Un team di ricerca internazionale che lavora presso lo Smithsonian Tropical Research Institute di Panama ha eliminato un singolo gene di controllo nel DNA di sette diverse specie di farfalle. Nel 18 settembre Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze prima edizione online, rivelano i sorprendenti risultati del ricablaggio del gene WntA:un singolo gene influenza l'esuberante diversità dei modelli di ali di farfalla in natura.

"I modelli di ali di farfalla sono incredibili:" ha detto Owen McMillan, scienziato del personale di STRI e coautore, "una vera novità evolutiva, altamente diversificata e fortemente modellata dalla selezione naturale e sessuale. Attraverso l'ingegneria genetica di individui di specie diverse, stiamo rapidamente facendo i conti con come viene generata questa diversità. Sorprendentemente, un singolo gene, e uno che viene utilizzato ripetutamente durante lo sviluppo, può avere effetti enormi." La proteina WntA è una molecola di segnalazione molto conservata. Il gene WntA fa parte di una piccola famiglia di geni che influenzano i piani corporei e altri modelli durante lo sviluppo degli insetti. Codifica per una molecola proteica secreta che sembra agire come un segnale diffusibile, un cosiddetto morfogeno, che stabilisce le posizioni di tipi cellulari specializzati all'interno di un tessuto. Il termine morfogeno è stato coniato da Alan Turing, il padre dell'informatica teorica e dell'intelligenza artificiale che si interessava alle basi chimiche della morfogenesi.

"Immagina un'immagine dipinta per numero di una farfalla, " ha detto McMillan. "Le istruzioni per colorare l'ala sono scritte nel codice genetico. Eliminando alcune delle istruzioni, possiamo dedurre quale parte dice "dipingi il numero due di rosso" o "dipingi il numero uno di nero". Certo, è molto più complicato di così perché ciò che sta effettivamente cambiando sono le reti di geni che hanno un effetto a cascata su modelli e colori".

"Lavorare nel nuovo laboratorio dello Smithsonian a Gamboa, Panama, abbiamo iniettato uova di farfalla con una sonda a RNA che si attaccava a parte del codice genetico, un gene chiamato WntA, che sospettavamo avesse un ruolo nell'espressione del colore, " disse Carolina Concha, Assegnista di ricerca in Biogenomica presso STRI. "Dopo aver eliminato il gene, abbiamo lasciato crescere le farfalle e abbiamo confrontato i modelli di ali dei mutanti knockout con i modelli di ali originali, ", ha affermato Richard Wallbank, borsista post-dottorato STRI e Cambridge.

Ripetendo la stessa procedura in sette diverse specie di farfalle e confrontando i risultati, il team ha scoperto modi inaspettati in cui il gene WntA influenza lo schema delle ali.

"Tornando all'analogia vernice per numero, "Numero uno" può muoversi intorno all'ala in diverse specie di farfalle, e anche in diverse varianti di colore della stessa specie. Nei monarchi, Per esempio, il gene è espresso con precisione fine lungo le vene alari. In contrasto, ad Heliconio, un gruppo noto per i modelli di ali vividi, il gene è espresso in pennellate audaci essenzialmente dalla punta alla base dell'ala. E diventa ancora più folle, perché il colore di 'Numero uno' può cambiare a seconda del contesto, passando tra diversi pigmenti colorati e persino cambiando il modo in cui la luce viene riflessa. Nelle farfalle, il colore è una funzione sia del pigmento che delle proprietà strutturali delle cellule delle squame che ricoprono l'ala, " ha detto McMillan.

WntA è stato uno dei primi geni scoperti per essere coinvolti nel patterning in Heliconius da Arnaud Martin, when working as a STRI Short-term Fellow during his Ph.D. ricerca. The team can predict how many different genes this one regulatory gene controls based on the number of potential regions along the gene that it can bind to. 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."