В статье под названием «Репродуктивные работники демонстрируют экспрессию генов, подобных королеве, у насекомых с промежуточной эусоциальностью, желтохвостой шмели Bombus terrestris», опубликованной в журнале «Молекулярная экология», предполагается, что превращение отдельной шмеля в выделенную им касту самца, рабочего или матки зависит от активации отдельных генов, несмотря на то, что все пчелы имеют схожие геномы.
Исследование является частью докторской диссертации студента Марка Харрисона и проводилось под руководством докторов Иамона Мэллона и Роба Хаммонда из факультета биологии Университета Лестера.
Это первый раз, когда полное геномное исследование кастовой дифференциации было выполнено для желтохвостого шмеля, Bombus terrestris, что теперь стало возможным благодаря недавнему секвенированию всего генома шмеля.
Марк Харрисон объяснил: «Шмель — один из самых экологически и экономически важных опылителей.
Одним из увлекательных аспектов его биологии является дифференциация развивающихся самок либо на рабочих, либо на маток.
«В нашем исследовании мы стремились понять, как один геном может породить три такие разные касты — маток, рабочих и самцов — у шмелей.
"Вопрос, на который мы стремились ответить, заключается в том, как кодирует геном самцов, рабочих и маток, поскольку они настолько генетически похожи, но настолько различаются по поведению, морфологии и физиологии."
Команда проанализировала, какие гены были « включены » у самцов, рабочих и маток желтохвостого шмеля на разных стадиях развития, чтобы понять, как одни и те же геномы могут порождать такие разные касты.
Полученные данные свидетельствуют о том, что дифференциация не вызвана наследственными генетическими различиями, как это характерно для большинства видов животных, а это означает, что самцы, вылупляющиеся из неоплодотворенных яиц, генетически очень похожи на своих сестер.
Марк добавил: «Одно интересное открытие заключалось в том, что самые большие различия в экспрессии генов были обнаружены между взрослыми кастами, а не между кастами на стадиях личинки или куколки. Это удивительно, поскольку все морфологические особенности развиваются в течение этих двух фаз развития.
"Это указывает на необходимость более четких паттернов экспрессии для контроля поведения и физиологии у взрослых по сравнению с теми, которые требуются для создания различных морфологий.
"Это было дополнительно подчеркнуто закономерностями, которые мы наблюдали среди взрослых каст. Наибольшая разница была обнаружена между маткой и самцами, поведение и физиология которых мало совпадают."
Дифференциация между кастами у пчел аналогична дифференцировке клеток у людей, у которых также есть единый геном, кодируемый для всех типов клеток.
Каждая клетка в организме человека содержит идентичную ДНК, но при этом они дифференцируются в очень разные типы клеток, такие как клетки печени или нейроны.
Королевы и репродуктивные работники, которые начинают откладывать яйца ближе к концу цикла колонии, также показали небольшие различия в паттернах экспрессии генов.
Репродуктивные работники, похоже, становятся более похожими на королеву в своем поведении и физиологии.
В будущем исследователи надеются выяснить, может ли другая версия одного и того же гена привести к превращению самки в королеву, а не в рабочую, и хотят лучше понять, как паттерны экспрессии наследуются у животных.