Los microARN de plantas y su incidencia en la regulación de las castas

 

Se trata de una clase de RNA no codificante de 19-24 nucleótidos que actúan como reguladores postranscripcionales de la expresión génica.

El desarrollo de la casta en los insectos sociales representa una transición importante de un nivel de organización a otro en la evolución y se cree que es fundamental para el éxito ecológico de los insectos sociales y para que puedan continuar con el proceso constante de desarrollo.

Cómo evolucionaron las castas es un rompecabezas permanente que durante mucho tiempo viene fascinando a los científicos de diferentes partes del mundo, pero que actualmente no tiene respuestas satisfactorias. Las abejas Apis mellifera representan un ejemplo principal de desarrollo de castas, y se desarrollan en dos: reinas y obreras (trabajadoras), que difieren en morfología, fisiología y función social. Las reinas son reproductivas, tienen un tamaño corporal más grande, se desarrollan más rápido y viven más tiempo, mientras que las obrerasse caracterizan por los rasgos opuestos y son en su mayoría auxiliares estériles que alimentan a las larvas y recolectan alimentos. Este dimorfismo no es consecuencia de diferencias genéticas, sino principalmente de la alimentación durante la etapa de larvas. Las que reciben una dieta rica en jalea real se convierten en reinas, mientras que una dieta menos sofisticada llamada “pan de abejas” conduce al destino de las abejas obreras. Sin embargo, todavía no se entiende completamente cómo las diferentes dietas modifican la trayectoria de desarrollo de las abejas melíferas en una medida tan completa. Mientras que varios componentes de la dieta larval, como las proteínas de jalea real, azúcares, ácido p-cumárico y ácidos grasos específicos, se ha demostrado que influyen en el desarrollo de la casta en las abejas melíferas, todavía no pueden explicar el impacto total del alimento larvario en el desarrollo de la abeja. En este estudio, se investigó un componente en gran parte pasado por alto de los alimentos larvales, microRNA (miRNA), y se examinó su efecto sobre el desarrollo de la casta. Dicha investigación fue desarrollada por KeganZhu y MinghuiLiu y presentado periodísticamente por nuestro medio.
Los miRNAs son una clase de RNA no codificante de 19-24 nucleótidos que actúan como reguladores postranscripcionales de la expresión génica en eucariotas. Los miARN vegetales que se ingieren a partir de fuentes de alimentos vegetales pueden pasar a través del tracto gastrointestinal, ingresar a la sangre, acumularse en los tejidos y regular la expresión génica endógena en animales. Otros estudios también han documentado la importancia de los ARN pequeños que se transmiten de una especie a otra y facilitan la comunicación interdisciplinaria. Por otra parte, múltiples estudios han demostrado que los miRNA dietéticos exógenos son detectables en sangre y tejidos animales consumidos. Estos estudios proporcionan una capa adicional de regulación génica: regulación entre reinos mediada por miARN exógenos. Es muy tentador especular que los ARN pequeños en los alimentos larvales pueden ser un componente activo que influye en el desarrollo de la abeja.
Debido a que el pan de abeja es una mezcla de polen y miel, mientras que la jalea real es una secreción glandular de abejas nodrizas, las principales fuentes alimenticias de larvas destinadas a obreras y reinas son, en teoría, de origen vegetal y animal, respectivamente. Por lo tanto, se hipotetiza que diferentes contenidos de miARN de alimentos larvales de diferentes orígenes pueden tener impactos distintos en el desarrollo de la abeja melífera. De acuerdo con esta hipótesis, está bien establecido en la literatura que los insectos, incluidas las abejas melíferas y las moscas de la fruta, pueden ingerir ARN pequeños y que estos pueden regular la expresión de genes de insectos, reformando así los fenotipos de los insectos. En este estudio, se proporciona evidencia de un mecanismo regulador previamente no caracterizado del desarrollo de las abejas obreras, que se puede atribuir en parte a los miRNAs de las plantas enriquecidos con panales de abejas y al polen utilizado para alimentar a las larvas jóvenes.

