Un interruttore genetico alla base della differenza nello sviluppo delle gonadi delle api

Un nuovo studio svela come la grande differenza nelle dimensioni delle gonadi nelle api del miele (Apis mellifera) tra le regine delle le operaie, in risposta alle loro distinte diete, richiede l’attivazione di uno specifico programma genetico


Le api regine si differenziano fisicamente dalle loro sorelle lavoratrici (sterili), con un corpo più grande e ovaie ingrandite che produrranno tutta la prole dell’alveare. Le future regine, in fase larvale, sono alimentate con la pappa reale ricca di zucchero, mentre le future operaie ricevono “pappa operaia” relativamente povera di zucchero (Pikaia ne ha parlato qui). Ma il grado in cui la dieta da sola determina la differenza nelle dimensioni delle gonadi tra la regina e la lavoratrice non è ancora del tutto chiaro (Pikaia ne ha parlato qui).

Un tentativo ulteriore per cercare di capire come la genetica influenzi l’assimilazione dei nutrienti e il conseguente sviluppo diversificato delle dimensioni delle gonadi è stato fatto dai ricercatori Annika Roth e Martin Beye dell’Università Heinrich-Heine di Dusseldorf con un recente studio pubblicato su PLOS Biology. I ricercatori hanno utilizzato un doppio approccio. In primo luogo hanno variato le quantità di zucchero nella dieta delle larve: i dati hanno evidenziato che un ridotto quantitativo di zucchero non ha avuto alcun effetto sullo sviluppo delle dimensioni delle gonadi, indicando che la dieta non è l’unico fattore che influenza tale tratto. Come step successivo, hanno usato lo strumento di editing genomico CRISPR/Cas9 per disattivare selettivamente un gene deputato allo sviluppo femminile generale (soprannominato gene femminizzatore) nelle giovani larve destinate a diventare operaie. A differenza dei tradizionali esami genetici, questo metodo ha permesso una rapida scoperta degli effetti delle mutazioni, senza la necessità di dover selezionare le linee attraverso incroci generazione dopo generazione.

Dallo studio è emerso che il gene femminilizzatore deve essere attivo non solo per sviluppare le ovaie, ma anche per permettere che il livello di nutrienti influenzi le loro dimensioni. Il gene femminizzatore disattivato invece porta allo sviluppo di gonadi maschili come quelle dei fuchi ed è quindi fondamentale per lo sviluppo delle femmine. Ulteriori lavori saranno necessari per determinare se lo stesso gene è sufficiente da solo a consentire lo sviluppo di ovaie più grandi nelle future regine, lavoro che richiederà tecniche per allevare esclusivamente le regine.

La scoperta può aiutare l’analisi dell’interazione dei geni e della nutrizione che guidano il dimorfismo di casta nelle api da miele. Lo studio, grazie alla capacità della modificazione genetica di vagliare rapidamente le mutazioni nelle api da miele, potrebbe inoltre porre le basi per indagini molto più ampie sul ruolo dei singoli geni e delle vie geniche nella difesa immunitaria e nel controllo comportamentale e dello sviluppo.


Fonti
Annika Roth, Christina Vleurinck, Oksana Netschitailo, Vivien Bauer, Marianne Otte, Osman Kaftanoglu, Robert E. Page, Martin Beye. A genetic switch for worker nutrition-mediated traits in honeybees. PLOS Biology, 2019; 17 (3): e3000171 DOI: 10.1371/journal.pbio.3000171


Immagine: Texas State Archives from Austin, Texas, USA [No restrictions], via Wikimedia Commons