La función y la evolución de un interruptor genético que controla la diferenciación ocular con dimorfismo sexual en las abejas


Los investigadores de abejas de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), encabezados por el profesor Dr. Martin Beye, han identificado un nuevo gen en las abejas, que es responsable de la diferenciación ocular dimórfica entre machos y hembras de la especie. 


por Arne Claussen, Universidad Heinrich-Heine de Düsseldorf


Los investigadores ahora han presentado este gen y las conclusiones genéticas evolutivas que han extraído de él en la revista Nature Communications .

Las diferencias entre machos y hembras son muy comunes en los organismos animales. No se limitan únicamente a la diferenciación morfológica, es decir, diferencias en la forma y estructura de los animales, sino que también afectan la fisiología y el comportamiento. Esto se aplica por igual a los invertebrados y vertebrados. Este ” dimorfismo sexual ” contribuye a la diversidad biológica de los organismos, con ejemplos que incluyen el colorido plumaje y las colas de los pavos reales macho o la coloración de las mariposas.

Sin embargo, nuestro conocimiento sobre los mecanismos de desarrollo y evolución que gobiernan este dimorfismo es todavía limitado. Se ha identificado un gen regulador del desarrollo, el “gen dsx”, en organismos modelo genéticos. Pero este gen por sí solo no puede especificar el dimorfismo sexual en otros organismos. Además, se desconocía cómo surgió una función de desarrollo específica del sexo durante el curso de la evolución, ya que la ventaja en un sexo genera una desventaja en el otro sexo.

El campo de especialización del grupo de trabajo encabezado por el profesor Martin Beye del Instituto de Genética Evolutiva de HHU es la abeja melífera (Apis mellifera), que exhibe un pronunciado dimorfismo en los ojos de machos y hembras: los machos tienen ojos compuestos extremadamente grandes, lo que les permite para localizar a la reina durante los vuelos de apareamiento. Las hembras tienen pequeños ojos compuestos, que sin embargo son suficientes para orientarse y encontrar flores.

Junto con colegas de la Universidad de Wageningen en los Países Bajos, el profesor Beye y su equipo examinaron el genoma completo de la abeja en busca de posibles genes reguladores del desarrollo específicos del sexo e identificaron lo que llamaron el “gen glubschauge”.

Este gen regula la morfología ocular específica del sexo. Los investigadores procedieron de la siguiente manera: utilizando el método CRISPR/Cas9, desactivaron el gen en las hembras, lo que resultó en que los animales desarrollaran la forma de ojo de los machos de la especie. Por el contrario, agregaron el gen a los machos, lo que resultó en que desarrollaran ojos como las hembras. Al hacerlo, identificaron un nuevo gen de desarrollo que ha surgido a lo largo de la evolución, también conocido como “factor de transcripción”.

El profesor Beye afirmó: “Nuestros hallazgos indican cómo se puede regular la diversidad de las características sexuales secundarias durante el desarrollo. Pudimos demostrar el siguiente principio: utilizar un programa de instrucción genética separado para cada característica. No existe una instrucción general para el organismo como entero en las abejas“.

Los investigadores también estaban interesados ​​en la historia evolutiva del “gen glubschauge”: ¿Cómo llegó este gen a tener su función determinante del sexo? El profesor Beye dice: “Nuestros hallazgos resuelven un misterio de larga data en la biología evolutiva . Hasta la fecha, no se ha encontrado evidencia de instancias en las que el efecto positivo en la evolución de una característica sexual no conduzca a una desventaja en el otro sexo. Ahora podemos para mostrar cómo esto puede funcionar”.

Usando análisis de secuencia evolutiva, el equipo de investigación estableció que esta función específica del sexo solo surgió durante la evolución de los himenópteros. Descubrieron que la expresión específica del sexo evolucionó primero, mientras que la función de desarrollo surgió posteriormente. “La regulación específica del sexo inicial limita el cambio de desarrollo posterior a un solo sexo. Así que hemos demostrado un camino molecular a través del cual el dimorfismo sexual puede originarse evolutivamente”, dice Beye.

Más información: Oksana Netschitailo et al, La función y evolución de un interruptor genético que controla la diferenciación ocular con dimorfismo sexual en las abejas, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36153-4