Título del Proyecto

Intersección entre las decisiones del destino celular y la diversificación fenotípica en una radiacion adaptativa reciente de mariposas

Nombre del mentor

W. Owen McMillan, mcmillano@si.edu

Lugar de la pasantía

Gamboa, Panama

Resumen y objetivos del proyecto

Las estructuras de los animales están formadas por combinaciones y disposiciones de distintos tipos de células, producto de la compleja toma de decisiones de las células durante el desarrollo. Pero, ¿cómo deciden estas células, que contienen información genética idéntica, qué ser? Esta investigación aborda esta pregunta biológica fundamental en una estructura animal simple pero espectacularmente diversa: los patrones de color en las alas de las mariposas Heliconius. Aunque los patrones de las alas de Heliconius son muy diversos, se crean alterando la distribución de solo tres tipos de células (escamas de alas rojas, negras y amarillas) a lo largo de la superficie de las alas. A diferencia de un órgano complejo, las decisiones celulares que crean estos patrones se desarrollan en un lienzo plano de células que no migran. Este atributo simplifica enormemente el proceso de comprensión de las interacciones entre genes y cómo estas interacciones cambian a lo largo del desarrollo para crear un patrón específico. Esta investigación capitaliza este hecho y las herramientas genómicas emergentes para caracterizar las decisiones moleculares que determinan cómo una célula del ala en desarrollo se especifica en uno de los tres tipos de células de escala diferentes.

Además de los objetivos de esta investigación, existen oportunidades para desarrollar habilidades en la comunicación científica. A través de la asociación con los programas públicos de STRI y los museos de ciencia en los EE. UU., este proyecto creará recursos de aprendizaje experiencial bilingües (inglés y español) que aprovecharan el potencial de las mariposas para educar a una variedad de audiencias (escolares, maestros y estudiantes de por vida) sobre los genes, el desarrollo, la selección natural y el papel que juegan las interacciones entre ellos en la generación de la biodiversidad de la Tierra.

Objetivos de la tutoría

Metas de la tutoría y beneficios para el pasante:

• Este proyecto utiliza una combinación de tácticas, incluidas asociaciones a lo largo de todo el genoma, perfiles epigenéticos de la accesibilidad de la cromatina, así como "knockouts" y "knockins" regulatorios específicos utilizando CRISPR-Cas9, para comprender cómo evoluciona nuevas formas. El pasante se beneficiará de integrarse en un equipo de investigación activo, que incluye varios postdoctorados, trabajando a la vanguardia de la investigación que conecta el genotipo con el fenotipo.

• La capacitación brindada en esta pasantía está destinada a desarrollar habilidades de investigación generales relacionadas con cómo enmarcar hipótesis y comunicar la ciencia de manera amplia. El pasante adquirirá experiencia en la identificación de mariposas, la comprensión de su historia evolutiva y ecología básica y comunicación científica.

Lista de lecturas sugeridas

McMillan, W. O., L. Livraghi, C. Concha, and J. J. Hanly.  (2020)  From patterning genes to process: unraveling the gene regulatory networks that pattern Heliconius wings. Frontiers in Ecology and Evolution 8:221

Livraghi, L., J. J. Hanly, S. M. Van Bellghem, G. Montejo-Kovacevich, E. van Der Heijden, L. S. Loh, A. Ren, I. A. Warren, J. J. Lewis, C. Concha, L. Hebberecht, C. J. Wright, J. M. Walker, J. Foley, Z. H. Goldberg, H. Arenas-Castro, C. Salazar, M. Perry, R.  Papa, A.  Martin, W. O. McMillan, W. Owen and C. D. Jiggins. (2021) Cortex cis-regulatory switches establish scale colour identity and pattern diversity in Heliconius. Elife, 10: https://doi.org/10.7554/eLife.68549.

Concha, C., R. W. R. Wallbank, J. J. Hanly, J. Fenner, L. Livraghi, E. Santiago Rivera, D. F. Paulo, C. Arias, M. Vargas, M. Sanjeev, C. Morrison, D. Tian, P. Aguirre, S. Ferrara, J. Foley, C. Pardo-Diaz, C. Salazar, M. Linares, D. Massardo, B. A. Counterman, M, Scott, C. D. Jiggins, R. Papa, A. Martin and W. O. McMillan.  (2019) Interplay between developmental flexibility and determinism in the evolution of mimetic Heliconius wing patterns. Current Biology 29 (23):3996-4009. e4.

Doudna, J. A., and Charpentier, E. (2014). Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 346(6213), 1077-1086.