Ученые из Лондонского университета королевы Марии и Австралийского национального университета выяснили, как изменения в питании на раннем этапе развития медоносных пчел могут привести к совершенно другим характеристикам взрослой особи.
Королевы и рабочие медоносные пчелы почти генетически идентичны, но их личинки питаются по-разному. Исследователи обнаружили, что специфические паттерны белков в их геноме играют важную роль в определении того, в какой из них они разовьются.
Эти белки, известные как гистоны, действуют как переключатели, контролирующие развитие личинок, а диета определяет, какие переключатели активированы. Они обнаружили, что матка развивается быстрее, а рабочий путь развития активно включается из стандартной программы развития матки.
Это изменение вызвано эпигенетикой - динамическим набором инструкций, которые существуют «поверх» генетической информации, которые кодируют и направляют программу событий, которая приводит к дифференциальной экспрессии генов и результату развития рабочих или маток.
Исследование, опубликованное в журнале Genome Research, описывает первую полногеномную карту гистоновых паттернов у медоносной пчелы и первую между любыми организмами одного пола, различающимися репродуктивным разделением труда.
Пчелы также являются очень важными опылителями, поэтому очень важно понимать их молекулярную биологию, то, как они развиваются, и механизмы, которые это регулируют.
Ведущий автор доктор Пол Херд из Лондонского университета королевы Марии сказал: «Способность отдельной личинки стать рабочей или королевой зависит от того, как гены включаются или выключаются в ответ на определенные диета; это определяет такие разные результаты от одного и того же генома."
Мы показываем, что королевы и рабочие имеют специфические гистоновые паттерны, даже если их ДНК одинаковы. Эти белки контролируют как структурные, так и функциональные аспекты генетического материала организма и обладают способностью определять, какая часть генома, и когда должен быть активирован, чтобы реагировать как на внутренние, так и на внешние стимулы».
Гистоны имеют небольшие химические метки или эпигенетические модификации, которые позволяют им действовать иначе, чем те, которые этого не делают, обычно открывая доступ к ДНК и генам. Это позволяет идентичной ДНК вести себя по-разному, потому что она обернута вокруг гистонов с разными химическими (эпигенетическими) метками.
Соавтор, профессор Рышард Малешка из Австралийского национального университета, добавил: «Масштаб модификаций гистонов, обнаруженный в ходе этого исследования, был поразительным и превзошел наши ожидания. Мы смогли определить важные различия в геномах рабочие и королева."
Эпигенетическая информация может быть изменена факторами окружающей среды, включая диету. В случае медоносной пчелы личинки маток питаются маточным молочком, сильнодействующим веществом, способным изменять инструкции развития.
Д-р Херд сказал: «Думайте о геноме как о книге инструкций всего, что возможно, но эпигенетика - это способ, которым эти инструкции читаются. Эпигенетика занимается интерпретацией, и, конечно, есть много разных способов интерпретации. эти инструкции и когда и в ответ на что."
Авторы обнаружили, что некоторые из наиболее важных эпигенетических различий находятся в областях генома медоносной пчелы, которые не являются частью генов. Впервые были идентифицированы эти специфичные для касты регуляторные участки ДНК, которые так важны для создания королевы или рабочей женщины.
Профессор Малешка сказал: «Наши результаты важны, потому что высокий уровень сходства наборов эпигенетических инструментов у медоносных пчел и млекопитающих делает это знакомое насекомое бесценной системой для исследования сложности эпигенетической регуляции, которая не может быть рассмотрена у людей или других животных. млекопитающие."