Sequenza del genoma e setamica della falena dell'ermellino, Yponomeuta cagnagella, che rappresenta il primo lignaggio divergente dei lepidotteri ditrisi

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1281 (2022) Citare questo articolo

1294 accessi

2 citazioni

9 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Molte specie di lepidotteri producono seta, bozzoli, tubi di alimentazione o nidi per proteggersi dai predatori e dai parassiti di bruchi e pupe. Tuttavia, il numero di specie di lepidotteri la cui composizione della seta è stata studiata in dettaglio è molto piccolo, perché i geni che codificano per le principali proteine ​​strutturali della seta tendono ad essere grandi e ripetitivi, rendendo difficile il loro assemblaggio e l’analisi della sequenza. Qui abbiamo analizzato la seta di Yponomeuta cagnagella, che rappresenta uno dei primi lignaggi divergenti dei lepidotteri ditrisi, migliorando così la copertura dell'ordine. Per ottenere un elenco completo dei geni della seta Y. cagnagella, abbiamo sequenziato e assemblato una bozza di genoma utilizzando le tecnologie Oxford Nanopore e Illumina. Abbiamo utilizzato un trascrittoma delle ghiandole della seta e un proteoma della seta per identificare i principali componenti della seta e verificare la specificità tissutale dell'espressione dei singoli geni. Viene fornita un'annotazione dettagliata dei principali geni e dei loro presunti prodotti, comprese le loro sequenze complete e le strutture esone-introne. Viene mostrata anche la morfologia delle ghiandole e delle fibre della seta. Questo studio colma un’importante lacuna nella nostra crescente comprensione della struttura, dell’evoluzione e della funzione dei geni della seta e fornisce risorse genomiche per studi futuri sull’ecologia chimica delle specie Yponomeuta.

La seta è un termine funzionale utilizzato per descrivere le fibre proteiche filate da una serie di lignaggi di artropodi e comprende un'ampia gamma di materiali diversi1. La crescente applicazione delle tecnologie omiche per caratterizzare le sequenze nucleotidiche e proteiche specifiche per i componenti della seta sta rivelando una sorprendente variabilità nelle proprietà della seta tra i taxa di artropodi2,3,4,5. È stato ipotizzato che le sete con diverse strutture proteiche dominanti abbiano origini evolutive diverse. Un numero crescente di studi su ragni6, falene2,7, tricotteri8,9 e api10,11 suggerisce che la produzione della seta si è evoluta in modo indipendente in diversi gruppi. Gli insetti utilizzano diversi tipi di ghiandole per la secrezione della seta e producono una serie di secrezioni proteiche. In effetti, la seta degli insetti potrebbe essersi evoluta in modo indipendente in 23 linee evolutive1. Tuttavia, le larve sia dei lepidotteri che dei tricotteri (gruppi fratelli che formano il sopraordine degli Amphiesmenoptera) producono fibre di seta contenenti fibroine L e H nelle loro ghiandole labiali e le loro principali proteine ​​della seta hanno un'origine comune12. È stato ipotizzato che la produzione di questo tipo di seta si sia conservata per oltre 300 milioni di anni13.

La seta prodotta dai bruchi dei lepidotteri è secreta da una coppia di ghiandole labiali (salivari) specializzate chiamate ghiandole della seta (SG). Una miscela di proteine ​​della seta viene immagazzinata in un lume della ghiandola della seta come una soluzione densa che si solidifica dopo la filatura. Mentre la struttura complessiva della seta è simile, le singole proteine ​​possono variare notevolmente nei lepidotteri. A seconda della solubilità, le proteine ​​della seta sono tradizionalmente divise in due gruppi: proteine ​​della fibroina insolubile, che formano due filamenti centrali e proteine ​​della sericina solubili in acqua calda che formano un rivestimento idrofilo e sigillano i filamenti in una fibra14,15. Le fibroine sono prodotte dalla parte posteriore delle ghiandole della seta (PSG), mentre le proteine ​​di rivestimento vengono progressivamente aggiunte alla seta immagazzinata nelle ghiandole della seta medie (MSG). La parte anteriore delle ghiandole della seta (ASG) apparentemente non produce alcun componente della seta e funge da sbocco della ghiandola14. Le proteine ​​di rivestimento mostrano una grande eterogeneità tra le specie, sia nel numero di proteine ​​che contengono che nelle sequenze dei singoli componenti16.

L'analisi dettagliata dei componenti della seta è stata eseguita in diversi rappresentanti delle famiglie di falene Bombycidae17, Saturniidae18, Pyralidae19, Nolidae5, Tineidae7 e Psychidae20, con la maggior parte delle specie appartenenti alla Ditrysia superiore, che comprende oltre il 98% della diversità dei lepidotteri esistente12. Tuttavia, il rilevamento delle proteine ​​della seta nelle specie appena studiate è ostacolato dalla natura ripetitiva delle loro sequenze e dalla bassa somiglianza delle sequenze anche tra specie della stessa famiglia. Perdite e duplicazioni di geni combinate con rapidi cambiamenti di sequenza rendono piuttosto difficile l'identificazione dei singoli geni che codificano per le proteine ​​​​del rivestimento sulla base di somiglianze16. Di conseguenza, spesso mancano le sequenze complete e l'architettura esone-introne dei geni della seta.