Sono gli "interruttori" del DNA a stabilire quale ape operaia diventa regina

AGI - Individuati per la prima volta gli “interruttori” del DNA che si attivano durante la metamorfosi delle api operaie, controllando il passaggio dalla larva all’insetto adulto. La scoperta, realizzata da ricercatori dell’Università di Hiroshima e pubblicata sulla rivista Insects, offre nuove informazioni sui meccanismi molecolari che regolano lo sviluppo di uno dei principali impollinatori del pianeta, con possibili ricadute sulla sicurezza alimentare e sulla tutela della biodiversità.

La metamorfosi completa, caratteristica di circa il 75-80% delle specie di insetti, comporta profonde trasformazioni anatomiche e comportamentali pur in presenza dello stesso patrimonio genetico. Nelle api domestiche (Apis mellifera) questo processo assume un interesse particolare perché da larve geneticamente identiche possono svilupparsi individui con ruoli sociali molto diversi, come regine e operaie, grazie a sofisticati sistemi di regolazione dell’espressione genica.

Tecnologia CAGE e identificazione degli enhancer

Il gruppo coordinato da Hidemasa Bono e Kouhei Toga ha utilizzato la tecnologia CAGE (Cap Analysis of Gene Expression), che consente di individuare con precisione i siti di inizio della trascrizione dei geni, per identificare le sequenze regolatrici realmente attive durante la metamorfosi delle api operaie. Queste regioni, definite enhancer, agiscono come interruttori o regolatori di intensità in grado di accendere specifici geni e modulare il livello della loro attività.

Mappatura dei geni e nuove evidenze sperimentali

L’analisi ha permesso di mappare 17.349 siti di inizio della trascrizione e individuare 842 potenziali enhancer, molti dei quali localizzati all’interno degli stessi geni che regolano lo sviluppo. A differenza degli studi precedenti, basati soprattutto su previsioni bioinformatiche, la nuova ricerca ha identificato queste sequenze direttamente a partire dall’RNA prodotto nelle api operaie durante le diverse fasi della metamorfosi, fornendo così una prova sperimentale della loro attività.

Reti genetiche e ruolo del fattore tramtrack

I ricercatori hanno inoltre ristretto la rete di regolazione a 15 relazioni specifiche tra fattori di trascrizione, enhancer e geni bersaglio coinvolti nel processo di sviluppo. Particolare attenzione è stata dedicata al fattore di trascrizione tramtrack (ttk), i cui siti di legame sono stati individuati in cinque enhancer associati a quattro geni, tra cui Broad complex (Br-c), uno dei principali regolatori della metamorfosi negli insetti.

Differenze evolutive tra le specie di api

Un risultato inatteso riguarda la conservazione di queste sequenze regolatrici nelle specie del genere Apis. I siti di legame di ttk risultano infatti perfettamente conservati nelle api mellifere, ma differiscono da quelli osservati in altri apoidei come i bombi. Secondo gli autori, questa singola variazione nucleotidica potrebbe rappresentare un adattamento evolutivo associato allo sviluppo della complessa organizzazione sociale delle api domestiche.

Implicazioni per biodiversità e sicurezza alimentare

Gli studiosi sottolineano che saranno necessari ulteriori esperimenti per validare le funzioni dei nuovi enhancer identificati e ricostruire in modo completo le reti genetiche coinvolte nello sviluppo delle operaie. Comprendere i meccanismi molecolari che regolano la crescita e la differenziazione delle api potrebbe tuttavia contribuire ad affrontare le crescenti minacce che gravano sugli impollinatori a livello globale. “Le api mellifere sono i principali impollinatori di numerose colture, comprese le fragole, e svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento della biodiversità”, spiegano gli autori. Una conoscenza più approfondita dei processi biologici che ne regolano lo sviluppo potrebbe quindi avere implicazioni che vanno dall’apicoltura alla sicurezza alimentare mondiale fino alla conservazione degli ecosistemi.