È ben noto che tra le api a rendere regine o operaie non sono le differenze genetiche ma la diversa dieta delle larve. Larve alimentate principalmente con polline d’api sono destinate a diventare operaie mentre è la pappa reale a renderle, in futuro, regine. Le differenze fenotipiche tra api appartenenti alle due “caste” sono rilevanti: le operaie hanno piccole dimensioni e sono sterili, mentre le regine raggiungono dimensioni maggiori, sono fertili e più longeve. Proteine, zuccheri e acidi grassi contenuti in abbondanza nella pappa reale sono stati associati alla iper-crescita delle regine, ma molti aspetti dell’effetto della dieta sullo sviluppo larvale restano oscuri. Uno studio cinese apparso su PLOS Genetics indica un nuovo elemento chiave nella differenziazione delle api: il microRNA vegetale contenuto in grandi quantità nel polline d’api.
Un microRNA è una corta sequenza (di una ventina di nucleotidi) di RNAnon codificante che contribuisce a regolare l’espressione dei geni. I ricercatori cinesi avevano già osservato come, in alcune specie animali, microRNA vegetale presente nel cibo potesse accumularsi nei tessuti e lì svolgere la propria funzione regolatrice. Hanno dunque ipotizzato che un analogo effetto potesse contribuire a determinare, nelle larve di api, lo sviluppo futuro in operaie o regine.
I ricercatori hanno dapprima campionato il microRNA vegetale presente nel polline d’api e nella pappa reale, sospettando di trovarne un quantitativo maggiore nel cibo delle operaie: infatti, il polline d’api è una miscela di pollini e miele e dunque primariamente di origine vegetale, a differenza della pappa reale, secreta da apposite ghiandole delle api nutrici. Confermata questa loro prima ipotesi, hanno studiato l’effetto del microRNA vegetale sullo sviluppo delle larve applicando diverse metodologie.
In una prima fase dello studio, test di laboratorio sono stati condotti direttamente su larve di api. I ricercatori hanno verificato che, alimentando le larve con un polline d’api sintetico arricchito di microRNA vegetale la crescita delle stesse è risultata più lenta di quella di larve dalla stessa colonia alimentate con polline naturale. Inoltre, da adulte le api alimentate in laboratorio sono risultate più piccole, leggere e con ovaie di minor dimensione delle compagne.
Successivamente, grazie a metodi di bioinformatica, i ricercatori hanno identificato un totale di 96 geni d’ape sui quali il microRNA vegetale proveniente da 16 diverse specie di piante è in grado di agire, ognuno target di un microRNA specifico. Alcuni dei 96 geni sono direttamente coinvolti nello sviluppo delle api in regine o operaie, come il gene denominato amTOR. Un’elevata attività di amTOR infatti determina la trasformazione delle larve in regine, mentre una sua inibizione comporta lo sviluppo di tratti da operaie anche in larve alimentate con pappa reale. AmTOR è il target del microRNA miR162a, che, secondo lo studio cinese, è in grado di inibirne l’espressione.
Effetti simili di inibizione della crescita sono stati riscontrati anche su esemplari di Drosophila melanogaster alimentati con il polline sintetico arricchito. Sebbene i moscerini della frutta non abbiamo una differenziazione in caste come le api, in questa specie sono conservati i percorsi molecolari che nelle api determinano il dimorfismo regina/operaia. Anche nei moscerini dunque un maggior contenuto di microRNA nella dieta comporta uno sviluppo più lento, il raggiungimento di dimensioni minori, sia negli esemplari maschi che nelle femmine, e nelle femmine una fertilità ridotta. I ricercatori hanno inoltre identificato il gene coinvolto nella crescita, denominato dmTOR, che presenta un sito attivo affine ad amTOR, sul quale miR162a può legarsi.
Lo studio svela dunque un complesso meccanismo di interazione tra regno vegetale e regno animale, e offre nuovi spunti per ricerche sulla co-evoluzione.
Riferimenti: PLOS Genetics
