Новости и мнения

Управление судьбой пчелы

Обратимые метки на геноме позволяют пчелам переключаться между жизнями в качестве медсестер и фуражиров.

Работники медоносных пчел могут переключаться между двумя карьерой, благодаря небольшому количеству обратимых эпигенетических изменений. Исследователи из Школы медицины им. Джона Хопкинса и Университета штата Аризона показали, что переход от молодых пчел-медсестер, которые остаются в улье для ухода за личинками, к пожилым путешествующим фуражирам включает набор эпигенетических меток, которые влияют на то, насколько небольшое количество генов используемый. И если фуражиры превращаются обратно в медсестер, метки тоже меняются.

Результаты, опубликованные сегодня (16 сентября) в журнале Nature Neuroscience , являются первыми, чтобы показать, что две модели поведения связаны с обратимыми эпигенетическими изменениями.

«Поведенческие биологи охотно говорят об адаптивных пластических поведениях, которые позволяют организму реагировать на непосредственное окружение», – сказал Сейриан Самнер , поведенческий эколог из Лондонского института зоологии, который не участвовал в исследовании. «Эта статья – первый шаг к раскрытию механизмов и их изучению».

«Это одна из тех бумаг, которые вызывают у меня зависть», – сказал Дэвид Свитт , нейробиолог из Университета Алабамы в Бирмингеме, который не принимал участия в исследовании. «Я чувствую, что это будет основополагающий документ в зарождающейся области поведенческой эпигенетики».

Брайан Херб, ученик лаборатории Эндрю Файнберга в Медицинской школе имени Джона Хопкинса, начал со сравнения одного типа эпигенетических изменений – метилирования ДНК – в мозгах пяти королев и пяти рабочих. Хотя другая исследовательская группа опубликовала 550 генов с различиями в метилировании между этими двумя кастами, Херб не нашел ни одного.

«Мы думали, что задаем неправильный вопрос, потому что королева никогда не превращается в работника», – сказал Файнберг. «Это не гибко». Однако в рабочей касте есть медсестры и фуражиры. «Пчелы начинаются как медсестры, а затем становятся собирателями», – сказал Гро Амдам из Университета штата Аризона, который стал соавтором исследования. «Это так же отличается, как быть ученым или журналистом. Это действительно удивительно, что они могут ваять себя на эти две роли, которые требуют очень специальных навыков ».

Когда Герб сравнил паттерны метилирования медсестер и фуражиров, он обнаружил различия в 155 генах. Они были в значительной степени вовлечены в контроль активности других генов, упаковку ДНК в хроматин или разрезание транскриптов РНК. «Они похожи на гены, которые регулируют пластичность», – сказал Фейнберг.

Затем Флориан Волшин, постдок из лаборатории Амдама, удалил всех медсестер из ульев команды, пока фуражиры отсутствовали. «Фуражиры возвращаются и уходят:« О нет, что случилось? » Половина из них снова превращается в медсестер », – сказал Фейнберг. «Их тела немного меняются, а их поведение совершенно иное». Такие перемены редки в дикой природе, но они могут произойти, когда ульи разделятся, и старые королевы уезжают с молодыми рабочими, чтобы основать новые колонии. Новые королевы наследуют существующие гнезда, в которых нет молодых медсестер, а некоторые старые фуражиры меняют свои должности, чтобы заполнить пробел в занятости.

Команда обнаружила, что паттерны метилирования в 107 генах изменились во время реверсии фуражера к медсестре, 57 из которых перекрывались с набором медсестры фуражирующему. Хотя Самнер отмечает, что размер выборки «очищает статистический ствол», команда повторила свой эксперимент со свежим набором пчел и обнаружила, что метилирование в 45 из тех же 57 генов изменилось с обоими сменами ролей.

Около половины изменений метилирования, по-видимому, заставляют замолчать гены, которые они отмечают, а другие изменяют способ сплайсинга РНК-транскриптов других генов. «Появляется хорошая механистическая схема», – сказал Самнер. Триггеры окружающей среды приводят к изменениям в метилировании, которые влияют на экспрессию или обработку генов, что приводит к изменениям в поведении. «Это в значительной степени описывает сон поведенческого геномиста!» – добавила она.

Самнер отмечает, что переход от кормления к кормлению может происходить в течение нескольких часов – казалось бы, легкое изменение, несмотря на резкие различия в поведении. Теперь она хочет знать, будут ли у животных, которые демонстрируют более сильные сдвиги в поведении в течение всей своей жизни, более серьезные эпигенетические изменения. «В какой момент обратимость поведения становится необратимым однонаправленным сдвигом?» – подумала она.

Б. R Herb et al., «Обратимое переключение между эпигенетическими состояниями в поведенческих субкастах пчел », Nature Neuroscience , doi: 10.1038 / nn.3218 , 2012.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *