Investigadores del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, entre otros centros, han descubierto que el gen de la proteína Pigment-Dispersing Factor (PDF), que forma parte del reloj circadiano de los insectos (el responsable de los ritmos diarios) también se halla en el pulgón del guisante. La investigación se ha publicado en la revista Open Biology, en la que, además, una imagen de este trabajo es la portada del mes de julio.
“Esta investigación es importante para entender cómo se regulan los ciclos biológicos, no solo de pulgones, sino de numerosos insectos, y para trazar el diseño de estrategias o herramientas para su control. Idealmente, si pudiésemos evitar la entrada anual en diapausa (estado fisiológico de inactividad) de un insecto vector o plaga, este sería incapaz de resistir las duras condiciones del invierno. Y viceversa, si inducimos la diapausa en un periodo benigno, el insecto estará ausente, evitando así sus daños potenciales”, afirman David Martínez Torres, catedrático de Genética (Universitat de València) e investigador del I2SysBio, y Gustavo L. Rezende, investigador distinguido en el centro mixto.
La investigación ha descubierto que el gen pdf está presente en todas las especies de pulgones, cuando, tras 10 años desde la publicación del primer genoma del pulgón del guisante, ya se daba por sentado que estos insectos carecían de este gen. Además, “también, hemos localizado las neuronas que producen este neuropéptido (pequeñas proteínas que actúan como mensajeros químicos) y sus conexiones, por un lado, con fotorreceptores, y por otro, con células implicadas en la respuesta mediante la vía de la insulina”, según los dos investigadores del Grupo de Investigación Ciclos Biológicos de Pulgones del I2SysBio.
El trabajo, además, confirma que en días cortos se produce más neuropéptido que en días largos, lo que podría ser una señal (o parte de la misma) que informa sobre el fotoperiodo (o duración del día), según los investigadores.
Los animales poseen adaptaciones conocidas como ritmos biológicos frente a los ritmos de la Tierra. Los ritmos circadianos son adaptaciones a los cambios diarios, mientras que los estacionales son importantes frente a los cambios a lo largo del año. Entre estos últimos podemos destacar las migraciones de aves o la hibernación de los osos y la diapausa en insectos. Pero hay que anticiparse a la llegada del mal tiempo, y no cabe equivocarse y migrar antes de hora o hacerlo demasiado tarde y para ello la pista más fiable es la duración del día.
El fotoperiodismo es la capacidad que poseen numerosas especies para detectar los cambios en la duración del día (fotoperiodo) y responder con cambios en su fisiología o comportamiento. En insectos se conoce, solo de manera muy parcial, cómo funciona el sistema fotoperiódico y en algunas especies se ha demostrado la implicación de PDF (que forma parte del reloj circadiano de todos los insectos). Los pulgones son insectos fotoperiódicos por excelencia, con un ciclo vital absolutamente determinado por el fotoperiodo.
En este sentido, según Martínez Torres y Gustavo L. Rezende, “en pulgones, PDF parecía estar ausente. Nuestro trabajo demuestra la presencia de una forma muy distinta de PDF en pulgones y localiza las células en que se produce, así como sus conexiones y su cantidad, que varían con el fotoperiodo. Ello nos lleva a proponer que PDF estaría implicado en la transmisión del mensaje fotoperiódico que modula la respuesta estacional en estos insectos”. Tras la descripción del fotoperiodismo por primera vez en plantas en 1920, en el año 2023 se cumple el centenario de la descripción de los pulgones como los primeros animales fotoperiódicos.
Esta investigación, en la que también participan Francesca Sara Colizzi y Charlotte Helfrich-Förster de la Universität Würzburg en Alemania y Jan A. Veenstra de la Université de Bordeaux en Francia, ha sido apoyada por el Ministerio de Ciencia e Innovación, Ministerio de Universidades (Ayudas María Zambrano) y por fondos de la Unión Europea (Programa Horizon 2020).
Referencia bibliográfica
Colizzi FS, Veenstra JA, Rezende GL, Helfrich-Förster C and Martínez-Torres D. 2023 Pigment-dispersing factor is present in circadian clock neurons of pea aphids and may mediate photoperiodic signalling to insulin-producing cells. Open Biol. 13: 230090. DOI.
Fuente: UV/CSIC Valencia