Un gene per domarli

ResearchBlogging.orgL’8 marzo è passato da poco e l’articolo di oggi, seppure in ritardo, vuole essere un omaggio al sesso che realmente detiene le redini del futuro di una specie. Dalla danza delle sule piediazzurri allo sfoggio di potenza degli elefanti marini, i maschi di ogni specie fanno a gara per entrare nelle grazie di una potenziale compagna perché i loro geni continuino a vivere. Noi esseri umani si è scelto di giocarcela a suon di mimose e, sebbene riconosca l’importanza della tradizione, ho optato per una scelta che non induca la mia allergia al polline a farmi diventare una maschera gonfia di lacrime e muco. Auguri.  

La lingua è quella di Mordor e non la pronuncerò qui, ma  nella lingua corrente si dice " AAATGCGTAA...". Immagine Wikimedia Commons

L’idioma è quello di Mordor e non lo pronuncerò qui, ma nella lingua corrente si dice ” AAATGCGTAA…”. Immagine Wikimedia Commons

Sauron ha fatto anche cose buone.

Prima di lui la Terra di Mezzo era dominata da una élite elfica che, insieme ad una classe media umana, preferiva non curarsi della disoccupazione imperante tra orchi e goblin. Questi ultimi, non trovando adeguato impiego dopo anni di studi specialistici, preferivano sfogare la propria frustrazione dandosi a razzie organizzate alla bell’e meglio. Fu Sauron a fornire loro uno scopo, impiegandoli stabilmente nelle forze armate e fornendogli alloggio nella ridente località di Mordor. Almeno fino a quando la sua brutta abitudine di portare i gioielli sopra l’armatura non lo tradì.

Proprio come l’unico anello di Sauron, che controllava tutti gli altri, alcuni geni possono avere un ruolo dominante nella vita di un organismo.

Nelle umide foreste asiatiche vive il mormone comune (Papilio polytes) una farfalla colorata che, nonostante il nome, non suonerà il campanello di casa vostra la domenica mattina per parlarvi del profeta. Non ho molta esperienza nel campo dei lepidotteri quindi, quando ne vedo uno che non conosco, la mia reazione è quasi sempre “NO QUESTA È LA MIA FARFALLA PREFERITA”. P.polytes non fa differenza. Tuttavia la bestia in questione non è solo bella, ma anche una esperta bugiarda. Come già sapete in molte specie animali il maschio usa trucchi e stratagemmi, come imitare il gentil sesso, per confondere i rivali e ottenere un vantaggio.

In P.polytes accade esattamente l’opposto.

Le femmine di questo insetto sono maestre nella antica arte del mimetismo batesiano, vale a dire nell’assumere i colori e le forme di alcune specie pericolose. La farfalla mormone è infatti totalmente innocua ma, imitando alcune farfalle tossiche, confonde i predatori che ci penseranno due volte prima di rischiare la propria salute per un facile pasto. Questo tipo di mimetismo è vecchio come il mondo e sicuramente conoscerete il celebre esempio del falso corallo (Anilius scytale), un serpente assolutamente non velenoso, che presenta il motivo a strisce del mortale serpente corallo (Micrurus fulvius). Ma le femmine di P.polytes non si accontentano di assomigliare ad una singola specie. Queste farfalle possono sfoggiare gli stessi colori dei maschi (forme non mimetiche) oppure assomigliare a diverse specie di lepidotteri tossici appartenenti al genere Pachiliopta (forme mimetiche).

Sono le migliori in quello che fanno. Ma quello che fanno è dannatamente complicato.

Le femmine non mimetiche (forma cyrus) assomigliano i maschi mentre gli altri tre forme (romulus, polytes, theseus) mimano farfalle velenose. Immagine Kunte et al. 2014

Le femmine non mimetiche (forma cyrus) assomigliano ai maschi mentre le altre tre forme (romulus, polytes, theseus) mimano farfalle velenose. Immagine Kunte et al. 2014

Sì perché la costruzione di un ornamento non è una roba da poco. Per ottenere gli sgargianti colori degli uccelli, ad esempio, è necessaria l’azione combinata di numerosi geni diversi collegati alla deposizione dei pigmenti colorati nelle penne e nelle altre parti del corpo. Le prime analisi effettuate su P.polytes sembravano confermare questa teoria anche per la farfalla mormone. Non essendo mai stati trovati individui con colori intermedi tra due diverse forme, è stato ipotizzato che il mimetismo in P.polytes fosse sotto il controllo di un insieme di geni tutti vicini tra loro ed ereditati come un blocco unico. Una sorta di supergene.

