Королева или работник? Гибкость ролей у социальных насекомых зависит от немногих генов

Международная команда ученых использовала два вида насекомых из Латинской Америки — муравья-динозавра (Dinoponera quadriceps) и красного бумажного оса (Polistes canadensis) — для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе разделения на касты королев и рабочих у социальных насекомых.

Исследователи из Бристольского университета, Института Бабрахама и Центра геномной регуляции проанализировали индивидуальные мозги ос и муравьев обоих видов, чтобы выяснить, можно ли объяснить различия каст вариациями в том, как «считывается» и регулируется геном.

Гибкость как ключ к эволюции каст

В отличие от медоносных пчел, личинки которых необратимо запрограммированы стать королевой или рабочим, бумажные осы и муравьи-динозавры могут сменить роль с рабочего на королеву в любой момент жизни. Эта гибкость, как полагают, отражает ранние стадии эволюции каст.

Минимальные генетические различия

Сравнение молекулярных различий между королевами и рабочими дало неожиданный результат. У обоих видов менее одного процента генома показало заметные различия в уровнях экспрессии генов. Это контрастирует с медоносной пчелой, где в дифференцировке каст задействованы многие сотни генов.

Вместо этого касты дифференцировались тонкими, но неслучайными перестройками генетических сетей. Это указывает на отсутствие единого «главного гена», регулирующего разделение каст в этих простых обществах. Социальное поведение определяется взаимосвязанными сетями множества генов, каждый из которых оказывает небольшой эффект.

Роль эпигенетики

Ученые также исследовали, могут ли эпигенетические модификации ДНК (метилирование ДНК) регулировать эти тонкие генетические сети. Не было найдено доказательств, что специфичная для каст экспрессия генов управляется метилированием ДНК. Геномы муравья и осы в целом лишены сильных эпигенетических сигнатур. Ученые предполагают, что именно отсутствие такой молекулярной «запрограммированности» сохраняет геном открытым и отзывчивым, что и облегчает наблюдаемую поведенческую пластичность.

Значение исследования

• В рамках работы была впервые секвенирована геномная последовательность социальной осы, что завершает «трио» социальных перепончатокрылых (пчелы, муравьи, осы) и дает более сбалансированное понимание молекулярных основ социальности.
• Открытые механизмы, позволяющие легко переключаться между ролями, могут найти применение в исследованиях стволовых клеток человека, чтобы сделать их более пластичными, что потенциально улучшит клеточную терапию в будущем.