Descubierto el mecanismo que controla la formación de la pupa en la metamorfosis de los insectos

E93, Krüppel-Homolog 1 y Broad-Complex son proteínas que actúan secuencialmente para dirigir la metamorfosis. Si se inhibe cualquiera de las tres, el insecto no llegará a ser adulto y por tanto no podrá reproducirse. Dirigido por investigadores del IBE, se publica esta semana en la revista PLOS Genetics.

 

Imagen en microscopía electrónica de una pupa (izquierda) y un adulto (derecha) del escarabajo de la harina Tribolium castaneum.La metamorfosis permite a los organismos pasar de formas juveniles a formas adultas con capacidad de reproducirse. Es un proceso prodigioso que en humanos se reduce a la pubertad, pero que en los insectos implica cambios morfológicos mucho más radicales, tales como pasar de oruga a mariposa. Esta semana, científicos del Instituto de Biología Evolutiva (IBE) publican en la revista PLOS Genetics un estudio que explica el mecanismo clave que regula este proceso en los insectos.

Aunque la gran mayoría de insectos realizan la metamorfosis, estos se pueden dividir en dos grupos según si hacen la metamorfosis sencilla, pasando de larva a adulto directamente como las cucarachas, o si hacen la metamorfosis completa, es decir, pasando por el paso intermedio de pupa, como en el caso de escarabajos, mariposas o moscas.

De hecho, "la aparición de la metamorfosis completa y de la pupa en particular fue una innovación evolutiva para permitir una mayor transformación morfológica y que así las formas juveniles y adultas no tuvieran que competir por las fuentes de alimento" , afirma David Martín, codirector del estudio junto con Xavier Franch.

A pesar de conocer los principales agentes implicados en la regulación de este proceso, hasta ahora no se conocía como interactuaban. En este sentido, los mismos investigadores del IBE ya descubrieron en 2014 que la proteína E93 es la responsable de promover la metamorfosis. Así mismo, ya eran conocidos los otros dos elementos esenciales: Krüppel-Homolog 1 y Broad-Complex, encargados de frenar a E93 y de inducir la formación de la pupa respectivamente.

Una enredada malla de interacciones

Ahora, el mismo grupo de científicos ha podido desentrañar la red de regulación que coordina la formación de la pupa. En primer lugar, utilizando diferentes insectos con metamorfosis sencilla y completa, han estudiado los niveles de expresión de E93, Krüppel-Homolog 1 y Broad-Complex en las diferentes fases del desarrollo. En paralelo, han forzado la reducción de los niveles de las tres proteínas mediante la utilización de ARN de interferencia para así ver cuáles eran las consecuencias.

Los resultados indican que el primer elemento en actuar es Krüppel-Homolog 1, que mantiene a E93 a raya y así el insecto se queda en fase juvenil. Al final de esta etapa, Krüppel-Homolog 1 desaparece haciendo que los niveles de E93 aumenten considerablemente y se inicie la metamorfosis. En el caso de los insectos con una metamorfosis simple, aquí se acaba la historia. Pero, los investigadores han visto que en los insectos que hacen una metamorfosis completa, existe otro pico de Krüppel-Homolog 1 al final de la vida juvenil, corto, pero suficiente para reprimir de forma momentánea a E93 y así frenar el paso directo a adulto. Esta inhibición puntual de E93, es la que permite la expresión de Broad Complex, encargado de promover la formación de la pupa.

Este estudio ha permitido caracterizar cómo interactúan los elementos imprescindibles de la metamorfosis, a fin de generar un nuevo estadio del desarrollo, la pupa. "Gracias a los nuevos conocimientos se podrán diseñar nuevos insecticidas que actúen en los diferentes niveles del ciclo vital de los insectos", afirma Franch. "Las tres proteínas son esenciales y muy específicas de los insectos, así que con inhibir una de ellas se lograría controlar las plagas de cucarachas y otros insectos", sigue.

Artículo de referencia:

Ureña; E.; Chafino, S.; Manjón, C.; Franch-Marro, X.; Martín, D. (2016). The Occurrence of the Holometabolous Pupal Stage Requires the Interaction between E93, Krüppel-Homolog 1 and Broad-Complex. PLoS Genet 12(5):e1006020. doi: 10.1371/journal.pgen.1006020.

Via: Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF)

 

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