Regulació gènica, evolució i explotació de nous hàbitats

Organització del sistema de tràquees a Drosophila (A) i Tribolium (B)
Organització del sistema de tràquees a Drosophila (A) i Tribolium (B)

Els canvis en la regulació de dos gens expliquen la forma més evolucionada del sistema respiratori de Drosophila a partir d’un sistema més primitiu

Publicat a la revista Development

Els canvis en la morfologia dels òrgans han permès als animals explotar millor diversos hàbitats. Atès que la morfologia dels òrgans està sota el control dels gens, les modificacions genètiques proporcionen la base per a una àmplia gamma de morfologies. No obstant això, el nostre coneixement de les bases genètiques de la diversificació fenotípica en l'evolució s'ha centrat principalment en els trets quantitatius, i no està clar com canvis genètics simples poden donar lloc a òrgans funcionals modificats. El treball dels grups de Jordi Casanova a l'IRB Barcelona i al IBMB i Xavier Franch-Marro a l'IBE han abordat aquesta qüestió mitjançant l'anàlisi de l'expressió i funció de gens reguladors del desenvolupament dels sistemes traqueals de dues espècies d'insectes.

El sistema traqueal de larves de mosques Drosophila es distingeix del sistema traqueal menys evolucionat de l'escarabat Tribolium per dues característiques principals. En primer lloc, el Tribolium té espiracles laterals que connecten la tràquea amb l'exterior en cada segment, mentre que Drosophila té només un parell d’espiracles posteriors. En segon lloc, Drosophila, però no Tribolium, té dues branques longitudinals prominents que distribueixen l'aire des dels espiracles posteriors. Totes dues innovacions, tot i afectar estructures diferents, són funcionalment dependents entre si i estan vinculades a l'ocupació de l'hàbitat. Així, les larves de Drosophila enterrades en entorns semi-líquids mantenen els seus espiracles posteriors sobre la superfície i distribueixen l’aire al llarg del cos a través dels troncs dorsals. Per contra, els espiracles laterals de les larves de Tribolium, que no estan adherides a cap substrat, proporcionen suficient flux d'aire a tots els segments que fan innecessària la formació de gruixuts troncs dorsals.

El treball publicat a Development mostra que l'adquisició de cada innovació s'associa amb canvis en els dominis d'expressió de factors de transcripció individuals, spalt i cut respectivament. No obstant això, les dues modificacions genètiques estan connectades funcional i genèticament, el que proporciona un escenari evolutiu que dóna compte de l'evolució coordinada d’estructures funcionalment relacionades.

Article de referència:

Cristina de Miguel, Friedemann Linsler, Jordi Casanova, Xavier Franch-Marro

Genetic basis for the evolution of organ morphogenesis. The case of spalt and cut in development of insect trachea

Development (2016) : doi: 10.1242/dev.134924