Quan un insecte passa de juvenil a adult, no només canvia d’aspecte, també canvia el programa de desenvolupament que guia el seu cos. Però, com sap un organisme que ha arribat el moment de deixar enrere l’estat juvenil i convertir-se en adult?
Dos estudis recents de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) aborden aquesta qüestió en la panerola alemanya, Blattella germanica. El primer se centra en els mecanismes genètics que mantenen l’estat juvenil i en els que desencadena la metamorfosi. El segon, aporta una nova eina per veure on actuen certes proteïnes durant el desenvolupament.
Llegits junts, expliquen molt bé com avança la recerca entenent millor els mecanismes biològics i, alhora, trobant maneres més fines d’observar-los.
Punts clau:
- Blattella germanica és un bon model per estudiar la metamorfosi.
- Chinmo i Abrupt reforcen el control genètic de l’estat juvenil.
- Un segon estudi permet observar proteïnes en viu amb fluorescència.
- Junts, tots dos treballs ajuden a entendre millor com es regula la metamorfosi.
Per què una panerola
La metamorfosi és un dels processos més sorprenents del món dels insectes. Però quan un s’imagina ales que apareixen i cossos que es reorganitzen, sovint pensa en una papallona i no en una panerola. Però la panerola Blattella germànica és en realitat un model molt útil per estudiar-la. Segons explica Xavier Bellés, investigador principal del grup Evolution of Insect Metamorphosis Lab de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-UPF), el motiu és que presenta una metamorfosi simple, o hemimetàbola on la nimfa s’assembla a l’adult i no hi ha fase de pupa. En canvi, altres insectes com les papallones tenen una metamorfosi complexa o holometàbola amb fase de pupa.
Això, com remarca Xavier Bellés, converteix a Blattella germànica en una candidata ideal per estudiar com devien ser, aproximadament, els mecanismes de regulació de la metamorfosi en un insecte ancestral. En altres paraules, si no coneixes bé el punt de partida, no pots entendre com s’ha produït la transició evolutiva cap a la metamorfosi completa.
Una via més robusta del que semblava
Des de fa anys, bona part de la regulació de la metamorfosi en insectes s’explica a partir de la via MEKRE93. Simplificant molt, funciona així: mentre hi ha hormona juvenil, s’activa Kr-h1, que manté l’estat juvenil reprimint E93, el gen que promou el desenvolupament adult. Quan la hormona juvenil cau al final de l’etapa juvenil, baixa Kr-h1, s’allibera E93 i s’inicia la metamorfosi.
El nou treball publicat a PLOS Genetics i liderat pel grup de Xavier Bellés mostra que aquest esquema era correcte, però no complet. L’equip ha estudiat amb més detall el paper de dos gens més, Chinmo i Abrupt, en Blattella germanica. Els resultats indiquen que Chinmo també ajuda a mantenir l’estat juvenil perquè reprimeix E93. Abrupt, en canvi, actua reforçant Kr-h1, que és qui frena la metamorfosi. Això vol dir que el control del pas de juvenil a adult no depèn només d’un eix simple entre Kr-h1 i E93, sinó d’un sistema més robust del que es pensava.
Quan l’equip va reduir l’expressió de chinmo en nimfes de quart estadi, els insectes van fer metamorfosi precoç i van arribar a una forma adulta abans d’hora. A més, aquests adults eren més petits i, en el 69% dels casos, presentaven ales i tègmins mal desplegats. Això reforça la idea de que no n’hi prou amb “activar el programa adult”, sinó que també cal mantenir poru temps el “programa juvenil” perquè el desenvolupament sigui correcte. La metamorfosi, per tant, no és només una qüestió de canviar, sinó de canviar en el moment adequat.
Els autors proposen que factors reguladors clau, com Kr-h1, Chinmo, Abrupt, BR-C i E93, ja eren presents en insectes amb metamorfosi simple i que, més endavant, es van reorganitzar per evolucionar i donar lloc a insectes amb metamorfosi completa.
Del control genètic a una nova eina per observar-lo
El segon estudi ha estat liderat pel grup de la Maria Dolors Piulachs Bagà, investigadora principal del grup Insect Reproduction Lab de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) i publicat a Cell Reports Methods. L’estudi aporta una eina per explorar el mapa regulador de la metamorfosi d’una manera més directa. L’equip ha aconseguit, per primera vegada, inserir un gen en Blattella germanica de manera estable i heretable i fer-lo servir per visualitzar una proteïna amb fluorescència.
L’avenç es basa en DIPA-CRISPR, una tècnica que el grup ja havia contribuït a desenvolupar el 2022. Una de les dificultats d’aquesta espècie és que no es poden manipular fàcilment els ous en fases molt primerenques, perquè estan protegits per una estructura rígida. Amb aquest sistema, en canvi, es treballa a través de les femelles adultes mentre els ous es formen.
Primer, aquesta estratègia va permetre eliminar l’expressió d’un gen. Ara ha fet possible un pas més: afegir una etiqueta fluorescent a un gen d’interès per veure on s’expressa la proteïna dins l’organisme viu. Per fer-ho, l’equip va fusionar el gen distal-less, important en el desenvolupament embrionari, amb el marcador fluorescent mCherry. El resultat és una eina nova per observar millor què passa dins l’embrió i en quins teixits actuen determinades proteïnes.
Dos avenços sobre una mateixa pregunta
Aquests dos estudis, tot i que poden semblar desconnectats, són dos avenços que aborden la mateixa pregunta des d’enfocs diferents. D’una banda, el treball del Xavier Bellés i el seu equip afegeix peces noves al control genètic de la metamorfosi; de l’altra, el treball de la Maria Dolors Piulachs i els seu equip proporciona una eina per veure millor aquests processos en viu. La combinació dels dos treballs ajuden a entendre millor els mecanismes biològics de la metamorfosi i com s’estan millorant les eines per observar aquests mecanismes.
Llegeix també:
Escudero, J., Gonzalvo, J., Piulachs, M.-D., & Belles, X. (2025). Chinmo function in cockroaches provides new insights into the regulation and evolution of insect metamorphosis. PLOS Genetics, 21(12), e1011993. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011993
Ferrández-Roldán, A., & Piulachs, M.-D. (2026). Using DIPA-CRISPR for simple and efficient endogenous protein tagging in insects. Cell Reports Methods, 101297. https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2025.101297
