Среди общественных насекомых пчелы развили сильную и богатую социальную сеть, где занятые рабочие пчелы заботятся о королеве, которая, в свою очередь, контролирует размножение на благо улья.
Но южноафриканская медоносная пчела Капской провинции (Apis mellifera capensis) может нарушать эти правила. В процессе генетического обмана, называемого синдромом телитоки, самки рабочих пчел игнорируют приказы королевы и начинают размножаться самостоятельно.
Ученые в своем альтруистическом стремлении защитить медоносных пчел Кейптауна от недавнего разрушительного упадка переселили медоносных пчел Кейптауна в северо-восточный регион - только для того, чтобы увидеть, как пчелы Кейптауна сеют хаос среди колоний соседних подвидов медоносных пчел. Являюсь. scutellata.
Пчелы A. capensis превратились из альтруистичных рабочих в гостей, которые не хотят уходить, став социальными паразитами, которые самостоятельно кормятся в чужих колониях, воспроизводят армию лояльных рабочих, крадут весь мед и, в конечном итоге, свергают королева и захват принимающей колонии.
Этот тип поведения, несмотря на то, что он создан для плохих соседей, имеет большой эволюционный смысл. Если королева потеряна, то телитоки-синдром в какой-то момент должен был сработать как спасательный плот для спасения колонии. Но если это так, то почему это не стало более распространенным явлением для других видов пчел?
Недавно ученые прочесали геномы пчел, чтобы сузить генетику, лежащую в основе телитокии, и за последние несколько лет связали их с генами-кандидатами, но на сегодняшний день главный генетический переключатель не найден.
Теперь впервые группа под руководством Дениз Аумер и Эккарта Столле, работающая в лаборатории Робина Морица в Институте биологии Галле-Виттенбергского университета имени Мартина Лютера, наконец-то нашла основную причину, ответственную за для талитоки. Результаты были опубликованы в расширенном онлайн-издании Molecular Biology and Evolution..
"Раскрытие генетической архитектуры, лежащей в основе телитокии, является большим шагом к пониманию этого способа размножения не только у медоносной пчелы Кейптауна, но и у других видов насекомых в целом (например, многие инвазивные муравьи размножаются очень похожим образом) - сказал Столле. «После стольких лет работы над этой темой с такими усилиями наших коллег и нас, чтобы добавить кусочки головоломки, а также с тем или иным тупиком, для нас это огромное достижение, что мы пришли к этому."
Сравнивая геномы капских медоносных пчел, дающих потомство диплоидных самок (телитоки), с геномами пчел, производящих гаплоидных потомков самцов (арренотоки, т.е. ожидаемый способ размножения), они идентифицировали ген-кандидат, расположенный на первой хромосоме, LOC409096, и предложили назвать его Thelytoky (Th) в качестве основного регулятора размножения эгоистичных рабочих пчел. Thelytoky кодирует рецепторный белок с трансмембранной спиралью и сигнальным пептидом на внеклеточном N-конце, что указывает на то, что он связан с секреторным путем.
В частности, одна мутационная замена в экзоне 7 Thelytoky вызывает замену полярной аминокислоты треонина на неполярную аминокислоту изолейцин в последовательности белка, что приводит к существенным структурным модификациям и вероятным функциональным последствиям. Кроме того, они подтвердили свои генетические данные, показав, что уровни РНК Thelytoky были повышены только у эгоистичных пчел. Они также провели секвенирование ДНК другой популяции медоносных пчел и обнаружили точно такую же мутацию среди социально-паразитической линии медоносной пчелы Капской провинции, но не среди рабочих других подвидов медоносных пчел.
Исследуя генетику, они определили, что эгоизм кейпских пчел демонстрирует доминантный тип наследования, что означает, что только одна мутация должна быть передана, чтобы выполнить эгоистичный генетический переключатель.
Но генетика немного сложнее, потому что оказывается, что эгоистичный ген по-прежнему нуждается в своем альтруистическом партнере (известном как социальная или арренотокическая форма гена).
«Генетический контроль синдрома телитокии регулируется более сложным генетическим механизмом, чем предполагалось ранее», - сказал Аумер. «Аллель телитоки (Th) не является рецессивным, т. е. требует двух копий мутировавшего гена, а скорее доминантным аллелем. Эта доминантная мутация выражает фенотип (телитоки), когда одна копия гена представляет собой мутировавший вариант, а другая копия - единственный вариант, типичный для капской медоносной пчелы."
"Но в то же время оказывается, что наличие двух копий мутировавшего варианта вредно, возможно, даже летально, в то время как наличие двух копий "обычного" варианта этого гена капской пчелы заставляет их воспроизводиться нормально. Любая другая комбинация мутантного варианта с вариантом другого подвида будет несовпадающими аллелями и приведет либо к нефункциональным, либо к фертильным нормально воспроизводящимся (арренотоковым) фенотипам. Таким образом, типичный вариант Th капской пчелы, по-видимому, дополняет мутировавший вариант Th таким образом, что потомство становится плодовитым и выражает уникальный набор фенотипов, называемый синдромом телитокии».
Поскольку во время размножения может передаваться только один ген, генетика не только объясняет, почему селекционерам в течение последних 150 лет в основном не удавалось получить телитоковых рабочих от спаривания капских пчел с другими, но также и почему телитокское поведение не распространилось на другие популяции пчел.
Генетически оказывается, что вам все еще нужно немного альтруизма, чтобы быть по-настоящему эгоистичным. Когда от скрещивания передается только один, эффект теряется без его гена-партнера.
На более широком уровне идентифицированная генетическая архитектура телитоки у медоносных пчел может служить моделью для других эусоциальных видов с аналогичным телитокиозным размножением, в частности, для новых модельных систем муравьев, таких как Platythyrea punctata и клональный рейдер. ant Ooceraea biroi», - пишут авторы в публикации «Молекулярная биология и эволюция».
И точно так же, как в поразительном случае с малярией и генами гемоглобина у людей, исследование показывает, как всего одно изменение в ДНК может иметь такой драматический эффект на вид, или, в данном случае, изменение поведения из помощника в наемника.