Геном муравья-грибовода раскрывает адаптацию социального поведения

Развитие сельского хозяйства стало важным событием в культурной эволюции человека, но мы не единственные организмы, перешедшие к сельскохозяйственному образу жизни. В исследовании, опубликованном в Genome Research, ученые секвенировали геном муравья-листореза, выращивающего грибы, что раскрыло новые детали генетики и молекулярной биологии этого необычного образа жизни.

Обитающие в Центральной и Южной Америке, а также на юге США, муравьи-листорезы развили симбиотические отношения с грибом. Измельчая листья в субстрат, муравьи помогают грибу выращивать специальные структуры, которые служат пищей для больших колоний.

С момента признания около 15 лет назад новым панамским видом, о биологии муравья-листореза Acromyrmex echinatior стало известно многое, но генетическая основа их сельскохозяйственного образа жизни оставалась в основном неизученной. В этой работе международная команда исследователей секвенировала геном A. echinatior и, сравнив его с геномами других муравьев и насекомых, выявила геномные ключи к эволюции поведения по выращиванию грибов.

Авторы отметили, что одним из самых интересных открытий в геноме этого муравья-листореза стало увеличенное количество генов в двух особенно примечательных семействах генов. «Основываясь на их функции у других организмов, мы ожидаем, что они вовлечены в адаптации системы спаривания и симбиотическую переработку пищи с грибом», — сказала доктор Санне Нюгор из Копенгагенского центра социальной эволюции, соавтор исследования.

Нюгор объяснила, что эти находки особенно увлекательны, потому что известные эволюционные изменения в репродуктивной биологии и сельскохозяйственном образе жизни этих муравьев теперь можно связать с конкретными геномными особенностями.

Авторы также отметили особенно удивительный результат при сравнении генов, кодирующих нейропептиды (малые молекулы, управляющие многими биологическими процессами), у муравья-листореза и у других секвенированных муравьев с разной средой обитания, диетой и поведением. Они ожидали выраженных различий в генах нейропептидов, но обнаружили обратное.

«Один и тот же набор генов нейропептидов присутствует во всех исследованных нами геномах муравьев, — сказала Нюгор, — что показывает их удивительную консервативность». Авторы предполагают, что нейроэндокринология всех муравьев может иметь очень схожее строение, восходящее к истокам социальной эволюции у предка всех современных муравьев.

«Мы пока лишь поверхностно затрагиваем увлекательные адаптации, которые, вероятно, будут раскрыты в ближайшие годы», — добавил доктор Якобус Бумсма, директор Копенгагенского центра социальной эволюции и соавтор работы. Он пояснил, что секвенирование и анализ генома, проведенные в этом исследовании, заложат основу для дальнейшего понимания биологии социального поведения.