sequências, que são muito diferentes em sua composição molecular, que definem variantes do gene pannier associado com as diferentes formas de cor. As frequências destas variantes flutuam entre as populações, criando composições muito coloridas dentro das populações naturais da joaninha harlequin em todo o mundo.

em resumo, os diferentes padrões de cor na joaninha Arlequina encontram a sua origem genética em variações da activação espacial de um único gene que Orquestra o estabelecimento de diferentes padrões de melanização de elytra. De um modo geral, estes resultados ilustram como as variações num único gene (genótipos) podem, em alguns casos, gerar uma impressionante diversidade de fenótipos.

para além das cores

há muito que se suspeita que a coloração de uma joaninha, e, portanto, as variações do gene pannier, afectam outras características envolvidas na sobrevivência e reprodução deste insecto. Assim, a distribuição das diferentes formas de coloração dentro das populações poderia refletir uma resposta adaptativa às restrições locais (por exemplo, restrições climáticas). Neste contexto, pode fazer-se uma observação interessante, ligando a cor ao carácter invasivo da joaninha Arlequim, que, da sua área nativa na Ásia, colonizou recentemente os quatro continentes (América do Norte, América do Sul, Europa e África). surpreendentemente, a diversidade de formas coloridas de H. axiridis é restrita nos continentes invadidos. Na maioria das áreas colonizadas (exceto na Europa), apenas a forma não-melânica (elytra vermelha com cerca de 20 pontos negros) está presente. Até à data, não foi possível determinar se a quase fixação de uma única forma de cor na área invadida se deve a contingências históricas ou demográficas (simples efeitos aleatórios), ou a um processo de seleção natural que favoreça a forma não-melânica durante a invasão. As nossas descobertas sobre as regiões do genoma responsáveis pelas variações de cor podem permitir-nos decidir entre estas duas hipóteses.

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