寻找难以捉摸的突变 将利他主义变成蜜蜂中的自私行为

2019年1月17日17:32:18 发表评论
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在社会性昆虫中,蜜蜂已经形成了强大而丰富的社交网络,繁忙的工蜂倾向于女王,而女王则反过来控制繁殖,以利于蜂巢。但南非开普蜜蜂(Apis…

在社会性昆虫中,蜜蜂已经形成了强大而丰富的社交网络,繁忙的工蜂倾向于女王,而女王则反过来控制繁殖,以利于蜂巢。

但南非开普蜜蜂(Apis mellifera capensis)可以炫耀这些规则。在一个名为thelytoky综合症的遗传欺骗过程中,工蜂女性忽略了女王的命令并开始自己繁殖。

科学家们为了保护开普蜜蜂免受最近的破坏性枯萎而进行了无私的利他行动,将开普蜜蜂转移到了东北地区 - 只是看到开普蜜蜂在邻近的蜜蜂亚种群的殖民地中肆虐。scutellata。

该A.兔蜜蜂利他工人转向了谁也不会离开的客人-成为饲草自己到国外殖民地的社会寄生虫,再现忠实的工人大军,窃取所有的蜂蜜,并最终拉下马的皇后,并采取在宿主殖民地。

尽管为坏邻居做了这种行为,但这种行为具有很大的进化意义。如果女王失去了,那么一度的thelytoky综合症必须首先作为救生筏开始拯救殖民地。但如果是这种情况,为什么它不会成为其他蜂种更普遍的现象呢?

最近,科学家们已经梳理了蜜蜂基因组以缩小其背后的遗传学,并在过去几年中将这些基因与候选基因联系起来 - 但到目前为止,尚未找到主遗传开关。

现在,由Denise Aumer和Eckart Stolle领导的一个小组,在Martin-Luther-UniversitätHalle-Wittenberg生物学研究所的Robin Moritz实验室工作,最终找到了导致这个问题的根本原因。该研究结果发表在分子生物学和进化的先进在线版上。

“了解这种基因结构,是了解这种繁殖方式的重要一步,不仅在开普蜜蜂中,而且在其他昆虫物种中也是如此(例如许多侵入性蚂蚁以非常相似的方式繁殖),”Stolle说。“经过这么多年的工作,我们的同事和我们为了解决这个问题而付出了很多努力,并且还有一个或者另一个死胡同,这对我们来说是一个巨大的成就。 “

通过比较产生二倍体雌性后代(thelytoky)的Cape蜜蜂的基因组与产生单倍体雄性后代(arrhenotoky,即预期的繁殖方式)的基因组,他们确定了位于第一染色体上的候选基因LOC409096,并提议将其称为Thelytoky (Th),作为自私工蜂复制的主要监管者。Thelytoky编码一种受体蛋白,在细胞外N末端具有跨膜螺旋和信号肽,表明它与分泌途径相关。

具体地,Thelytoky的外显子7中的单个突变取代导致蛋白质序列中极性氨基酸苏氨酸变为非极性氨基酸异亮氨酸,导致显着的结构修饰和可能的功能性后果。此外,他们通过显示Thelytoky的RNA水平仅在自私的蜜蜂中升高来证实他们的遗传数据。他们还对另一种蜜蜂种群进行了DNA测序,发现了开普蜜蜂的社交寄生谱系中的相同确切突变,但其他蜜蜂亚种的工人却没有。

从遗传学的研究中,他们确定了开普蜜蜂的自私性表现出显性的遗传模式,这意味着只需要传递一个突变就可以进行自私的基因转换。

但是遗传学有点复杂,因为事实证明,自私的基因仍然需要它的利他伴侣(被称为基因的社会或者神奇的形式)。

“对thelytoky综合征的遗传控制受到比以前假设的更复杂的遗传机制的调控,”Aumer说。“thelytoky等位基因(Th)不是隐性的,即需要两个突变基因拷贝,而是一个显性等位基因。当一个基因的一个拷贝是突变变体时,这个显性突变表达表型(thelytoky),另一个复制品是Cape蜜蜂的典型变种。“

“但与此同时,似乎有两个突变变体的拷贝是有害的,甚至是致命的,而拥有这个基因的”常规“Cape bee变种的两个拷贝使它们正常繁殖。任何其他组合的变异具有另一亚种变体的变体将是不匹配的等位基因并且将导致非功能性或可育的正常繁殖(arrhenotokous)表型。因此,Cape bee典型的Th变体似乎以与后代相似的方式补充突变的Th变体。是肥沃的,表达了一种独特的表型,称为thelytoky综合症。“

因为只有一个基因可以在繁殖过程中传播,遗传学不仅解释了为什么繁殖者在过去的150年中,大多数人都没有成功地生产这些狡猾的工人与其他人交配开普蜜蜂,而且还说明为什么这个问题没有得到解决。传播到其他蜜蜂种群。

基因上,事实证明你仍然需要一点利他主义才能真正自私。当只有一个从杂交中传播时,没有其伴侣基因就会失去效果。

“在更广泛的层面上,蜂蜜蜜蜂中识别出的遗传结构可以作为其他具有相似的群落繁殖的社会性物种的模型,特别是对于新型蚂蚁模型系统,如斑点甲虫和克隆袭击者蚂蚁Ooceraea biroi,”作者在“分子生物学与进化”出版物中写道。

就像人类疟疾和血红蛋白基因的惊人案例一样,该研究表明DNA中的单一变化如何对物种产生如此显着的影响,或者在这种情况下,将蜂的行为从帮助者改变为雇佣兵

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