Api, chi sarà la regina? La risposta è negli “interruttori” del DNA, lo studio

Le api sociali sono organizzate in “caste chiuse”, operaie e regine. Ma chi “decide” chi sarà la regina? Un gruppo di ricerca guidato dall’Università di Hiroshima (Giappone) ha identificato gli “interruttori” del DNA che tra larve geneticamente del tutto identiche fanno nascere le regine, da adulte decisamente diverse dalle operaie

Roberta De Carolis

28 Giugno 2026

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Tra tante larve geneticamente identiche, poche diventano regine: tra le api la metamorfosi, che porta ad adulti diversi, è guidata da alcune specifiche sequenze di DNA enhancers, una sorta di “interruttori molecolari”. Un gruppo di ricerca guidato dall’Università di Hiroshima (Giappone) ha identificato quali di loro “dividono” regine e operaie.

Quello straordinario processo biologico chiamato metamorfosi

I bruchi si trasformano in farfalle, i girini in rane, le larve diventano api, coleotteri, vespe e formiche: la metamorfosi è lo straordinario processo biologico attraverso il quale alcune specie di animali, tra cui gli insetti, si trasformano fisicamente in adulti attraverso fasi di sviluppo sequenziali e molto diverse.

Nella metamorfosi completa, circa il 75-80% delle specie di insetti attraversa quattro diversi cicli vitali, ovvero uovo, larva, pupa e adulto, prima di trasformarsi in adulti maturi. Dal punto di vista genetico questo processo è davvero incredibile, poiché gli insetti e gli animali che si trasformano hanno lo stesso genoma in ogni fase di sviluppo, eppure appaiono e si comportano spesso in modo molto diverso allo stadio larvale rispetto a quello adulto.

I ricercatori stanno iniziando a comprendere i meccanismi genetici che regolano queste transizioni complete tra le fasi di sviluppo nelle specie che si metamorfosano. Inoltre, diversi studi stanno rivelando come insetti come api, formiche, vespe e termiti possano produrre caste sociali distinte – regine e operaie – a partire da larve geneticamente identiche, modificando la regolazione genica.

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Cosa hanno scoperto ora gli scienziati e come hanno condotto la ricerca

I ricercatori hanno ora utilizzato la tecnologia CAGE (Capp-Analysis of Gene Expression) per valutare l’attività di sequenze enhancer dell’ape, identificate tramite previsioni computazionali (al PC), che potrebbero aumentare l’espressione dei geni vicini durante la metamorfosi delle api operaie.

Le sequenze enhancer sono infatti regioni di DNA che funzionano come “interruttori molecolari”, contribuendo a regolare l’attivazione e la “forza” di determinati geni. E questo studio ha fornito ora la prima prova diretta di questa attività durante la metamorfosi delle api operaie, identificando quali sequenze determinano davvero il “ruolo in società” assegnato alle larve.

Il nostro studio si proponeva di individuare quali enhancer fossero effettivamente attivi durante la metamorfosi delle api operaie (Apis mellifera) – spiega Hidemasa Bono, che ha guidato il lavoro – e quali fattori di trascrizione venissero usati per regolare i geni chiave dello sviluppo

Infatti uno studio del 2015 aveva previsto i siti di legame dei fattori di trascrizione tramite calcoli computazionali ma basati esclusivamente sulla sequenza genomica, e finora mancavano prove dirette dell’attivazione degli enhancer nelle diverse fasi di sviluppo delle api operaie.

Nello specifico, il team ha sequenziato le prime sequenze di mRNA delle api operaie e le ha mappate sul genoma dell’ape per identificare i siti di legame dei fattori di trascrizione (TFBS), siti del genoma in cui le proteine ​​di espressione genica si legano al DNA determinando l’espressione di alcuni geni specifici.

Individuando tali siti, il team ha trovato la posizione di 842 potenziali sequenze enhancer in grado di legare proteine ​​attivatori e di aumentare la probabilità di espressione genica.

È importante sottolineare, inoltre, che questo studio ha identificato le sequenze enhancer basandosi sull’RNA enhancer di api operaie reali, anziché limitarsi a prevederle a partire dalla sola sequenza genomica.

Le variazioni nei livelli di espressione genica possono essere facilmente identificate tramite analisi trascrittomica – spiega su questo Kouhei Toga, primo autore della ricerca – Tuttavia, i fattori di trascrizione regolatori che guidano queste variazioni rimangono in gran parte sconosciuti, poiché la maggior parte dei TFBS all’interno degli enhancer viene dedotta dalla conservazione basata sulla sequenza piuttosto che dall’osservazione diretta dell’attività. Fornire prove sperimentali di enhancer attivi è quindi prezioso per comprendere l’evoluzione della sofisticata socialità osservata nell’ape mellifera Apis mellifera

I ricercatori hanno classificato i 17.349 siti di inizio della trascrizione (TSS) e gli 842 potenziali enhancer in cinque categorie in base ai loro modelli di espressione complessivi: questi cluster erano regolati dai fattori di trascrizione che rientravano in queste categorie, e il team ha ulteriormente ristretto le relazioni regolatorie delle api operaie a sole 15 specifiche relazioni fattore di trascrizione-enhancer-gene bersaglio che controllano la metamorfosi.

Cosa manca a questa ricerca

Sebbene l’applicazione della tecnologia CAGE abbia confermato la presenza di sequenze enhancer delle operaie nelle api mellifere Apis mellifera, il team deve ancora convalidare i risultati utilizzando diversi test per costruire un quadro più completo delle reti di regolazione genica che controllano lo sviluppo delle operaie. In definitiva, il team vorrebbe utilizzare queste conoscenze per affrontare le sfide che gli impollinatori si trovano ad affrontare in tutto il mondo.

Le api mellifere sono i principali impollinatori di un’ampia gamma di colture, tra cui le fragole, e svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento della biodiversità – conclude Bono – Una comprensione più approfondita dei meccanismi molecolari che regolano lo sviluppo delle api operaie ha quindi implicazioni di vasta portata, non solo per l’apicoltura, ma anche per la sicurezza alimentare globale e la conservazione degli ecosistemi

Questa ricerca è stata finanziata dal Center of Innovation for Bio-Digital Transformation (BioDX), una piattaforma di innovazione aperta per la co-creazione industria-università (COI-NEXT) della JST (JPMJPF2010), e dal programma di ricerca congiunto RIKEN-Università di Hiroshima per l’Hub di Scienza e Tecnologia.

Il lavoro è stato pubblicato su Insects.

Fonti: Università di Hiroshima / Insects  

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