Исследователи из Бристольского университета, Института Бабрахама (Кембридж, Великобритания) и Центра геномного регулирования (Барселона, Испания) проанализировали мозг отдельных ос и муравьев от маток и рабочих обоих видов, чтобы выяснить, можно ли объяснить кастовые различия вариациями в как геном «читается» и регулируется.Как опубликовано в последнем выпуске PNAS, эти два вида рассказали не только о медоносных пчелах, но и о том, как касты цариц и рабочих эволюционируют в сообществах насекомых.
Доктор Сейриан Самнер, старший автор статьи и старший преподаватель Бристольского университета, объясняет: «В отличие от медоносных пчел, личинкам которых необратимо суждено стать королевой или рабочим, бумажные осы и муравьи-динозавры могут переключаться между ролями. от рабочего к королеве в любой момент их жизни. Считается, что эта гибкость представляет первые стадии эволюции каст, когда формируются простейшие общества ».
Королевы и рабочие бумажных ос и муравьев-динозавров выглядят одинаково. Только наблюдая за поведением насекомых и социальным взаимодействием, исследователи смогли определить их роли. Для этого исследователи снабдили насекомых крошечными пятнами краски или опознавательными бирками, чтобы изучить насекомых в их естественной среде обитания.Сравнение молекулярных различий между царицами и рабочими обоих видов было неожиданным. «Мы обнаружили очень мало различий в экспрессии генов и функциональной специализации генов между царицами и рабочими как у муравьев, так и у осы», — сказал доктор Соленн Паталано из программы эпигенетики в Институте Бабрахама и ведущий автор статьи. «В обоих случаях менее одного процента генома показали заметные различия в уровнях экспрессии.
Это было неожиданно, поскольку многие сотни генов участвуют в дифференциации маток и рабочих пчел».Вместо этого авторы обнаружили, что касты различаются тонким, но неслучайным расположением генных сетей. «Это говорит о том, что в этих простых обществах нет единого главного гена, регулирующего кастовую дифференциацию, и что гены простого социального поведения действуют во взаимосвязанных сетях, включающих множество генов небольшого эффекта», — пояснил д-р Самнер.Авторы также изучили, могут ли эпигенетические модификации ДНК (метилирование ДНК) регулировать эти тонкие генные сети. «Удивительно, но мы не нашли доказательств того, что экспрессия генов, специфичных для маток и рабочих, была вызвана метилированием ДНК, и в более общем плане геномы муравьев и ос не имеют сильных эпигенетических сигнатур». — сказал доктор Паталано. «Мы предполагаем, что это отсутствие молекулярной приверженности сохраняет геном открытым и отзывчивым, облегчая поведенческую пластичность, которую мы видим у этих видов».«В рамках этого исследования мы очень рады опубликовать первую последовательность генома социальной осы!» — добавил доктор Самнер. «Последовательности генома существуют для одиннадцати видов муравьев и трех видов пчел.
Секвенирование первого генома осы завершает трио социальных перепончатокрылых (пчелы, осы и муравьи), что дает нам более сбалансированное понимание молекулярных основ социальности насекомых, и открывает новые захватывающие возможности для исследования несколько забытой группы насекомых ».Профессор Вольф Рейк, руководитель программы эпигенетики в Институте Бабраама, ассоциированный профессор Института Сэнгера Wellcome Trust и старший автор статьи, сказал: «Мы очень рады открытию молекулярных механизмов, которые у этих ос и муравьев позволяют легко переключаться между ними. рабочие и королевы.
Есть несколько применений этих принципов к человеческим стволовым клеткам, чтобы сделать их более пластичными, что потенциально может привести к лучшему лечению стволовыми клетками в будущем ».«Работа демонстрирует актуальность геномных подходов, включая секвенирование генома и транскриптома, для понимания поведения животных. Они помогают раскрыть генетическую основу, лежащую в основе поведенческих черт». добавил профессор Родерик Гиго, координатор программы биоинформатики и геномики Центра геномной регуляции в Барселоне, Испания.