Ученые из Института науки и технологий в Окинаве (Япония) под руководством профессора Александра Михеева совместно с коллегами из университета Хельсинки (Финляндия) и некоторых других стран изучили 16 различных видов муравьев, чтобы понять, как у этих насекомых появляется матка. Исследователи вели поиск генов с похожим паттерном экспрессии через образцы, которые могут обусловливать структурные, поведенческие и функциональные различия, наблюдаемые между матками и рабочими муравьями. Результаты работы опубликованы в журнале Genome Biology, а их популярное изложение представляет eSienceNews.
Рабочие муравьи и муравьиная матка имеют совершенно идентичный геном, но при этом умудряются выполнять совершенно разные экологические функции. Как одни и те же гены приводят к двум различным типам особей, долгое время оставалось для ученых загадкой.
В новом исследовании ученые отобрали муравьиных маток и рабочих особей различных видов и секвенировали их транскриптом — полный спектр молекул матричной рибонуклеиновой кислоты (РНК) насекомых. Они создали коэкспрессивную сеть из 36 наборов генов, которые представляют группы выраженных генов. Это был самый большой набор данных для изучения экспрессии генов социальных насекомых. «Муравьи возникли более 100 миллионов лет назад. Их отличает разнообразие адаптивных признаков, многие из которых развивались параллельно у разных видов», — рассказывает профессор Михеев.
Исследователи выяснили, что структурные и функциональные различия между матками и рабочими муравьями возникают в результате дифференциального выражения эволюционных наборов генов. Иными словами они увидели, что вместо одного конкретного гена, отношения между наборами генов может помочь объяснить, структурные и функциональные различия между маткой и рабочими муравьями.
Любопытно, что эти консервативные наборы генов также связаны с некоторыми другими биологическими чертами, которые эволюционировали несколько раз, например, количество маток в колонии, будут ли конкретные муравьи инвазивным видом или нет, а также степень бесплодности рабочего. Это говорит о том, что законсервированные генетические модули могут определять эволюцию инсектицидных черт.
Результаты исследования позволяют ученым лучше понять не только то, как различия между маткой и рабочей особью могут возникать в результате взаимодействия между генами, но и для эволюции муравьев вообще, а в более общем виде — в изучении эволюции экспрессии генов вообще.
«В этом исследовании мы также продемонстрировали, какие нетрадиционные подходы в изучении генома могут быть применены в области экологии и эволюции, — рассказывает Клэр Морандин (Claire Morandin), один из участников исследовательской группы. — Этот метод будет полезен и для других исследований, рассматривающих связь между генной экспрессией и физическими признаками особей».
Ранее портал Научная Россия писал о том, что муравьи могут научить людей бороться с дорожными пробками.
