Найден ключевой ген, превращающий альтруизм медоносных пчел в эгоистичное поведение

Южноафриканская капская медоносная пчела (Apis mellifera capensis) способна нарушать строгие социальные правила улья. В процессе генетического обмана, называемого синдромом телитокии, рабочие пчелы-самки игнорируют контроль матки и начинают размножаться самостоятельно.

Перенос капских пчел в северо-восточный регион для защиты от болезни привел к катастрофе: они стали социальными паразитами для соседнего подвида A. m. scutellata, захватывая чужие колонии, размножаясь, похищая мед и свергая местных маток.

Группа ученых под руководством Дениз Аумер и Эккарта Штолле из Института биологии Мартин-Лютер-Университета Галле-Виттенберг впервые обнаружила генетическую причину телитокии. Результаты опубликованы в Molecular Biology and Evolution.

Сравнив геномы капских пчел, производящих диплоидное потомство самок (телитокия), с теми, кто производит гаплоидное потомство самцов (арренотокия — ожидаемый режим размножения), ученые идентифицировали ген-кандидат на хромосоме 1 — LOC409096. Его предложено назвать Thelytoky (Th).

• Мутация: Единственная точечная замена в экзоне 7 гена Th вызывает изменение полярной аминокислоты треонина на неполярный изолейцин в белковой последовательности. Это приводит к существенным структурным и, вероятно, функциональным изменениям.
• Подтверждение: Уровни РНК гена Th были повышены только у «эгоистичных» пчел. Та же точная мутация была найдена у социально-паразитической линии капской пчелы, но отсутствовала у рабочих других подвидов.

Исследование показало, что эгоизм капской пчелы наследуется по доминантному типу: для проявления синдрома достаточно одной копии мутировавшего гена.

Однако генетический контроль оказался сложнее. Мутировавший аллель телитокии (Th) является доминантным, но для проявления фенотипа (телитокии) ему требуется вторая копия гена — типичный для капской пчелы вариант («альтруистичный» или арренотокный).

• Две копии мутировавшего варианта, вероятно, летальны.
• Две копии «регулярного» капского варианта приводят к нормальному размножению.
• Комбинация мутировавшего варианта с вариантом от другого подвида дает несовместимые аллели и не приводит к телитокии.

Эта генетическая архитектура объясняет, почему в течение 150 лет селекционерам не удавалось получить телитокичных рабочих от скрещивания капских пчел с другими, и почему такое поведение не распространилось на другие популяции пчел. Для проявления «эгоизма» гену нужен «альтруистичный» партнер.

Выявленная генетическая основа телитокии у медоносных пчел может служить моделью для других эусоциальных видов, например, муравьёв Platythyrea punctata и Ooceraea biroi. Как и в случае малярии и генов гемоглобина у людей, исследование показывает, как одно изменение в ДНК может драматически повлиять на вид, превращая поведение пчелы из помощника в наёмника.