Entomólogos de la Universidad de Maryland descubrieron que en los mosquitos falta un gen crítico para la supervivencia que sí está presente en otros insectos, el gen responsable de ordenar correctamente los cuerpos segmentados de los insectos. Los investigadores también encontraron que un gen relacionado evolucionó para hacerse cargo del trabajo del gen faltante. Aunque los estudios de laboratorio han demostrado que se pueden diseñar genes similares para que se sustituyan entre sí, esta es la primera vez que los científicos identificaron un gen que evolucionó de forma natural para realizar la misma función crítica que un gen relacionado mucho después de que los dos genes divergieran por caminos evolutivos diferentes.
El trabajo enfatiza la importancia de la precaución en los estudios genéticos que utilizan animales modelo para sacar conclusiones sobre diferentes especies. También apunta a una nueva vía potencial para la investigación de estrategias de control de mosquitos muy específicas. El estudio ha sido publicado en la edición de hoy de la revista Communications Biology.
«Cada artrópodo tiene un plan corporal segmentado. Y uno pensaría que se desarrolla de la misma manera en todos ellos. Pero lo que encontramos es que no es así«, comenta Alys Jarvela, asociada postdoctoral en el Departamento de Entomología de la Universidad de Maryland (UMD) y el autora principal del estudio. «Aprendemos mucho en biología estudiando un proceso en un organismo modelo y asumiendo que funciona esencialmente de la misma manera, utilizando los mismos genes, en otros organismos. Ese sigue siendo un enfoque increíblemente útil. Pero sabemos que existe también existe la posibilidad de que se realicen sustituciones de genes en la naturaleza«.
Jarvela descubrió el gen faltante en los mosquitos por accidente. Estaba estudiando a los grillos e intentando cotejar sus muestras genéticas comparando las secuencias de genes de los grillos con las de otros insectos. Estaba específicamente interesada en un gen llamado emparejado, uno de los pocos genes que guía el patrón de partes repetidas en animales segmentados como insectos. Los estudios de laboratorio habían demostrado que cuando el emparejamiento se elimina o silencia en las moscas de la fruta, todos los demás segmentos del cuerpo del insecto no se desarrollan y las moscas no sobreviven.
El evento evolutivo en el que los mosquitos perdieron el gen es relativamente reciente
«Sólo estaba tratando de encontrar la versión de emparejado en el mosquito para usarla como punto de referencia, y no pude encontrarla«, afirma Jarvela.
Cuando buscó emparejados en todas las bases de datos de genomas de mosquitos disponibles públicamente, descubrió que faltaba en todas las especies de mosquitos representadas. «Una vez que aceptamos que el gen estaba realmente ausente, pensamos que era un misterio bastante palpable e inmediatamente cambiamos de tercio para satisfacer nuestra curiosidad«, sigue Jarvela.
El equipo de Jarvela buscó los genomas de especies de moscas estrechamente relacionadas con los mosquitos y descubrió que todas contenían el gen emparejado. Esto indicó que la pérdida de este gen es un evento evolutivo reciente que tuvo lugar sólo en mosquitos. A los investigadores les quedó claro que algún otro gen en los mosquitos debe estar realizando la misma función que el emparejado en otros insectos.
Encontraron pistas que sugieren qué gen podría estar involucrado en un experimento de 1996 con moscas de la fruta. En ese estudio, los científicos eliminaron el emparejamiento y lo reemplazaron con un gen estrechamente relacionado llamado grosella, que normalmente tiene un papel distinto en un momento posterior del desarrollo. Ese fue un experimento de alta ingeniería, pero mostró que cuando se manipuló la grosella espinosa para expresarse en el momento adecuado durante el desarrollo, las moscas de la fruta sin el gen emparejado desarrollaron segmentos alternados normales y sobrevivieron.
Para averiguar si la grosella espinosa había evolucionado naturalmente como un sustituto de los mosquitos emparejados, Jarvela y su equipo utilizaron CRISPR para editar la grosella espinosa de una especie de mosquito llamada Anopheles stephensi. Los embriones de mosquito mutados parecían embriones de mosca de la fruta de laboratorio que se habían desarrollado con el gen emparejado.
«Este trabajo muestra que incluso cuando diferentes especies comparten un rasgo o característica, los mecanismos genéticos subyacentes a este rasgo compartido pueden ser diferentes«, comenta Leslie Pick, profesora y presidenta del Departamento de Entomología de la UMD y autora principal del estudio. «En el caso de este artículo, la segmentación todavía ocurre a pesar de que se pierde un gen que pensamos que era esencial. Nuestros próximos pasos serán buscar ejemplos adicionales de variación en las redes reguladoras de genes en insectos y tratar de determinar cómo ocurre el recableado genético en naturaleza”.
Jarvela también está interesada en investigar otros aspectos del desarrollo del mosquito que puedan verse afectados por la pérdida del gen emparejado. Además de controlar la segmentación, que es fundamental para la supervivencia, el emparejamiento influye en la fertilidad masculina en las moscas de la fruta.
«Eso significa que diferentes genes probablemente regulan la fertilidad masculina en los mosquitos, y podrían ser exclusivos del mosquito, lo que podría proporcionar una vía poderosa para controlar a los mosquitos sin dañar a otros insectos como las mariposas y las abejas«, finaliza Jarvela.
El artículo de investigación, «La transferencia de la función genética reguladora permite la pérdida de genes esenciales en los mosquitos», por Alys M. Cheatle Jarvela, Catherine S. Trelstad y Leslie Pick, se publicó el 30 de septiembre de 2020 en la revista Communications Biology.
