Estudiant l’evolució de la unisexualitat en escarabats

Jesús Gómez-Zurita Frau (IBE) ens parla del possible paper del bacteri endosimbiont Wolbachia en l’evolució de la unisexualitat a escarabats del gènere Calligrapha.

El bacteri Wolbachia fa servir diverses estratègies per manipular la reproducció de les paneroles en el seu propi benefici.

El bacteri Wolbachia fa servir diverses estratègies per manipular la reproducció dels escarabats en el seu propi benefici.

Jesús Gómez-Zurita Frau, investigador de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE: CSIC-UPF), ha publicat recentment un estudi sobre el possible paper del bacteri endosimbiont Wolbachia en l’evolució de la unisexualitat a escarabats del gènere Calligrapha. En aquesta entrevista ens parla més de la curiosa relació entre aquests dos organismes.

 

Jesús Gómez-Zurita Frau, investigador de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE: CSIC-UPF).
Jesús Gómez-Zurita Frau, investigador de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE: CSIC-UPF).

 

Parla’ns dels escarabats que estudies…

Es tracta del gènere americà d’escarabat Calligrapha. Aquest inclou diverses espècies, un bon nombre de les quals són unisexuals.

 

Vols dir que es reprodueixen sense mascles?

Exacte, de fet, són espècies constituïdes únicament per femelles que mitjançant un procés que es coneix com partenogènesi, posen ous dels que només es desenvolupen filles.

 

I com s’explica això, evolutivament?

Aquesta és justament la pregunta que porto anys intentant respondre. La recerca que hem fet fins ara ens ha permès demostrar que cada una d’aquestes espècies unisexuals és el producte evolutiu de la hibridació entre dues, o en algun cas fins a tres, espècies diferents.

La hibridació interespecífica normalment produeix descendència infèrtil degut a desequilibris genòmics. Però si coincideix amb un altre mecanisme que compensi aquests desequilibris, com per exemple una duplicació genòmica, es pot obrir la porta a alternatives reproductores com pensem que ha succeït a algunes espècies de Calligrapha unisexuals, que són tetraploides (amb el doble d’ADN que les altres).

 

Així que la hibridació entre dues espècies lligada a una duplicació del genoma podria explicar l’aparició d’aquestes espècies unisexuals…

No del tot. Tot i que la hibridació interespecífica és una condició necessària per a l’origen de la unisexualitat en la major part d’animals que s’han estudiat, per sí sola no explica aquesta transició evolutiva en el mecanisme reproductor d’aquestes espècies.

A més, en el cas de Calligrapha, cal tenir en compte un altre resultat que coneixem des de fa temps: tot i els seus origens independents, totes les espècies unisexuals comparteixen un ancestre comú pel seu ADN mitocondrial. En altres paraules, la història dels gens nuclears a les espècies unisexuals mostra clarament els seus orígens dispars, mentre que la dels gens mitocondrials suggereix que tenen un origen comú – o bé que hi ha algun procés selectiu que uniformitza aquest genoma al marge de la història evolutiva de les espècies.

 

Orígens dispars dels gens nuclears, però un únic origen dels gens mitocondrials? Quin embolic!

Aquesta paradoxa va ser justament la que ens va fer hipotetitzar que devia haver algun factor més enllà de la hibridació interespecífica que expliqués la unisexualitat a Calligrapha i aquest factor devia tenir també una influència sobre la història evolutiva de l’ADN mitocondrial d’aquestes espècies.

Amb aquests elements, el sospitós número 1 només podia ser Wolbachia, un bacteri endosimbiont d’insectes i nematodes, conegut per produir aquests efectes en un bon nombre d’organismes.

 

Per què era Wolbachia el sospitós?

El primer que és important tenir en compte sobre la interacció entre el bacteri i el seu hoste és que només les escarabats femelles són capaces de transmetre la infecció a la seva descendència. Els bacteris viuen al citoplasma de les cèl·lules, dins els mitocondris, on coexisteixen amb el genoma mitocondrial. Això explica per què existeix un vincle tan marcat entre la transmissió de Wolbachia i la de l’ADN mitocondrial, ja que aquest darrer també te herència exclusivament materna –  els mitocondris dels espermatozous es concentren a la base del flagel, una part que queda fora del zigot en la fecundació.

