Coccinelle più rosse o più nere?

Inversioni cromosomiche e differenze nella lunghezza delle sequenze dell’introne di un singolo gene sono alla base dell’elevata variabilità morfologica intraspecifica della coccinella arlecchino


Esistono circa 6000 specie di coccinelle (famiglia Coccinellidae) descritte in tutto il mondo. Tutte sono caratterizzate da elitre dai motivi rossi e neri, che hanno la funzione di avvertire i predatori del sapore amaro e sgradevole di questi insetti, causato dalla presenza di alcaloidi nei loro fluidi corporei. Benché la maggior parte delle specie di coccinelle presenti un singolo disegno nella punteggiatura delle elitre, ne esistono alcune caratterizzate da una elevata variabilità intraspecifica, con prevalenza di colore rosso o nero a seconda dell’individuo considerato.

Per studiare questo particolare fenomeno, un team di ricercatori del National Institute for Basic Biology in Giappone ha focalizzato la propria attenzione sulla specie asiatica Harmonia axyridis, nota anche come coccinella arlecchino. Nel loro studio, pubblicato su Nature Communications, gli scienziati hanno evidenziato come le più di 200 combinazioni di colori descritte in questi coleotteri siano regolate da un singolo gene chiamato “pannier”, già noto per il suo coinvolgimento nello sviluppo embrionale e nella suddivisione del corpo in Drosophila melanogaster.

Il gene viene espresso nelle regioni di colore nero, dove il pigmento rosso non viene depositato. La sua inibizione durante lo sviluppo della pupa provoca la perdita dei motivi prevalentemente neri e la formazione di disegni a prevalenza rossa sulle elitre. Il gene pannier, quindi, ha una doppia funzione: l’induzione della pigmentazione nera e la soppressione di quella rossa sulle elitre. Un risultato analogo è stato ottenuto analizzando lo stesso gene nella coccinella comune (Coccinella septempunctata), diffusa in tutto il mondo.

L’analisi del genoma delle coccinelle ha rivelato che la sequenza di DNA non codificante che identifica il gene pannier di H. axyridis è più lunga rispetto a quelle attualmente disponibili appartenenti ad altri insetti olometaboli, tra cui ditteri come Drosophila melanogaster, lepidotteri come Bombyx mori, imenotteri come Apis mellifera ed altri coleotteri come C. septempunctata, caratterizzata da un unico “disegno” delle elitre (rosso acceso con sette punti neri, da cui deriva il nome della specie).

Il successivo confronto tra le sequenze geniche di individui di H. axyridis caratterizzati da diversi motivi ha mostrato che le varie combinazioni di colori sono da associarsi a differenze nella sequenza di DNA del primo introne del gene pannier. Questa regione del gene sarebbe anche stata soggetta a ripetute inversioni cromosomiche, fattore che gli scienziati hanno per la prima volta associato alla differenziazione morfologica intraspecifica, riconoscendolo come una delle forze che guidano l’evoluzione morfologica degli organismi viventi.

Saranno le ricerche future a investigare i meccanismi regolatori del gene pannier e a chiarire se esso sia responsabile anche delle più di 20 combinazioni minori di colori tipiche di H. axyridis.


Riferimenti:
Teruyuki Niimi, Toshiya Ando, Takeshi Matsuda et al. Repeated inversions within a pannier intron drive diversification of intraspecific colour patterns of ladybird beetles. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-06116-1

Immagine credit: NIBB