Studio pubblicato sulla rivista internazionale “Frontiers in Physiology”, tramite il programma di ricerca e innovazione Horizon 2020.
“Frontiers in Physiology” è una rivista internazionale leader nel suo campo che che pubblica ricerche sulla fisiologia dei sistemi viventi, dai domini subcellulari e molecolari all’organismo intatto, e la sua interazione con l’ambiente. E’ consultabile liberamente da parte dei lettori e gli articoli pubblicati sono sottoposti ad una revisione da parte di specialisti dello stesso settore disciplinare.
Lo studio dell’effetto dell’orologio circadiano nei lepidotteri potrà permettere ricadute pratiche anche sull’allevamento del baco da seta
Si premette che l’orologio circadiano è una sorta di orologio biologico dal periodo di 24 ore, posseduto da quasi tutti gli organismi viventi che serve a sincronizzare le attività vitali con l’ambiente esterno, e caratterizzato da ritmi di 24 ore (quelli del giorno, con l’alternanza buio/luce). Questo orologio biologico è molto studiato in tutti gli esseri viventi (tanto che il meccanismo genetico che regola il ritmo circadiano è stato il protagonista del Nobel per la Medicina nel 2017). L’importanza di studiarlo nei Lepidotteri (farfalle e falene) deriva dal fatto che questo ordine degli insetti è uno dei più ricchi di specie, alcune delle quali con funzioni importantissime quali impollinatori o nutrimento di altre specie animali, altre perché, come il baco da seta, importanti produttori di seta, fibra tessile dalle molteplici applicazioni. Inoltre, molti Lepidotteri sono parassiti di importanti specie vegetali di interesse agrario (ricordiamo come esempio la piralide del mais o la tignola della vite).
Dall’articolo pubblicato il 17/11/2021 “Il ritmo circadiano nei lepidotteri”:
[…] Questa recensione presenta una panoramica aggiornata dell’organizzazione molecolare e anatomica dell’orologio circadiano nei lepidotteri. Riporta i diversi ritmi circadiani comportamentali attualmente identificati, focalizzandosi sull’importanza dell’orologio circadiano nel controllo dei comportamenti visibili dello sviluppo, dell’accoppiamento e della migrazione. Viene descritta, quindi, l’importanza ecologica degli orologi circadiani, dettagliando la complessa interazione tra il comportamento alimentare di questi organismi e le piante. Infine, tratta di come la dettagliata conoscenza di queste caratteristiche potrebbe essere utile sia nel controllo degli insetti parassiti delle piante, sia nell’ottimizzazione dell’allevamento di lepidotteri benefici come il baco da seta.Introduzione
La Terra ruota ogni giorno intorno al proprio asse e così facendo provoca cicli ambientali prevedibili di 24 ore che hanno portato all’evoluzione degli orologi circadiani, meccanismi di temporizzazione mantenuti in modo endogeno (quindi grazie a fattori interni dell’organismo, n.d.r.) in quasi tutti gli organismi, inclusi batteri, funghi, piante e metazoi. Questi orologi interni sono sincronizzati (influenzati) da stimoli ambientali, come la luce del giorno o la temperatura, in maniera da consentire agli organismi di adattarsi ai cambiamenti ambientali per essere in fase con il giorno di 24 ore. Inoltre, essi regolano i ritmi molecolari, cellulari, fisiologici e comportamentali, che mostrano una periodicità di 24h in assenza di qualsiasi stimolo esterno (condizione di corsa libera).
Negli insetti, gli orologi circadiani controllano la ritmicità di diversi comportamenti e caratteristiche fisiologiche, tra cui la schiusa delle uova, l’impupamento, lo sfarfallamento, il movimento, l’accoppiamento, l’alimentazione e il metabolismo. Il primo gene dell’orologio circadiano (Period) è stato identificato nel 1971 in Drosophila melanogaster (moscerino della frutta, n.d.r.); da allora, la specie è stata il modello dominante per chiarire i meccanismi genetici molecolari alla base dei ritmi circadiani negli insetti. Tuttavia, sono stati condotti studi anche su altre specie di insetti, molti tra cui i lepidotteri, ordine di insetti a cui appartengono anche farfalle e falene, tra cui quelle del baco da seta.
La stragrande maggioranza dei lepidotteri (>99%) sono erbivori con oltre il 90% che ha una gamma di piante ospiti ristretta (di tre specie o meno); si trovano in quasi tutti gli ecosistemi terrestri e svolgono ruoli ecosistemici fondamentali come impollinatori e prede. Hanno anche un impatto significativo sull’economia umana, poiché molte specie rappresentano gravi parassiti delle colture alimentari, mentre altre come il baco da seta addomesticato Bombyx mori e Antheraea pernyi (falena cinese della quercia, n.d.r.) producono seta che viene utilizzato dall’industria tessile. La seta, inoltre, trova impiego in applicazioni innovative sia nel settore biomedicale che in quello cosmetico.
Conclusioni
Ad oggi, l’orologio circadiano è stato esaminato in un numero relativamente piccolo di specie rispetto alla moltitudine di lepidotteri esistenti. Tuttavia, gli studi effettuati finora indicano la rilevanza ecologica del sistema circadiano dei lepidotteri, poiché influenza l’idoneità alla sopravvivenza di un singolo organismo e, a sua volta, influisce sulla biodiversità di un ecosistema. È facile prevedere che i progressi tecnologici nelle tecnologie Omiche* di nuova generazione, così come le metodologie di modifica del genoma, faciliteranno lo studio e la manipolazione di specie modello e non modello.
Quando applicate alla cronobiologia dei lepidotteri, queste metodologie amplieranno le nostre attuali conoscenze sul ruolo degli orologi circadiani in questi organismi se considerati nel loro habitat naturale. Approcci simili saranno utili anche per lo studio sistematico di specie con importanza economica come il Bombyx mori, per capire se la manipolazione dell’orologio circadiano può migliorare sia le condizioni di allevamento sia/o l’efficienza della produzione della seta. Per esempio, in linee di baco da seta in cui è stata soppressa l’espressione del gene orologio PER si è notata una riduzione del tempo di sviluppo che non ha influenzato i parametri di produttività. Inoltre, l’impiego di tecniche di editing di genoma che hanno generato linee di baco da seta con la soppressione dell’espressione dei geni orologio PER o TIM, per produrre una serie di linee mutanti per diversi geni orologio, potrebbero permettere un’efficiente valutazione di questi aspetti in Bombyx mori.
*Si definiscono Scienze Omiche quelle discipline che utilizzano tecnologie di analisi che consentono la produzione di informazioni (dati), in numero molto elevato e nello stesso intervallo di tempo, utili per la descrizione e l’interpretazione del sistema biologico studiato.
Autori
(2) Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e Analisi dell’Economia Agraria, Centro di Ricerca per l’Agricoltura e Ambiente (CREA-AA), Laboratorio di gelsibachicoltura di Padova
Questo progetto ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea nell’ambito della convenzione di sovvenzione Marie Sklodowska-Curie n. 765937 (CINCHRON – Comparative Insect Chronobiology).