Regulación génica, evolución y explotación de nuevos hábitats

Organización del sistema de tráqueas en Drosophila (A) y Tribolium (B)
Organización del sistema de tráqueas en Drosophila (A) y Tribolium (B)

Los cambios en la regulación de dos genes explican la forma más evolucionada del sistema respiratorio de Drosophila a partir de un sistema más primitivo

Publicado en la revista Development

Los cambios en la morfología de los órganos han permitido a los animales explotar mejor diversos hábitats. Como la morfología de los órganos está bajo control de los genes, las modificaciones genéticas proporcionan la base para la amplia gama de morfologías. Sin embargo, como nuestro conocimiento de las bases genéticas de la diversificación fenotípica en la evolución se ha centrado principalmente en los rasgos cuantitativos, no está claro cómo los cambios genéticos simples pueden dar lugar a órganos funcionales modificados. El trabajo de los grupos de Jordi Casanova en el IRB Barcelona y el IBMB y Xavier Franch-Marro en la IBE han abordado esta cuestión mediante el análisis de la expresión y función de genes reguladores en los sistemas traqueales en desarrollo de dos especies de insectos.

El sistema traqueal de las larvas de Drosophila se distingue del sistema traqueal menos evolucionado del escarabajo Tribolium por dos características principales. En primer lugar, Tribolium tiene espiráculos laterales que conectan la tráquea con el exterior en cada segmento, mientras que Drosophila tiene sólo un par de espiráculos posteriores. En segundo lugar, Drosophila, pero no Tribolium, tiene dos ramas longitudinales prominentes que distribuyen el aire desde los espiráculos posteriores. Ambas innovaciones, a pesar de afectar a estructuras diferentes, son funcionalmente dependientes entre sí y están vinculadas a la ocupación del hábitat. Así, las larvas de Drosophila enterradas en entornos semi-líquidos mantienen sus espiráculos posteriores en la superficie y distribuyen el aire a lo largo del cuerpo a través de los troncos dorsales. Por el contrario, los espiráculos laterales de las larvas de Tribolium, que no están adheridas a ningún sustrato, proporcionan suficiente flujo de aire a todos los segmentos por lo que es inncesaria la formación de gruesos troncos dorsales.

El trabajo publicado en Development muestra que la adquisición de cada innovación se asocia con cambios en los dominios de expresión de factores de transcripción individuales, spalt y cut respectivamente. Sin embargo, las dos modificaciones genéticas están conectadas funcional y genéticamente, lo que proporciona un escenario evolutivo que da cuenta de la evolución coordinada de estructuras funcionalmente relacionadas.

Artículo de referencia:

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