O que dá cor às listras das abelhas?

Embora a maioria das pessoas nos Estados Unidos possa pensar nos zangões como a variedade padrão amarela e preta, estima-se que 260 espécies de abelhas exibem cerca de 400 padrões de cores diferentes. Uma razão pela qual muitas pessoas associam os zangões com cores distintas é porque a evolução pode influenciar várias espécies de abelhas a compartilhar padrões de cores semelhantes em regiões geográficas específicas, que os cientistas chamam de mimetismo.

Quando várias espécies imitam os padrões umas das outras, elas alertam os possíveis predadores em uma determinada área que, quando virem essas cores, uma picada dolorosa pode ocorrer. Em outros lugares do mundo, as abelhas usam uma paleta de pretos, laranjas, vermelhos, amarelos e brancos para criar aquele sinal de alerta compartilhado.

Agora, os pesquisadores estão descobrindo mais sobre o papel que a genética evolutiva desempenha na formação da cor distinta padrões de que dão às diferentes espécies de abelhas seu brilho regional.

Em um estudo, os pesquisadores relatam como um gene Hox, um importante gene do desenvolvimento que regula a identidade das estruturas nos segmentos da abelha, ativa um conjunto complexo de genes que, em última análise, conduzem as mudanças segmentares na pigmentação da abelha.

"Em um artigo anterior, o que não podíamos explicar é como uma mudança no gene Hox chamado Abdominal-B leva a uma mudança nos pigmentos que colorem essas abelhas", disse Hines. "Neste artigo em particular, estávamos tentando preencher essa lacuna e entender quais genes estão sendo visados ??por este primeiro gene e qual é a cascata de eventos que leva a essas diferenças de cor miméticas."

Os pesquisadores, que relataram suas descobertas em uma edição recente da Genome Biology and Evolution , descobriram que o direcionamento genômico de um gene importante do desenvolvimento permite que vários genes da melanina, ao invés de apenas uma enzima específica, sejam alterados para reforçar essas características de cor. Eles também disseram que o estudo acrescenta conhecimento sobre os genes envolvidos na produção de um pigmento chamado feomelanina. O pigmento era conhecido por estar envolvido na coloração vermelha em vertebrados, mas só recentemente foi descoberto que ocorre em insetos.

De acordo com Hines, ainda há muito trabalho a ser feito para entender a genética evolutiva dessas abelhas. "Compreendendo esses genes, agora temos potencial para observar tantas espécies diferentes de abelhas e como elas se diversificaram", disse Hines. "Então, não é o caso de terminarmos aqui, quando terminarmos. Dada a diversidade dessas abelhas, há muito mais que pode ser feito com a descoberta. Este é apenas o primeiro passo."

Os pesquisadores tendem a usar certos organismos - ou organismos modelo - quando investigam a genética evolutiva porque são convenientes e fáceis de estudar. Este é um dos poucos estudos que analisou genes de coloração fora desses organismos bem estudados, ou não modelos. O estudo de sistemas não-modelo permite que os pesquisadores entendam a evolução de algumas das diversificações de forma mais excepcionais da natureza, como essa radiação colorida.

"Isso realmente contribui para a pesquisa genética evolutiva não-modelo, que é um campo em crescimento e o campo também está se expandindo para ser mais comparativo", disse Hines. "À medida que avançamos, os pesquisadores estarão observando como os genes e as vias dos genes evoluíram em uma diversidade mais ampla de espécies."

Pesquisa computacionalmente cara

"O uso de poder de computação de alto desempenho tornou esse tipo de pesquisa mais gerenciável e reproduzível." disse Sarthok Rahman, ex-aluno de doutorado e estudante afiliado do ICDS, Penn State e pesquisador de pós-doutorado em ciências biológicas da Universidade do Alabama, e primeiro autor do estudo.

Os pesquisadores contaram com o supercomputador Roar do Instituto de Ciências Computacionais e de Dados para fornecer esse poder computacional para os estudos de expressão gênica nas abelhas. "Fizemos o sequenciamento no Genomics Core Facility e, em seguida, usamos principalmente o servidor operacional para a análise de expressão diferencial de genes. Por ser um organismo não modelo, também temos que usar outras fontes genômicas de Drosophila e camundongos, por exemplo, para pesquisar os genes e atribuir a identidade ", disse Rahman. "Essas análises podem ser muito caras do ponto de vista computacional e levariam muito tempo se fossem feitas em um laptop ou desktop comum, e é por isso que usamos o recurso de supercomputação ICDS para este artigo e o anterior."

* com informações de Phys.org