NC: кооперативное поведение трутней оказалось зависимо от гена fruitless
Немецкие и французские исследователи провели детальный анализ генетических механизмов, регулирующих кооперативное поведение трутней, самцов медоносных пчел. В результате было установлено, что ген fruitless (fru) играет фундаментальную роль в этом процессе, оказывая влияние на активность нейронов, отвечающих за обработку сенсорных сигналов. Это позволяет трутням эффективно выпрашивать пищу у рабочих пчел через процесс трофаллаксиса. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications, что подчеркивает их значимость и достоверность.
Пчелиная колония представляет собой сложную социальную структуру, включающую матку, рабочих пчел и трутней, которые выполняют ключевые функции в репродуктивном цикле. Трутни не обладают способностью самостоятельно усваивать пыльцу и полностью зависят от рабочих пчел, осуществляющих их кормление через трофаллаксис. Трутни инициируют этот процесс, приближаясь к рабочим пчелам и контактируя с ними антеннами, что сопровождается выполнением стереотипных движений. Ранее генетические механизмы, лежащие в основе этого поведения, оставались недостаточно изученными.
Свен Кёнен и его коллеги из Университетов Генриха Гейне, Рурского университета, а также Института агрономических исследований Париж-Сакле провели комплексное исследование экспрессии различных генов у пчел, включая glu, dsx и fem. В ходе работы они идентифицировали ген fruitless, который транскрибируется с трех различных промоторов. Примечательно, что один из промоторов демонстрирует значительные различия в экспрессии между самцами и самками: транскрипты в мужском организме оказываются в 10–13 раз длиннее. Экспрессия fruitless регулируется геном fem, который в процессе половой дифференциации подавляется у самцов на стадии личинки, что является ключевым механизмом, определяющим их половую идентичность.
Транскрипты fruᴹ, специфичные для трутней, обнаруживаются в головном мозге и нервных ганглиях пчел, где экспрессируются примерно в 1800 из 400 000 нейронов. Клетки, содержащие fruᴹ, локализуются в оптических и антеннальных трактах, обонятельных структурах, грибовидном теле и верхних частях протоцеребрума, что указывает на важную роль гена в обработке сенсорной информации и формировании поведенческих реакций.
Для оценки влияния fruᴹ на кооперативное поведение трутней исследователи создали мутантных особей, лишенных этого варианта гена, и провели эксперименты в условиях ульев с нормальными пчелами. Результаты показали, что мутантные трутни значительно реже инициировали трофаллаксис и участвовали в процессе кормления по сравнению с контрольными особями. Они также демонстрировали сниженную частоту приближений к другим пчелам, более короткую продолжительность трофоллаксиса и слабую реакцию на феромон матки 9-ODA, что свидетельствует о нарушении социального поведения.
Важно подчеркнуть, что мутантные трутни не имели физических или сенсорных нарушений. Гены, ответственные за обонятельные и вкусовые рецепторы, а также связывающие белки, экспрессировались у них аналогично контрольным пчелам. Нейроны мутантных особей также демонстрировали нормальную реакцию на феромоны и запахи, что исключает возможность сенсорных дефектов.
Таким образом, авторы пришли к выводу, что ген fruitless играет ключевую роль в регуляции инициации и поддержания кооперативного поведения у трутней. Его аналог у плодовой мухи Drosophila, ген fruitless, связан с половым поведением, а у пчел fruitless контролирует реакцию на половой феромон матки, что способствует формированию социального взаимодействия. Ученые предполагают, что в процессе эволюции эусоциальности ген fruitless приобрел дополнительные функции, регулируя не только брачное, но и кооперативное поведение трутней.