Расшифрован геном муравья-листореза, раскрывающий секреты его «сельского хозяйства»

Муравьи-листорезы, характерные обитатели тропических лесов Нового Света, уникальны своей способностью срезать свежие листья для выращивания питательного гриба в качестве пищи.

Теперь этот мутуализм — сложное взаимодействие муравьёв, грибов и ряда бактерий — становится яснее, поскольку команда исследователей из Университета Висконсин-Мэдисон опубликовала полный геном муравья-листореза Atta cephalotes.

Исследование, опубликованное 10 февраля 2011 года в журнале Public Library of Science (PLoS) Genetics международной группой под руководством профессоров бактериологии UW-Mэдисон Кэмерона Керри и Гаррета Суэна, показывает, как образ жизни может перестроить генетический план животного в ходе эволюционной истории.

Геном, первый для муравья-листореза, показывает, что насекомое утратило гены, которые другие виды муравьёв используют для получения питательных веществ. Листорез, который не может выжить без своего гриба-пищи, по-видимому, «похудел» в геномном плане, избавившись от генов, которые ему больше не нужны из-за симбиотического образа жизни.

«Предположительно, муравьи потеряли эти гены из-за своей зависимости от гриба, — объясняет исследователь из Висконсина Гаррет Суэн, ведущий автор исследования в PLoS Genetics. — Им больше не нужны эти белки».

За 50 миллионов лет листорезы и их гриб-пища развили мутуализм, который позволяет муравьям стать самыми успешными агрономами мира насекомых, культивируя огромные подземные грибные сады. Эти сады являются единственным источником питания для огромных колоний, содержащих миллионы особей.

В тропиках Нового Света, единственном месте на Земле, где встречаются около 45 видов листорезов, муравьи оказывают всепроникающее экологическое влияние, собирая до 17% общего объёма листвы в тропических лесах и потребляя больше растительной массы, чем любой другой травоядный, включая других насекомых и млекопитающих. Зрелая колония может занимать 600 кубических метров пространства.

Наличие генома листореза, по словам Керри и Суэна, означает, что эволюционные секреты одного из самых успешных партнёрств в природе можно начать читать в ДНК муравья.

Проект был выполнен при поддержке гранта Roche Applied Science на секвенирование примерно 300 миллионов пар оснований ДНК, составляющих геном муравья. Этот грант, включающий доступ к технологии секвенирования Roche, теперь поддерживает получение геномных последовательностей для гриба, которым питается муравей, а также для ряда микроорганизмов, связанных как с муравьём, так и с грибом.

«Возможность изучить симбиоз — вот что нас мотивировало, — говорит Керри. — Геном позволяет понять взаимодействия в этой системе насекомое-микробы. Это значительно улучшает нашу способность понять эволюцию симбиоза и грибоводства у муравьёв».

Помимо выявления генетических признаков грибоводства листорезов, геном раскроет и другие секреты, поскольку группа из Висконсина лишь поверхностно проанализировала огромный массив данных, полученных для исследования.

Например, известно, что листорезы обладают разнообразием форм и размеров тела для разделения труда, необходимого для постройки, защиты и снабжения гнезда, содержащего так много особей. Кастовая система муравья включает мелких рабочих для ухода за грибным садом и расплодом, рабочих среднего размера для сбора свежих листьев и более крупных солдат; особи, способные к спариванию, имеют крылья.

«Геном даёт вам план каждого отдельного гена, который содержит организм, — отмечает Суэн, — и в конечном итоге он раскроет все тщательно охраняемые секреты мутуалистического поведения муравья и генетические различия, лежащие в основе кастовой системы, которая делает одного муравья маленьким, а другого — большим».