Jumping in the dark side: Biston betularia si scurì grazie a un gene saltellante

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Un gruppo di ricerca dell’Università di Liverpool ha identificato con precisione la mutazione responsabile della comparsa di forme melaniche in Biston betularia, uno dei più noti e meglio documentati esempi di evoluzione e adattamento

La mutazione responsabile del melanismo industriale nella famosa falena Biston betularia è causata dall’inserimento nel suo genoma di un trasposone, una sequenza di DNA capace di “saltare” da una regione all’altra dei cromosomi. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.

In seguito alla Rivoluzione Industriale si diffuse rapidamente una variante melanica (carbonaria) di questa falena, la cui forma selvatica (typica) è normalmente chiara. Le falene melaniche, infatti, riuscivano a nascondersi più efficacemente dai predatori, alcune specie di uccelli, mimetizzandosi con le cortecce degli alberi annerite dai depositi di polveri scure derivate dalla combustione del carbone. In seguito, la diffusione della forma carbonaria è andata via via diminuendo a partire dal 1962 circa per via della riduzione delle emissioni di tali polveri ed il conseguente e progressivo sbiancamento dei tronchi, dimostrando nuovamente una straordinaria rapidità nella risposta adattativa di questa falena ai cambiamenti ambientali.

Tuttavia, la precisa identità della mutazione responsabile della comparsa della variante melanica è rimasta per lungo tempo sconosciuta. Per questo, il gruppo di genetisti guidato da Ilik J. Saccheri ha concentrato i propri sforzi nel tentativo di capire le basi genetiche di questo noto “caso studio” dell’evoluzione.

Comparando le sequenze del DNA di molti individui melanici e selvatici, questi ricercatori sono riusciti ad individuare una mutazione presente nella forma carbonaria ma mai in quella typica. Il sito identificato era una regione piuttosto ampia (diverse migliaia di paia di basi) che curiosamente presentava tutte le caratteristiche di un elemento trasponibile o trasposone (in inglese chiamato anche “jumping gene” per la sua capacità di saltare da una posizione all’altra del genoma) apparentemente esclusivo di questa specie.

Questa sequenza è inserita all’interno di un gene chiamato cortex, il cui ortologo nel moscerino della frutta è implicato nella regolazione del ciclo cellulare durante la meiosi. I risultati suggeriscono che questo trasposone aumenti in qualche modo l’espressione del gene cortex in cui è alloggiato, ma resta poco chiaro come il cambiamento dell’espressione di questo gene possa influenzare la melanizzazione portando al fenotipo carbonaria. Nonostante abbia una funzione non direttamente legata alla melanizzazione, il gene cortex sembra essere coinvolto anche nel mimetismo in altre farfalle, quelle del genere Heliconius, e potrebbe quindi essere un importante crocevia per generare nuove varianti cromatiche in diversi lepidotteri.

Inoltre, analizzando le tracce di ricombinazione genica e le mutazioni che si sono accumulate nella regione del gene cortex di falene appartenenti sia alla forma carbonaria che a quella typica, questo team di ricerca è riuscito ad individuare l’intervallo temporale in cui questa mutazione è comparsa. La probabilità più alta si attestava attorno al 1819, una data coerente con il primo avvistamento della forma melanica registrato nel 1848 a Manchester, all’incirca dopo una trentina d’anni di diffusione della variante carbonaria.

Questa scoperta contribuisce a comprendere le basi genetiche di uno dei più noti e straordinari esempi di adattamento all’ambiente e suggerisce quanto questi elementi trasponibili possano essere importanti fonti di variazione. E la luce fu… sul lato oscuro di una delle falene più famose di sempre.


Referenza:
Arjen E. van’t Hof, Pascal Campagne, Daniel J. Rigden, Carl J. Yung, Jessica Lingley, Michael A. Quail, Neil Hall, Alistair C. Darby, Ilik J. Saccheri. The industrial melanism mutation in British peppered moths is a transposable element. Nature, 2016; 534 (7605): 102 DOI:10.1038/nature17951

Immagine: David Fox / Oxford Scientific Films and The work of the group of B. Kettlewell.