Resultados

La diferenciación de casta de las abejas melíferas es un proceso de desarrollo complejo influenciado por distintas cuestiones, entre las cuales vale resaltar las variaciones genéticas, epigenéticas y ambientales. La opinión predominante es que los nutrientes en la jalea real (principalmente proteínas, azúcares y ácidos grasos) impulsan el desarrollo de la reina, sin embargo, los componentes activos que determinan el destino del desarrollo de las abejas melíferas siguen siendo esquivos e incluso controvertidos.
En este estudio, se identificó que los miRNAs de las plantas están significativamente enriquecidos en pan de jengibre y polen y por el contrario no así en jalea real. Esta notable diferencia llevó a la hipótesis de que los miRNAs, actuando como importantes reguladores epigenéticos, pueden transferirse del alimento de las larvas destinadas a las obreras a sus cuerpos y regular negativamente el desarrollo de las larvas; en cambio, los miARN en la jalea real no son suficientes para alcanzar un nivel funcional y tener relevancia biológica, por lo tanto, las larvas destinadas a la reina que consumen jalea real eluden la regulación de miARN. Para probar esta hipótesis, se dilucidaron los efectos de los ARN de la planta y miRNAs que se enriquecieron en pan de jengibre y polen en los fenotipos de abejas melíferas, y se descubrió un papel previamente desconocido para el ARN como un determinante ambiental del desarrollo de la casta de la abeja. Además, se investigaron los cambios fenotípicos en Drosophila causados ​​por alimentos suplementados con ARN de plantas y miRNAs y observamos el desarrollo de larvas en adultos con fenotipos similares a los de las abejas obreras. Se verificó que estos efectos sobre el desarrollo de abejas melíferas y Drosophila fueron causados ​​por ARN de plantas y miARN específicos y excluyeron la posibilidad de un efecto general de ARN, porque un ARN codificado sintético añadido a la dieta larval no causó ningún cambio fenotípico en abejas melíferas o Drosophila. También se descartó la posibilidad de que los efectos potencialmente tóxicos de los residuos químicos del proceso de aislamiento del ARN causen los cambios fenotípicos observados en Drosophila.
Como siguiente paso, se investigó si el desarrollo de la abeja estaba regulado por variaciones en genes específicos que son dirigidos por miRNAs de plantas específicas. Los estudios mecanísticos revelaron que el bloqueo del destino de la reina se debió, al menos en parte, a la caída de amTOR por miR162a. En general, este estudio reveló que el desarrollo de la casta de abejas obreras puede atribuirse, al menos en parte, a un efecto previamente no caracterizado ejecutado por la transferencia de miRNAs de plantas enriquecidas en panales de abejas y polen a las larvas jóvenes.
La movilidad de pequeñas moléculas de ARN (p. Ej., SiARN y miARN) de una especie a otra es un mecanismo recientemente descubierto para la propagación de señales de silenciamiento de genes y para facilitar la comunicación cruzada entre diferentes organismos, incluso entre especies de diferentes reinos. La transferencia de especies cruzadas de pequeños ARN se ha informado con frecuencia entre organismos que interactúan: de bacterias a nematodos, de hongos patógenos a plantas, de plantas a microbios patógenos y simbióticos, de plantas a los nematodos, y de las plantas a los insectos. Por ejemplo, las plantas transgénicas diseñadas para producir ARNip contra los genes esenciales de la plaga son más resistentes al ataque de plagas. En este estudio, se buscó ampliar la comprensión de la existencia de pequeñas transferencias de ARN entre especies representativas en el mundo natural: abejas y plantas. Las evidencias indican que los miRNAs de la planta ingerida afectan la expresión génica y pueden remodelar los fenotipos de abejas, y también puede proporcionar un soporte adicional para el concepto de transferencia horizontal de RNA pequeño.

Para finalizar, vale resaltar que el desarrollo de casta es un proceso complejo que involucra múltiples factores regulatorios. Aunque este estudio se centró principalmente en cómo los miRNAs de las plantas afectan negativamente el desarrollo de las abejas, no se afirmó que los miRNAs de las plantas sean el único factor que regula el desarrollo de las abejas, por lo que eliminar los miRNAs de las plantas no es suficiente para interrumpir el desarrollo de todos los fenotipos diferenciación de casta del mismo modo, no se espera que los miRNAs de la planta puedan revertir por completo el destino del desarrollo, es decir, convertir a la obrera en reina o reina en obrera.

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