Ученые из Лондонского университета королевы Марии показали, что социальная структура колоний у красных огненных муравьев наследуется сложнее, чем предполагалось ранее. Количество королев в колонии (одна или несколько) определяется парой «социальных хромосом», которые содержат множество генов феромон-связывающих белков, сцепленных в «супергены». Исследование опубликовано в журнале Evolution Letters.

Муравьи – социальные насекомые, образующие колонии с одной или несколькими королевами, которых обслуживают рабочие. Королева, или матка, – это самка, выполняющая репродуктивную функцию за всю колонию, в то время как рабочие муравьи бесплодны. Красные огненные муравьи (Solenopsis invicta) уникальны тем, что формируют два разных типа колоний – моногинные, где присутствует только одна королева, или полигинные, где может быть много королев.

До сих пор считалось, что социальная структура колоний красных муравьев наследуется согласно классическому менделевскому расщеплению и определяется вариантом гена Gp-9 (B или b). Муравьи с генотипом BB (гомозиготы) имеют единственную королеву также с генотипом BB. Если значительная часть рабочих муравьев имеет генотип Bb, то они отвергают гомозиготных королев, зато обслуживают одновременно десятки королев с генотипом Bb.

Было показано, что ген Gp-9 кодирует феромон-связывающий белок. Феромоны – это запаховые метки, составляющие часть химической коммуникации, которая определяет внутривидовое взаимодействие всех социальных насекомых. Феромон-связывающие белки представляют большую группу белков, вовлеченных в синтез и распознавание запаховых меток.

Британские ученые проанализировали геном красных муравьев и обнаружили, что ген Gp-9 входит в состав большого участка, гены внутри которого наследуются сцепленно. Этот участок, содержащий несколько сотен предсказанных генов, авторы назвали супергеном, а хромосому, на которой он расположен – «социальной хромосомой».

Оказалось, что Gp-9 – не единственный феромон-связывающий белок, разные варианты которого отличаются в двух типах колоний. Всего у красных муравьев обнаружили 23 гена феромон-связывающих белков, десять из которых входили в состав социального супергена. Так как точные функции эти белков не установлены, вполне может оказаться, что на социальной хромосоме расположены регуляторные белки (транскрипционные факторы), которые регулируют функции белков, находящихся в других местах генома.

Также исследователи проанализировали экспрессию этих генов у королев в двух типах колоний и обнаружили различия для 14 из них. По всей видимости, социальная структура колоний контролируется гораздо сложнее, чем считалось ранее.

Красные огненные муравьи являются опасными вредителями, нарушающими экосистемы, в которые вторгаются. Их родиной является Южная Америка, откуда они на кораблях распространились в Соединенные Штаты, Австралию и Китай. Укус этих муравьев весьма болезненный и может вызвать сильную аллергическую реакцию. Изучение социальных взаимодействий муравьев проводится в том числе для разработки средств регуляции их численности.

Ранее мы писали, как ученым удалось выключить обонятельные рецепторы муравьев при помощи CRISPR-Cas9 и тем самым сделать их асоциальными.

Автор: Дарья Спасская