Siccome la vita di una farfalla è corta, dura e costellata di delusioni (prima tra tutte il vedersi raffigurate in una miriade di tatuaggi ritenuti “originali”) alcuni ricercatori hanno deciso di rendere giustizia ad un meccanismo complesso come il mimetismo batesiano ricostruendo il funzionamento del supergene.

All’interno di questo pacchetto di geni ce n’è uno particolarmente importante, chiamato doublesex, il cui prodotto svolge un ruolo essenziale nel determinare il sesso dell’individuo che lo porta. In realtà sarebbe più corretto parlare di prodotti, visto che da doublesex possono derivare proteine diverse nel caso la farfalla debba diventare maschio o femmina.

Come può un unico gene essere tradotto in due diverse maniere? Adesso provo a spiegarvelo ma, vi avviso, per farlo sono costretto a condurvi brevemente nel reame della biologia molecolare. Seguitemi e non badate alle persone che qui dimorano, esse schivano la luce del sole preferendovi l’oscurità illuminata soltanto dalla fioca luce dei loro coloranti fluorescenti. Una volta mi sono trovato per sbaglio in un laboratorio di filogenesi e, per uscirne, ho dovuto vincere una gara di indovinelli con un tecnico di laboratorio dall’aspetto particolarmente deperito.

Pronti? Via.

Come oramai saprete bene i geni, i pezzetti di DNA, vengono “copiati” su di un’altra molecola, l’RNA , prima di venire tradotti in proteina. Questo processo semplificato a volte trascura un passaggio importante, ossia le modifiche che possono avvenire sulla copia prima che questa svolga la sua funzione.

Non tutto il DNA copiato su questo RNA (detto messaggero o mRNA) verrà tradotto in proteina.

Alcune zone della nostra copia, chiamate introni, dovranno essere eliminate perché rimangano solo le sequenze che effettivamente codificano per una proteina, ovvero gli esoni. Questo processo di taglia e cuci, chiamato splicing, non avviene sempre nella stessa maniera e, a volte, può generare sequenze diverse di mRNA. Un trascritto che si sottopone a questo processo e, per esempio, viene assemblato senza uno o più esoni porterà ad un prodotto diverso rispetto alla traduzione di una copia normale.

Cominciate a capire dove voglio arrivare.

Un unico gene può, grazie allo splicing alternativo, codificare per più proteine (chiamate isoforme).

Splicing alternativo con disegnini! Daje che avete già fatto mezzo esame di biologia molecolare così. Immagine Wikimedia Commons

Splicing alternativo con disegnini! Daje che avete già fatto mezzo esame di biologia molecolare così. Immagine Wikimedia Commons

Ed è precisamente questo che succede a doublesex. Una volta copiato su mRNA, il trascritto di questo gene verrà modificato e potrà dare origine ad un prodotto specifico per un maschio o per una femmina.

Vivi? Respirate. Prendetevi un po’ di tempo. Uomini e donne più agguerriti di me e di voi hanno perso la loro battaglia contro la biologia molecolare. Ora le loro anime vagano inquiete nei corridoi delle università indossando camici consunti e sussurrando “La via è chiusa, è stata fatta dai biologi molecolari e i molecolari la custodiscono… la via è chiusa”. Narra la leggenda che solo l’erede di Barbara McClintock potrà chiamarli a raccolta per costringerli a prendere un po’ di sole.

Torniamo a preoccuparci del nostro mimetismo.

Abbiamo detto che i colori e le forme delle ali nella farfalla mormone sembravano controllate da un insieme di geni tra i quali c’è anche doublesex.

