Entendre com es regulen el creixement i la metamorfosi dels animals té aplicacions en àmbits tan diversos com la medicina, el control de plagues i la biologia evolutiva. Tot i això, els mecanismes que governen el desenvolupament dels insectes són complexos, i el seu mapa genètic roman incomplet avui dia. 

Una recerca de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), un centre mixt del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), confirma el paper de Chinmo en la inhibició de la metamorfosi de la panerola alemanya (Blattella germanica). L’estudi revela els mecanismes d’actuació dels gens Chinmo i Abrupt per aturar el seu creixement. Per primera vegada, la recerca estableix l’evolució d’aquests gens reguladors del creixement dels insectes, amb implicacions per a la biologia evolutiva i el control de plagues.

Revelats nous mecanismes clau en la metamorfosi de la panerola alemanya

El creixement i la metamorfosi dels insectes responen a un complex trencaclosques genètic que la recerca ha anat desxifrant durant dècades. En estudis anteriors, l’equip de l’IBE va establir un camí aparentment senzill: l’hormona juvenil (JH) i el gen Kr-h1 mantenen l’estadi juvenil mitjançant la inhibició del gen E93, que promou la metamorfosi. És el que s’anomena via MEKRE93, que regula la metamorfosi en els insectes. Investigacions posteriors, van incorporar Chinmo i Abrupt, dos gens implicats en el manteniment de l’estadi juvenil en els insectes. Fins ara, però, se’n desconeixien amb precisió els mecanismes d’acció.

La investigació publicada a PLOS Genetics revela que Chinmo i Abrupt actuen sinèrgicament per mantenir l’estadi juvenil dels insectes, tot i que no interactuen entre ells. Mitjançant experiments d’inactivació genètica, l’equip de l’IBE conclou que Chinmo inhibeix directament el factor E93, impedint l’inici de la metamorfosi.

Abrupt, en canvi, actua de forma indirecta: activa l’expressió del gen Kr-h1, que al seu torn reprimeix E93. Aquests resultats posen llum sobre el mapa de regulació genètica que governa la transició de l’estadi juvenil a l’adult en els insectes.

Evolució de la regulació de la metamorfosi dels insectes hemimetàbols (a dalt) a holometàbols (a baix): en taronja els gens implicats en el manteniment de l’estadi juvenil, i en verd els gens de la metamorfosi. El gen Chinmo amplia el seu efecte inhibidor d’E93 a BR-C en insectes holometàbols. El gen BR-C també amplia la seva funció en la metamorfosi completa. Crèdit a Xavier Bellés. 

“Tots dos gens mantenen l’estadi juvenil dels insectes, però ho fan de manera diferent. Hem observat que Kr-h1 actua com un “interruptor” de la metamorfosi, mentre que Chinmo n’ajusta la velocitat i el ritme” comenta Xavier Bellés, investigador principal de l’IBE que ha liderat la recerca.

Noves perspectives sobre l’evolució dels insectes 

La metamorfosi completa dels insectes holometàbols, com la que presenten papallones, mosques o escarabats, va evolucionar a partir d’ancestres amb metamorfosi simple (hemimetàbols), com la panerola alemanya.

“Els gens Chinmo i Abrupt es van identificar en estudis amb insectes de metamorfosi completa, on inhibeixen aquest procés. Desvelar el seu mecanisme d’actuació en la panerola alemanya podia posar llum a l’evolució de la metamorfosi”, comenta Bellés.

L’estudi mostra que el gen Chinmo ha evolucionat en les seves funcions reguladores. En els insectes de metamorfosi completa, Chinmo impedeix l’estadi adult inhibint E93, i també impedeix la formació de la pupa - un pas clau en la transformació - inhibint el gen Broad-Complex (BR-C). En la metamorfosi simple, però, Chinmo només actua sobre E93. 

“En la transició d’hemimetàbols a holometàbols, Chinmo va adquirir la propietat d’inhibir BR-C de manera que impedia la formació de la pupa, un pas nou i exclusiu de la metamorfosi completa”, comenta Bellés, que afegeix “Les noves dades sobre el paper regulador d’aquests gens mostren que la metamorfosi, i la seva història evolutiva, és més intricada i complexa del que reflecteixen els models actuals”. 

Ampliant el coneixement sobre les paneroles

La panerola alemanya és considerada una plaga d’especial rellevància a causa de la seva adaptació als ambients urbans i la seva elevada mobilitat, que faciliten la transmissió de bacteris i altres patògens, així com reaccions al·lèrgiques.

En aquest context, diferents equips de l’IBE treballen en la identificació de gens implicats en el desenvolupament de Blattella germanica. El seu coneixement és clau per a l’estudi de la seva biologia, i té una aplicació potencial en el disseny de futures estratègies de control de plagues més precises.

“Conèixer la genètica de B. germanica és essencial per desenvolupar tècniques de control que no afectin altres animals de l’entorn urbà i respectin el medi ambient. Amb aquest estudi estem més a prop de completar el seu mapa d’interaccions gèniques i entendre les claus del seu desenvolupament”, comenta Bellés, que va participar en el projecte de l’IBE del 2019 “Pon freno a las cucarachas”. El projecte va desenvolupar l’eina molecular DIPA-CRISPR, una nova tècnica que permet editar el genoma de les paneroles. El potencial d’aplicació d’aquesta eina s’amplia amb el coneixement del mapa genètic de les paneroles.

Article referenciat:

Escudero J, Gonzalvo J, Piulachs MD, Belles X. 2025. Chinmo function in cockroaches provides new insights into the regulation and evolution of insect metamorphosis. PLoS Genetics. DOI: 10.1371/journal.pgen.1011993.