Edición genética para comprender mimetismo en mariposas

La joven entomóloga Sol Parra utiliza tecnología de edición genética para comprender cómo el mimetismo de patrones de color evoluciona en mariposas.

Especies diferentes de las deslumbrantes y coloridas mariposas Heliconius son conocidas por su habilidad de desarrollar patrones de color de alas casi idénticos, una defensa evolutiva contra aves insectívoras, las cuales reconocen que mariposas con ciertos patrones de alas tienen mal sabor. Mientras más parecidas las mariposas, más rápidamente las aves aprenden a evitar comer cualquiera de ellas. 

Particularmente intrigados por dos especies, Heliconius erato y Heliconius melpomene, los investigadores quieren saber por qué cada especie tiene tantas subespecies que imitan los patrones de alas de su contraparte en la otra especie. 

Los científicos que trabajan en el Laboratorio Heliconius de Gamboa del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales descubrieron qué determina el fenotipo (características observables) en las mariposas, causando los patrones de color de alas casi idénticos: un gen en la secuencia de ADN de las Heliconius llamado WntA.

Utilizando la tecnología CRISPR de edición genética, los investigadores inyectaron huevos frescos de mariposas con una proteína llamada CRISPR-Cas9, la cual se adhiere al gene WntA y lo saca de la secuencia de ADN, cortando la cadena. Las células rellenan el espacio y reparan la cadena, pero sin la plantilla que trae el gen WntA, las mariposas adultas frecuentemente desarrollan patrones de alas asimétricos aparentemente aleatorios, lo cual prueba que el gen contiene la información que determina los patrones de color.

Pero ¿por qué este gen siempre es expresado con los mismos resultados? ¿Por qué los pares miméticos aún lucen casi idénticos, a pesar de ser diferentes especies, viviendo en diferentes regiones y condiciones?

Sol Parra, graduada de biología de la Universidad Nacional de Colombia y pasante de investigación en el laboratorio, comenzó un proyecto a principios de 2022 para estudio la región en la secuencia del ADN que precede el gen WntA, la cual puede ser la reguladora de la actividad de este gen.

“Las zonas reguladoras son áreas en la secuencia del ADN a las cuales otras proteínas se pueden adherir, y estas proteínas promueven o inhiben la expresión del gen,” explica Parra. En otras palabras, sin estas redes que regulan al gen WntA, las alas de una mariposa pueden no lucir como se espera. 

Cada mañana, Parra y el equipo recolectan huevos recién puestos por las mariposas en las plantas hospederas. Cuidadosamente pegan los minúsculos huevos a una lámina de vidrio, y los colocan bajo un microinyectador; una aguja microscópica de cuarzo inyecta los huevos con una guía de ARN, una molécula parecida al ADN, la cual lleva a la proteína CRISPR-Cas9 directo al gen WntA y lo remueve.

El equipo cuida los huevos inyectados mientras comienza el ciclo de vida de las mariposas Heliconius: dentro de tres a cuatro días una larva (oruga) sale del huevo y crece por dos a tres semanas, alimentándose de las espirales de la planta Passiflora y sintetizando alcaloides, los químicos que le dan a las mariposas su mal sabor cuando son adultas. La larva forma entonces una crisálida (pupa), donde pasa una semana hasta que una mariposa completamente desarrollada emerge; los adultos viven entre 4 a 6 meses.

Una vez que tienen una mariposa adulta, el equipo analiza cambios en los patrones de las alas y los comparan con los patrones en mariposas silvestres. “A veces se nota a simple vista,” dice Parra. “Cuando las diferencias no son tan cuantitativas, utilizamos fotografía de alta calidad para comparar, o un programa computacional que analiza patrones de color.”

Parra continuará este estudio hasta Julio, inyectando huevos y estudiando los resultados, con la esperanza de comprender cómo exactamente las regiones reguladoras en el ADN de las mariposas trabajan sobre este gen.

“He trabajado con insectos desde el principio, y me interesa cómo el mimetismo ha evolucionado en las Lepidópteras (polillas y mariposas), y los fenómenos que explican el mimetismo desde la genética,” Parra declara. Debido a que las mariposas son organismos modelos para estudios evolutivos, los resultados de esta investigación podrían revelar mucho sobre cómo se adaptan en un mundo altamente cambiante. 

El Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, en ciudad de Panamá, Panamá, es una unidad de la Institución Smithsonian. El Instituto promueve la comprensión de la naturaleza tropical y su importancia para el bienestar de la humanidad, capacita estudiantes para llevar a cabo investigaciones en los trópicos, y fomenta la conservación mediante la concienciación pública sobre la belleza e importancia de los ecosistemas tropicales. Video Promocional

Foto: Jorge Alemán, Smithsonian