Investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF) descubren la proteína E93, de la que depende que los insectos pasen a la fase adulta. El trabajo, que puede dar pistas sobre los genes del desarrollo en organismos superiores, se ha publicado PNAS.
Un estudio de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), ha identificado el factor responsable de inducir y controlar la metamorfosis de los insectos, y determinar su paso a la fase adulta.
Se trata de la proteína E93, un factor de transcripción sin la cual los insectos no pueden finalizar la metamorfosis y hacerse adultos. El trabajo es un avance muy significativo para entender los mecanismos que controlan la metamorfosis de los insectos, pero también puede ayudar a entender el desarrollo de los organismos superiores. Es la primera vez que se identifica un factor molecular que induce la diferenciación adulta durante el periodo metamórfico de los insectos alados.
Los autores del estudio son los equipos dirigidos por David Martín- Casacuberta, en colaboración con el grupo de Xavier Franch-Marro, ambos científicos del CSIC en el Instituto de Biología Evolutiva (centro mixto del CSIC y la Universidad Pompeu Fabra). Los resultados han sido publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
David Martín, autor principal del trabajo, explica: “uno de los procesos más fascinantes durante el desarrollo de los organismos superiores consiste en la transición desde sus formas inmaduras, sin capacidad de reproducción, a formas adultas maduras. En los humanos, por ejemplo, esta transición se caracteriza por profundos cambios durante la pubertad y la adolescencia”.
Para estudiar este proceso, los insectos se han revelado como organismos-modelo muy útiles, ya que permiten caracterizar los mecanismos que controlan la diferenciación adulta durante el proceso de la metamorfosis, y pueden ayudar a entender la transición a las formas adultas de los organismos superiores.
Los insectos alados añaden un nivel de complejidad adicional, ya que presentan dos estrategias metamórficas diferentes. La primera se basa en el crecimiento directo y los insectos que la presentan, crecen en dos fases de desarrollo morfológicamente muy parecidas, la ninfa y el adulto. Ejemplos de estos insectos, denominados hemimetábolos, son las cucarachas, los saltamontes y las langostas. Hay otros insectos (los holometábolos), que presentan tres fases de crecimiento muy diferenciadas morfológicamente entre ellas (larva, pupa y adulto). Ejemplos de ellos son los escarabajos, mariposas o las moscas, entre otros.
Imprescindible para la madurez del insecto
Los investigadores han aislado e identificado el factor de transcripción E93, y han demostrado que es imprescindible para que el insecto llegue a la fase adulta, tanto en insectos holometábolos como en hemimetábolos.
Cuando los investigadores silenciaron la expresión de E93 en ninfas de la cucaracha Blattella germanica, éstas, en lugar de mudar a la fase adulta, mudaron repetidamente a fases ninfales supernumerarias, incluso en ausencia de hormona juvenil (que es la responsable de inducir la fase ninfa). El experimento, repetido con la mosca Drosophila y el gorgojo Tribolium castaneum (insectos holometábolos), tuvo exactamente el mismo resultado: ambos fueron incapaces de diferenciarse a sus formas adultas repitiendo nuevas fases de pupa.
Los investigadores también han demostrado que E93 no sólo es necesario para inducir la diferenciación adulta sino que reprime dos factores de transcripción esenciales para que se mantenga la metamorfosis: las hormonas juveniles, Krüppel-homolog 1 y Broad-Complex.
“Estos resultados demuestran, sin ambigüedades, que E93 es el factor clave e imprescindible para que se induzca y desarrolle correctamente la metamorfosis en todos los insectos alados”, afirma el biólogo David Martín.
Transcription factor E93 specifies adult metamorphosis in hemimetabolous and holometabolous insects Enric Ureña, Cristina Manjón, Xavier Franch-Marro and David Martín Proceedings of the National Academy of Sciences USA doi:10.1073/pnas.1401478111 http://www.pnas.org/content/early/2014/04/25/1401478111