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表观遗传学修饰影响蚂蚁的社会分工

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来源:生物谷 2016-01-07 09:19

不论是寻找食物,照顾幼虫或者抵御邻居的侵扰,木蚁中的工蚁总是为了蚁后与蚁群做出无私的贡献。最近,生物学家们找到了使这些工蚁工作更加勤奋,或者改变他们在蚁群社会中的分工的关键,即利用化学手段对其DNA进行修饰。

2016年1月6日 讯 /生物谷BIOON/ --不论是寻找食物、照顾幼虫或者抵御邻居的侵扰,木蚁中的工蚁总是为了蚁后与蚁群做出无私的贡献。最近,生物学家们找到了使这些工蚁工作更加勤奋,或者改变他们在蚁群社会中的分工的关键,即利用化学手段对其DNA进行修饰。

这一发现打开了木蚁行为弹性的新源头,并且建立了“表观遗传学修饰连接基因与环境,连接自然与人工繁育”的假说。来自McGill大学的进化发育学家Ehab Abouheif认为这一发现第一次建立了表观遗传学与复杂社会行为之间的联系。“这些机制也许不仅仅在木蚁中存在,而可能会延伸到其它物种的社会行为中”。

昆虫学家们对蚁群的这一复杂社会分工的起因说法不一:有的人认为是蚂蚁的天性,而另一部分人认为这一由蚁群整体的需求引导产生的,就这一问题引发的争论延续了很长时间。来自蜜蜂群体的研究证据表明蜂后与普通工蜂之间确实存在遗传物质的差异。过去一些年间,不断有新证据表明是DNA的化学修饰(即表观遗传学)而非DNA碱基本身的差异导致了工蚁的社会分工。这说明环境因素也具有很重要的作用。然而后续的针对具体表观遗传学的修饰却无法得到统一的结论。

来自宾夕法尼亚大学的计算机科学家Daniel Simola在刚刚加入Shelley Berger的表观遗传学实验室时对蚂蚁的生活习性一窍不通,但他希望了解表观遗传学怎样影响了机体对环境产生的反馈。因此,他选择了一种名叫“Camponotus floridanus”的蚂蚁进行实验研究。与其它木蚁类似,这一种木蚁也具有两种类型:一种体型较小,另外一种体型较大,头部也较大。

(Camponotus floridanus.大型工蚁与小型工蚁  图片摘自sciencemag.com)

工蚁的一项主要任务就是觅食,Simola等人通过一整天的饥饿处理,观察并计量了两种类型的蚂蚁觅食的能力。

小型蚂蚁不论在觅食速度,还是觅食总量上来讲都远远超过了大型蚂蚁,尤其在年轻的时候这一差距更为明显。目前还不知道大型蚁的社会分工,不过根据它的体型,作者们猜测这种蚂蚁可能是提供武力保护以及运送大型食物。

之后,他们分析了表观遗传学差异能否影响社会分工。

Berger研究组早期的一项实验结果表明染色质组蛋白乙酰化的修饰数量对于这一社会分工的实现具有重要作用,乙酰化修饰能够松开DNA表面的组蛋白环绕,从而便于其转录。

因此,Simola等人利用化合物对组蛋白乙酰化的水平进行调节,并观察在此基础上大型蚂蚁与小型蚂蚁的活动特性。这些化合物包括一类能够抑制组蛋白去乙酰化酶活性的小分子,一级一类能够抑制组蛋白乙酰化酶的小分子。结果显示:当蚂蚁组蛋白乙酰化程度提高时,小型蚂蚁寻找食物的动力提高,甚至开始扮演卫士的角色。相关研究结果发表在最近一期的《science》杂志上。“我们能够重编程蚂蚁的行为”,Simola总结道。(生物谷Bioon.com)

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生物谷推荐英文原文报道:Bipolar drug turns foraging ants into scouts

 

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