De obrera a reina por un puñado de genes

Hormiga dinosaurio, ‘Dinoponera quadriceps’. / Chris Tranter

Un estudio ha analizado los cerebros de reinas y obreras de la hormiga dinosaurio y un tipo de avispa papelera para comprobar si las diferencias entre castas se podrían explicar por las variaciones en cómo se lee y se regula el genoma. El trabajo, publicado en PNAS, revela que las castas en estos insectos se diferencian por cambios sutiles, pero no aleatorios, en la disposición de las redes génicas.

“Encontramos muy pocas diferencias en la expresión y la especialización funcional de los genes entre reinas y obreras”, afirma Solenn Patalano, investigadora del programa de epigenética del Babraham Institute y coautora del trabajo, en el que también participan investigadores de la Universidad de Bristol y del Centro de Regulación Genómica (Barcelona, España).

“En ambos casos, menos del 1% del genoma mostraba diferencias notables en los niveles de expresión. Estos resultados eran totalmente inesperados, puesto que en las abejas existen centenares de genes implicados en diferenciar reinas y obreras”, concreta Patalano.

Las reinas y obreras de avispas papeleras y hormigas dinosaurio tienen la misma apariencia. Los investigadores solo podían identificar el rol de cada individuo observando su comportamiento y las interacciones sociales. Para conseguirlo, los investigadores identificaron los insectos con pequeños puntos de colores o etiquetas para así poder estudiarlos en su hábitat natural.

“A diferencia de las abejas, que ya en el estadio larvario y de forma irreversible tienen su destino como obrera o reina definido, las avispas papeleras y las hormigas dinosaurio son capaces de cambiar su rol de obrera a reina en cualquier momento de su vida. Se cree que esta flexibilidad podría explicar los primeros estadios de la evolución de las castas, cuando se formaron las sociedades más simples”, explica Seirian Sumner, profesora en la Universidad de Bristol y coautora del trabajo.

“Esto sugiere que no hay un único gen responsable de la regulación de la diferenciación entre castas en las sociedades simples, y que en el comportamiento social simple, los genes actúan en redes interconectadas implicando a muchos genes aunque estos tengan poco efecto,” añade la científica.

Los autores también comprobaron si había modificaciones epigenéticas en el ADN (concretamente, metilación del ADN) que pudieran estar regulando estas sutiles redes génicas. “Sorprendentemente no encontramos ninguna evidencia que muestre una expresión de los genes dirigida por la metilación del ADN específica para reinas y obreras. Es más, los genomas de avispas y hormigas carecen de fuertes marcas epigenéticas,” explica Patalano.

“Creemos que esta ausencia de restricción e implicación molecular permite que el genoma sea más abierto y tenga capacidad para reaccionar, facilitando así la plasticidad en el comportamiento como vemos en estas especies”, concluye.

El primer genoma de una avispa social

El equipo de investigadores ha secuenciado el primer genoma de una avispa social. Hasta el momento estaban disponibles las secuencias de los genomas de once especies de hormigas y tres de abejas. Esta secuenciación completa el trío de los himenópteros sociales (abejas, avispas y hormigas) y ofrece, según los científicos, una comprensión más equilibrada de las bases moleculares de la sociabilidad en insectos. Al mismo tiempo, abre nuevas vías de investigación hacia un grupo de insectos que el equipo ha calificado como “algo descuidado”.

“Este trabajo ilustra la relevancia de la aproximación genómica, mediante la secuenciación del genoma y el transcriptoma, para comprender el comportamiento animal. La genómica nos ayuda a descubrir las bases genéticas que hay detrás de las características del comportamiento”, explica Roderic Guigó, Coordinador del Programa de Bioinformática y Genómica del Centro de Regulación Genómica y coautor del trabajo.

“Estamos emocionados por descubrir los mecanismos moleculares que en estas avispas y hormigas permiten cambiar de obreras a reinas. Existen aplicaciones de estos principios en las células madre humanas que les permite ser más plásticas y con potencial para conseguir terapias con células madre en el futuro”, concluye Wolf Reik, Jefe del Programa de Epigenética en el Babraham Institute y coautor de la investigación.