Ridipingere le farfalle si può, grazie a CRISPR

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La biodiversità è un meraviglioso intreccio di genetica ed evoluzione e le ali delle farfalle ne sono uno degli esempi più affascinanti, con la loro varietà di disegni, macchie e colori. Capire come le stesse reti geniche diano luogo a effetti visivi tanto diversificati nelle migliaia di specie di lepidotteri esistenti è rimasto a lungo il sogno di tanti entomologi e biologi evoluzionisti. La novità è che ora gli scienziati dispongono di una tecnica così versatile e semplice da poter essere impiegata anche in organismi prima difficilissimi da ingegnerizzare. Ovviamente parliamo di CRISPR, il sistema di modificazione genetica che è stato utilizzato in due esperimenti descritti questa settimana sulla rivista PNAS, per manipolare la tavolozza genetica naturale e studiare come cambiano di conseguenza quei dipinti su tela biologica che sono le ali. Ne abbiamo discusso con Alessio Vovlas, un entomologo dell’associazione Polyxena che ha studiato sia gli aspetti molecolari che quelli ecologici delle farfalle italiane.

150777_webRobert Reed della Cornell University e i suoi colleghi hanno disattivato due geni, scoprendo che esercitano un ruolo determinante per l’aspetto delle ali. WntA imposta lo schizzo, mentre optix pennella i colori. È l’inizio di una nuova stagione di ricerca?

I ricercatori hanno modificato sette specie di quel numerosissimo gruppo di farfalle che sono chiamate Ninfalidi perché abitano i boschi. Oltre ad estendere l’esperimento sui lepidotteri, sarebbe interessante lavorare sulle libellule, in cui il pigmento ommocromo (quello su cui agisce optix) colora diversamente maschi e femmine. Varrebbe anche la pena di provare la stessa tecnica di modificazione genetica sulle coccinelle, per capire cosa determina il numero dei puntini sulle ali. CRISPR contribuirà a svelare meccanismi che non sono solo intriganti per motivi estetici ma hanno anche funzioni importanti dal punto di vista biologico. Le applicazioni in entomologia possono essere molte.

A cosa serve avere ali belle e colorate?

Forma e colori hanno due funzioni principali per le farfalle. Permettono il riconoscimento fra individui della stessa specie, ai fini dell’accoppiamento, e consentono di sfruttare il mimetismo per nascondersi dai predatori. Alcune specie mimano l’aspetto delle foglie della pianta nutrice (Gonepteryx cleopatra), o la corteccia. In qualche caso la femmina ha un colore diverso dal maschio, per mimetizzarsi sul terreno durante la deposizione delle uova (Polyommatus icarus). A volte la colorazione ha anche una funzione di minaccia, come nel macaone e in altre farfalle gialle e nere. Non a caso sono i colori che utilizziamo anche noi per indicare un pericolo nei luoghi di lavoro. Allo stadio di bruco questi lepidotteri sequestrano alcaloidi tossici dalle piante nutrici di cui si alimentano. Quindi, mostrando colori vistosi, comunicano ai predatori la propria scarsa appetibilità.

Disattivando il gene WntA cambia il pattern alare. Bloccando optix la maggior parte delle farfalle studiate si scurisce, diventando grigia e nera. Ma nella specie Junonia coenia si crea un’iridescenza bluastra. Cosa la stupisce di più?

Le ali delle farfalle sono ricoperte di squame, che possono essere pigmentate o presentare rilievi e striature che producono fenomeni di rifrazione della luce. Non sono così meravigliato che cambiando i pigmenti ci siano effetti sull’iridescenza. In generale però gli esemplari modificati che hanno acquisito una colorazione scura, melanica, mi fanno pensare agli scambi fra appassionati, che un tempo avevano il culto delle aberrazioni. Un’ipotesi, tutta da verificare, è che in quegli individui – tanto apprezzati per la loro rarità e venduti alle fiere – fossero insorte spontaneamente le stesse mutazioni che ora sono state indotte intenzionalmente dai ricercatori.         

Per fare studi come quelli di PNAS sono interessanti anche le farfalle italiane?

Con le nostre 289 specie siamo la nazione europea con la più alta biodiversità di lepidotteri. La maggior parte delle specie editate con CRISPR in questi esperimenti sono sud-americane, ma un paio sono diffuse anche in Italia: la Pararge aegeria (prevalentemente marrone) e la Vanessa cardui (con sfondo arancione). Va detto che i pattern alari non sono un criterio infallibile per il riconoscimento intra e inter-specifico. A noi per esempio la genetica è servita per distinguere due specie praticamente identiche: Zerynthia polyxena e Zerynthia cassandra. Quest’ultima risultava solo come sottospecie ma ora è stata elevata al rango di specie e risulta un endemismo italiano, con una distribuzione che va dal Po alla Sicilia.

In Europa le farfalle sono in declino per la riduzione degli habitat. Qual è la situazione in Italia, e cosa fate voi in Puglia?

La lista rossa italiana censisce 18 specie di lepidotteri diurni minacciati, ma definisce come stabili la maggior parte delle popolazioni. A Monopoli sorge Farfalia, che è una casa delle farfalle. In Italia ce ne sono una decina ma le altre ospitano specie tropicali. La nostra è l’unica che alleva specie autoctone; abbiamo ricreato un ambiente mediterraneo all’interno di una serra per allevarle e poi le liberiamo nelle aree parco per effettuare dei ripopolamenti. Un dato positivo è l’aumento dei giardini delle farfalle, ovvero delle aree in cui ci sono piante utili per la sosta, l’alimentazione e la riproduzione dei lepidotteri. 

Foto: scaglie di Junonia coenia, dove l’inattivazione del gene optix genera un fenomeno di iridescenza blu (credit Roxanne Conowitch); Heliconius eratus demophoon normale e modificata inattivando il gene WntA (credit Smithsonian Tropical Research Institute)

 

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