La genetica dei pattern alari nelle farfalle

Passate ibridazioni tra specie di farfalle del genere Heliconius avrebbero favorito e velocizzato l’evoluzione di nuovi pattern delle loro ali

La storia evolutiva dei caratteri può essere, alle volte, strettamente connessa a quella delle loro regioni regolatorie (p.es. i cambi di pigmentazione addominale o la presenza di macchie scure sulle ali nel genere Drosophila). Infatti, non sempre le mutazioni che si presentano in quest’ultime determinano una radicale alterazione di importanti funzioni vitali. In effetti, modificazioni su questi elementi regolatori possono produrre effetti su grande scala, se, ad esempio, vi è un coinvolgimento dei fattori di trascrizione. L’evolversi di questi processi è graduale, fatta eccezione degli eventi di radiazione, nei quali, al contrario, i cambiamenti morfologici possono raggiungere tassi più rapidi. Tuttavia, informazioni al riguardo sono decisamente scarse.

In uno studio, pubblicato su PLOS Biology, è stato analizzato proprio questo aspetto, avendo preso in considerazione i pattern cromatici delle ali delle farfalle del genere Heliconius (nativo delle regioni tropicali e sub-tropicali del continente americano). Le farfalle, in generale, hanno una miriade di motivi alari, risultanti da una serie di combinazioni di pigmenti e ultrastrutture, e spesso sono oggetto della pressione selettiva per via delle diverse funzioni che assolvono (p.es. mimetismo, riproduzione). Studi precedenti hanno mostrato che la regolazione del fattore di trascrizione optix, da parte di una regione non codificante posta a valle, modulerebbe l’espressione del rosso nell’ala, portando, quindi, a una più ampia diversità di pattern tra le specie di Heliconius. Gli autori dello studio hanno voluto approfondire anche questo aspetto, ovvero andare a vedere quali fossero i loci di questa regione regolatoria responsabili del controllo dell’espressione di optix e quindi del rosso in Heliconius. Attraverso il sequenziamento del genoma di 142 individui di 17 specie diverse, è emerso che i pattern del rosso sono regolati differentemente nelle diverse linee, da parte di due elementi regolatori: in particolare, uno causa l’originarsi di strisce sull’ala posteriore (fenotipo ray), mentre l’altro macchie rosse sull’ala anteriore (fenotipo dennis). Questi due fenotipi possono presentarsi singolarmente o insieme nelle specie di Heliconius (p.es. specie con solo il fenotipo dennis, specie con solo il fenotipo ray oppure specie con entrambi i fenotipi) e attualmente, sono considerati molto comuni in Amazzonia.

Ciò nonostante, le analisi filogenetiche suggeriscono che questa condivisione non sia il risultato di una convergenza evolutiva, bensì di un’introgressione genetica dovuta a passate ibridazioni, avvenute a partire da due milioni di anni fa. I due moduli regolatori infatti si sarebbero originati una sola volta nel corso dell’evoluzione e i nuovi pattern sarebbero il risultato dello scambio di queste sequenze tra le diverse linee. Il fenotipo ray, originatosi nella specie H. melpomene (anche detta farfalla postino), avrebbe seguito due introgressioni, una nella specie H. timareta all’incirca 1 milione di anni fa e una, e più recentemente in H. elevatus (si veda figura). Invece, il fenotipo dennis sarebbe stato acquisito da H. melpomene due milioni di anni fa, grazie a degli incroci con H. elevatus, e successivamente da H. timareta, ibridatasi con H. melpomene (si veda figura). Quindi, lo scambio di questi enhancer tra specie diverse di Heliconius avrebbe facilitato la nascita di nuove combinazioni fenotipiche, velocizzando, inoltre, la loro evoluzione durante una fase di radiazione.


Riferimenti
Wallbank R.W.R. et al. (2016). Evolutionary Novelty in a Butterfly Wing Pattern through Enhancer Shuffling. PLOS Biology, 2016; 14 (1): e1002353 DOI: 10.1371/journal.pbio.1002353

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