Per cercare di capire più nel dettaglio come le femmine di P.polydes acquisissero la loro capacità di mimetismo, gli autori di un lavoro pubblicato una settimana fa su “Nature” hanno sequenziato l’intero genoma di diverse farfalle, prestando particolare attenzione alle eventuali mutazioni nella zona del supergene.

Quattro dei cinque geni erano piuttosto simili tra i diversi individui. Il quinto no, e probabilmente avrete già capito di chi sto parlando.

doublesex era il caos.

Le varianti di questo gene, portate dalle forme mimetiche e da quelle non mimetiche, potevano contenere più di 1000 mutazioni diverse. Fu allora che si fece strada una seconda ipotesi. Il colore e la forma delle ali nella farfalla mormone non sono forse sotto il controllo di un grosso insieme di geni, il nostro supergene, ma piuttosto di un unico importante interruttore.

Che svolge già una funzione vitale.

Ad una femmina di P.polytes della genetica frega anche 0, visto che vive in media 7/8 giorni. Immagine Wikimedia Commons

Ad una femmina di P.polytes della genetica frega anche 0, visto che vive in media 7/8 giorni. Immagine Wikimedia Commons

Volendo testare questa idea e Ipotizzando un ennesimo ruolo dello splicing nella determinazione del mimetismo, Kunte, Zhang e i loro colleghi hanno analizzato i trascritti e i prodotti delle diverse varianti di questo gene. In effetti, dalla traduzione di doublesex si ottengono diverse isoforme, una delle quali è presente nei maschi mentre altre tre sono caratteristiche delle femmine. Che a ciascuno di questi prodotti “femminili” sia associata una colorazione particolare? Come ogni soluzione semplice ad un problema complesso (Ehi! Acqua e sale curano i tumori!) questa ipotesi è affascinante, intuitiva e sbagliata. Tutte le femmine possiedono l’intera gamma delle isoforme, indipendentemente dal fatto che siano mimetiche o meno.

La risposta deve essere in un altro castello.

Precisamente nei luoghi e nel livello di espressione di doublesex. Tutte e tre le isoforme derivanti da questo gene sono presenti in quantitativi maggiori nelle femmine mimetiche, soprattutto nella zona delle ali, a causa di una maggiore attività del gene in questi luoghi. Questa espressione elevata, unita alle mutazioni di un gene presente anche nelle forme non mimetiche e allo splicing del suo trascritto, sembra essere la causa del mimetismo.

Ma ho tralasciato un punto importante. Vi ricordate qual è il miglior modo per cambiare funzione ad un gene o, addirittura, renderlo inattivo del tutto? Bravi, permettergli di accumulare mutazioni. E doublesex ne ha più di 1000 diverse tra le forme mimetiche e non mimetiche. Questo gene deve già svolgere una funzione vitale in  P.polytes e,  nel caso questa non venga portata a termine, l’individuo rischia non solo di non avere il proprio sesso definito, ma anche di ridere agli spot televisivi con Panariello.

La morte è un balsamo al confronto.

Fortunatamente le mutazioni sembrano non aver interessato la zona del gene essenziale per la sua funzione di determinazione del sesso. O meglio, magari lo hanno anche fatto ma gli individui che le avevano erano così svantaggiati da venire spazzati via dalla sempre presente selezione naturale.

Le femmine sopravvissute e attualmente viventi si ritrovano con unico gene responsabile, oltre che del loro sviluppo, anche della loro capacità di ingannare i predatori.

Un gene per determinarle, un gene per svilupparle.

E nel buio colorarle.

FONTI

Kunte, K., Zhang, W., Tenger-Trolander, A., Palmer, D., Martin, A., Reed, R., Mullen, S., & Kronforst, M. (2014). doublesex is a mimicry supergene Nature, 507 (7491), 229-232 DOI: 10.1038/nature13112

  1. DoppiaM

    Come biologo molecolare che studia l’evoluzione dei geni della determinazione del sesso negli insetti (no, sul serio), posso testimoniare che è tutto vero. (Parlo della deficienza cronica della vitamina D.)

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