Экспрессия генов в мозге предсказывает поведение отдельных медоносных пчёл

Исследование, включавшее штрихкодирование и отслеживание поведения тысяч отдельных пчёл в шести безматочных семьях, а также анализ экспрессии генов в их мозге, даёт новые представления о том, как регуляция генов влияет на социальное поведение.

Исследование, опубликованное в журнале eLife, показывает, что активность регуляторных генов, известных как факторы транскрипции, в мозге сильно коррелирует с поведением пчёл. Один фактор транскрипции может индуцировать или подавлять экспрессию десятков других генов.

Если матка в семье погибает, а рабочие особи не могут вырастить новую, некоторые рабочие пчёлы активируют свои яичники и начинают откладывать яйца. Это пример "поведенческой пластичности" — способности менять поведение в ответ на изменения среды.

Учёные сравнили поведение, связанное с откладкой яиц и фуражировкой (сбором пищи), как примеры эгоистичного и кооперативного поведения соответственно. В нормальных условиях яйца откладывает матка, а рабочие особи занимаются фуражировкой. Изучение безматочных семей позволило анализировать только рабочих пчёл, избежав осложнений, связанных с разным развитием маток и рабочих особей.

Поведение автоматически отслеживалось 24/7 с помощью штрихкодов и компьютерного зрения, что позволило создать необычно большой набор данных.

С помощью вычислительных алгоритмов были обнаружены устойчивые различия в регуляции генов между пчёлами, посвятившими себя фуражировке, и теми, кто в основном занимался откладкой яиц. Эти паттерны регуляции факторов транскрипции были настолько отчётливыми, что позволили предсказать, является ли отдельная пчела фуражиром или яйцекладущей особью.

Анализ выявил, что небольшое число яйцекладущих рабочих пчёл также занималось фуражировкой. У этих "универсалов" был промежуточный профиль экспрессии генов между специалистами-фуражирами и специалистами по откладке яиц.

Было идентифицировано 15 факторов транскрипции, которые лучше всего объясняли поведенческие различия у пчёл. Результаты показывают, что изменения в активности небольшого числа влиятельных факторов транскрипции могут приводить к разительно разному поведению.

Некоторые из идентифицированных факторов транскрипции ранее были связаны с эволюцией социального поведения у других видов. Это говорит о том, что полученные данные помогут понять, как социальное поведение эволюционировало и регулируется у разных видов, включая, возможно, человека.