Com que Wolbachia depèn exclusivament de les femelles per a la seva transmissió, ha seleccionat tot un seguit d’estratègies per tal d’augmentar l’eficàcia d’aquesta transmissió, en general a costa dels mascles, que des de la seva perspectiva són un entrebanc.

 

Ens pots explicar alguna?

Es coneixen fins a quatre formes, a quina més maquiavèl·lica, en què Wolbachia influeix sobre la reproducció dels seus hostes, i generalment es basen en l’eliminació a les braves d’aquest entrebanc, és a dir, dels mascles.

  1. Una d’elles és el procés conegut com incompatibilitat citoplasmàtica i que determina que els mascles infectats per Wolbachia són capaços d’esterilitzar a les femelles no infectades amb les que s’aparellen, proporcionant un avantatge numèric a la descendència de les femelles que sí porten el bacteri.
  2. Un altre mecanisme que empren els bacteris és influir sobre el desenvolupament dels embrions destinats a ser mascles feminitzant-los, i per tant convertint-los en vehicles apropiats per a la seva transmissió.
  3. Un tercer mecanisme consisteix directament en assassinar als embrions masculins d’una posta per a eliminar el problema d’arrel.
  4. I per últim, el bacteri pot induir els processos necessaris per al desenvolupament d’ous sense fecundar, ous que donaran lloc a femelles que podran continuar reproduint-se d’aquesta manera mentre portin l’endosimbiont; en altres paraules, poden induir la partenogènesi.

 

Què egoista aquesta Wolbachia!

Bé, la unisexualitat de l’hoste és la fi última orquestrada pel bacteri, que manipula la seva reproducció en el seu propi benefici, i això pot sonar en efecte francament egoista. Però hi ha dades que demostren que el bacteri també pot contribuir positivament sobre el seu hoste, com per exemple protegint-lo contra altres infeccions, particularment víriques, ajudant al desenvolupament embrionari o proporcionant algun nutrient a les cèl·lules.

 

 

“El bacteri Wolbachia fa servir diverses estratègies per manipular la reproducció dels escarabats en el seu propi benefici”

 

 

I quins han estat els principals resultats d’aquest darrer estudi? És Wolbachia la causant de la unisexualitat d’aquests escarabats?

En el nostre estudi hem trobat dos resultats importants envers la interacció d’aquests organismes:

  1. Les infeccions per Wolbachia són molt freqüents a Calligrapha, amb gairebé un 85% dels exemplars estudiats sent positius per la presència d’aquest bacteri, independentment de que siguin d’espècies bisexuals o unisexuals.
  2. Hem identificat tres soques ben diferenciades del bacteri (wCallA, wCallB i wCallC) i hem observat que predominen de forma molt marcada les dobles infeccions, és a dir, quan un individu de Calligrapha porta Wolbachia, normalment ho són de dues de les soques, sent una d’elles sempre wCallA. Les altres dues soques no coexisteixen a cap individu i de fet es mantenen separades geogràficament.

Però donada la ubiqüitat dels endosimbionts a qualsevol espècie de Calligrapha, independentment del seu mode reproductiu, no tenim cap evidència que relacioni la infecció per Wolbachia amb la unisexualitat a Calligrapha.

Cal dir, però, que tot i que Wolbachia és ‘la vedet’ dels microorganismes manipuladors de la reproducció, no és l’únic, i tal vegada un altre tingui les respostes sobre la unisexualitat a Calligrapha. Mentrestant, toca seguir investigant!

 

Sobre l'autor/a
Maruxa Martínez-Campos és biòloga. En acabar el doctorat a la Universitat de Cambridge es va passar a "l'altra banda" de la recerca. Va ser editora a la revista d'accès obert "Genome Biology" i fa més de 10 anys que va tornar a Barcelona, al departament de comunicació del PRBB. També li interessa la integritat en la recerca i quan troba temps, escriu a "The science factor".

Leave a Reply

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *