Come si diversificano le Caste e i sessi?

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Come si diversificano le Caste e i sessi?

Messaggioda LiZaRd » 19/09/2014, 15:50

Ecco uno sbalorditivo articolo di Biologia Molecolare (consigliatomi dal mio prof. in Biologia Molecolare) che svela la direzionalità di far nascere una casta piuttosto che un'altra! L'ho tradotto per voi (Ho volontariamente trascurato e omesso tutti i dettagli di biologia molecolare):

Spoiler: mostra
La società delle formiche, comprende individui appartenti a caste diverse, caratterizzate da peculiari morfologie e comportamenti. Poichè gli embrioni, possono seguire diverse vie di sviluppo, i meccanismi epigenetici, devono svolgere un ruolo nella determinazione della casta.

Le formiche, hanno un enzima definito DNA-Metiltransferasi e i loro genomi, contengono metil-citosina. Per determinare la relazione tra la metilazione del DNA e la diversità fenotipica nelle formiche, abbiamo comparato il genoma di diverse caste, e le fasi di sviluppo in Camponotus floridanus e Harpegnathos saltator.
Nel genoma delle formiche, le metil-citosine si trovano sia in una coppia di nucleotidi simmetrica CG, e sia non simmetrica. Sono fortemente arricchiti in esoni dei geni attivi. I cambiamenti nella metilazione del DNA-esonico, sono strettamente correlati con eventi di splicing alternativo, ad esempio saltando alcuni esoni nella trascrizione, oppure variando il sito di inizio dello splicing. Diversi geni risultano essere casta-specifici e favorire variazioni di sviluppo, cambiando la metilazione del DNA delle due specie, inclusi i geni che riguardano la riproduzione, la manutenzione dei telomeri e il metabolismo dell'RNA non codificante. Molte metilazioni, avvengono su un solo allele ed in alcuni casi, la scelta dell'allele metilato, dipede unicamente dalla casta.
Queste comparazioni tra le metilazioni di diverse specie, rivelano un pattern di metilazione esonica, che evidenzia un collegamento tra la metilazione del DNA e lo splicing. La presenza della metilazione del DNA di un singolo allele, e la metilazione di siti CG non simmetrici, in ogni campione, suggeriscono come avviene la regolazione genica in questi insetti, incluso l'intrigante imprinting casta-specifico.

Gli insetti eusociali, mostrano un'estrema plasticità fenotipica, particolarmente pronunciata nelle formiche, dove i membri della colonia, variano in dimensioni, comportamento e fisiologia.
Nella maggiorparte delle specie di formiche, le colonie sono suddivise in caste sessuali (Maschi, Regine vergini, Regine riproduttive) e femmine non riproduttive operaie, a volte suddivise in sub-caste. Con l'eccezione dei soli maschi, che sono aploidi e contribuiscono poco all'organizzazione della vita di una colonia, tutte le altre caste, si sviluppano da embrioni diploidi femminili. Generalmente, la determinazione della casta non è una conseguenza di differenze genetiche negli embrioni, ma si verifica in risposta a stimoli ambientali. Pertanto, il genoma delle formiche, deve contemporaneamente codificare per più fenotipi, sia comportamentali, sia morfologici che fenotipici, tra i quali è caratterizzata una specifica casta di ogni individuo durante lo svuluppo e mantenerlo per tutta la sua vita. Molto probabilmente tutto ciò, è regolato da meccanismi epi-genetici.
Di recente, abbiamo sequenziato i genomi appartenenti alle specie Camponotus floridanus e Harpegnathos saltator. Queste, hanno delle differenze intriganti tra loro, come la flessibilità comportamentale o l'organizzazione sociale.
Le colonie di Camponotis, sono organizzate in una struttura sociale molto rigida, totalmente dipendente dalla presenza della regina e con le operaie, che si diversificano per comportamento e caste ( Major e minor). Quando una regina di Camponotus muore, non viene rimpiazzata, e la colonia muore con lei.
Le colonie di Harpegnathos, sono molto più flessibili. Una volta rimossa la regina fondatrice, alcune operaie dominanti chiamate "gamergates", si elevano, e prendono il posto della regina. Anche se, tutte le femmine di Harpagnathos, sono in grado di accoppiarsi e deporre le uova fecondate, solo alle Regine e alle Gamegates è permesso produrre la progenie.

Queste due specie di formiche, forniscono interessanti paradigmi sperimentali per indagare sui processi epigenetici che influenzano le formiche. Nelle Camponotus, a seconda delle diverse vie di sviluppo avremo risultati diversi: minor, major e regina che sembra si comportino in maniera nettamente differente. Questo processo, è simile al processo di differenziazione cellulare, nella quale le cellule pluripotenti, sono modellate per generare una varietà di identità cellulari che derivano da un singolo genoma. Al contrario, la trasizione operaie-gamergate nelle Harpegnathos, riflette processi epigenetici più plastici, forse paragonabili ai processi di riprogrammazione delle cellule somatiche e trans-differenziamento. Pertanto, abbiamo ipotizzato che la metilazione del DNA, (un segnale epigenetico ben marcato), sia coinvolta nella differenziazione e nel destino delle cellule in molti organismi pluricellulari e possa contribuire alla diversità fenotipica delle caste delle formiche. La metilazione del DNA, è in gran parte assente in quattro invertebrati ampiamente studiati: Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Caenorhabditis elegans, e Drosophila melanogaster. La mancanza di metilazione del DNA, nei Ditteri (come Drosophila), sembra essere l'eccezione piuttosto che una regola tra gli insetti, dato che è presente nei Lepidotteri, Emitteri e Imenotteri. La metilazione del DNA negli Imenotteri, può essere necessaria per la distinzione tra le varie caste. Similmente, la metilazione del DNA, è stata confermata essere implicata nella determinazione delle caste in Apis mellifera.
Qui di seguito, riportiamo il genoma e la metilazione del DNA per sette diversi stadi di sviluppo e caste di Camponotus e Harpegnathos e analizziamo il rapporto tra la metilazione del DNA, l'espressione genica e lo splicing in questi insetti.

Le citosine metilate negli eucarioti si trovano tipicamente in CG simmetriche anche se le sequenze non simmetriche, possono essere metilate egualmente.
La metilazione delle citosine, sia in Camponotus che in Harpagnathos, presenta un mosaico, tipico degli invertebrati: piccole regioni con alti livelli di metilazione sono intervallata tra le regioni più grandi e non metilate.
In tutti i campioni, la maggiorparte delle metilaziosi su GC erano su geni codificanti per proteine, in particolare sulla sequenza codificante, con piccole quantità di metilazione osservate anche sui loci snRNA.

Similmente ai mammiferi, le isole CG (regioni ricche in CG) sono state impoverite. I Genomi dei mammiferi, contengono relativamente poche isole CG perchè la maggiorparte di CG sono metilati , oltre al fatto che accumulano mutazioni C-T e sono stati eliminati dal genoma nel corso dell'evoluzione.
Al contrario, il genoma delle formiche contiene un numero sorprendentemente alto di CG: 5% del tot Camponotus e 16% del tot Harpegnathos. Pertanto , il significato funzionale di queste sequenze nelle formiche, rimane sconosciuto, ma sembra esistere uno strano meccanismo che le mantiene hypometilate (in basso dosaggio).

Per concludere, la scoperta della metilazione allele-specifica nelle formiche, apre una nuova via di indagine sul ruolo della metilazione del DNA, nel plasmare la casta e il comportamento sociale.
Abbiamo identificato numerosi loci che presentano metilazione allele-specifica, nonchè espressione allele-specifica, che nei mammiferi è un evidente segno di imprintig dei genitori. A causa delle limitazioni tecniche, non siamo riusciti a tracciare gli alleli metilati e non metilati al genitore d'origine e quindi non possiamo formalmente concludere che l'imprinting dei genitori ha casusato la metilazione allele-specifica che abbiamo osservato. Tuttavia, almeno un caso di effetto parentale è stato descritto nelle api, e sarebbe interessante determinare se è originato da una metilazione del DNA.



Ho tradotto il sunto. Per chi volesse approfondire:
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-Tapinoma ssp. - colonietta
-Camponotus aethiops - colonietta
-Messor wasmanni - regina '14
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Re: Come si diversificano le Caste e i sessi?

Messaggioda luca321 » 19/09/2014, 18:13

Grazie mille, è una lettura interessante :clap:
IMPORTANTE!



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Re: Come si diversificano le Caste e i sessi?

Messaggioda entoK » 21/09/2014, 14:48

Grazie, davvero molto interessante questa segnalazione, vado a leggermela. :clap:
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Re: Come si diversificano le Caste e i sessi?

Messaggioda Teo » 24/07/2015, 20:12

Molto interessante, grazie!
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