Исследователи сумели управлять развитием рабочих особей одного из видов муравьев, изменяя размеры насекомых почти вдвое. Особенно интересно в данном случае, что изменение было достигнуто не с помощью редактирования информации в ДНК насекомых, а путем химического воздействия на ДНК. Исследование позволяет лучше понять, как общественные насекомые эпигенетическим путем достигают разнообразия форм в одной семье, не смотря на то, что генетически они идентичны друг другу.
Увеличению подверглись представители вида Camponotus floridanus, флоридский муравей-древоточец или флоридский муравей-плотник. У этого вида, как и у ряда других муравьев, рабочие особи делятся на две касты. Небольшие рабочие муравьи, длиной не более шести миллиметров, заняты заботой о потомстве и сбором пищи. Более крупные «солдаты», снабженные мощными челюстями, защищают гнездо от нападения. Секвенирование генома и другие методы показывают, что эти различия в строении муравьев не определяются информацией в их геноме.
Молекулярный биолог, Себастьян Альварадо (Sebastian Alvarado) из Стэнфордского университета в Пало-Альто и коллеги предположили, что механизм определения размера рабочего муравья связан с метилированием ДНК. Этот механизм обычно используется в клетках, чтобы прекратить работу определенных генов. Последние исследования показывают, он влияет на развитие общественных насекомых. Например, исследователи обнаружили, что уменьшение метилирования ДНК у пчел, превращает личинок рабочих пчел в пчелиных маток.
Чтобы проверить эту идею, Альварадо и его коллеги давали личинкам муравьев-древоточцев химические соединения, которые стимулируют или прекращают метилирование ДНК по всему геному. Они пришли к выводу, что именно масштабами метилирования определяется размер взрослых муравьев. Увеличение метилирования приводит к появлению более мелких рабочих муравьев, а снижение – к развитию крупных муравьев-солдат. «Мы продемонстрировали биологический механизм, который может объяснить разницу между крупными и мелкими рабочими муравьями», - говорит Себастьян Альварадо.
Далее исследователи решили определить, какие именно гены ответственны за размер муравьев. Они измерили активность генов и обнаружили, что у мелких рабочих муравьев наиболее активен ген рецептора эпидермального фактора роста (EGFR). При этом блокирование данного гена приводит к появлению крупных особей. Ученые определили, что повышение метилирование по геному в целом влечет снижение метилирования EGFR и появление из личинок рабочих муравьев малого размера. А снижение метилирования в целом вызывает повышенное метилирование EGFR и порождает крупных муравьев. Исследователи предполагают, что в природе количество и состав пищи, которую получает личинка, определяет степень метилирования в ее геноме, а следовательно, и ее дальнейшее развитие.
О результатах своей работы исследователи сообщили в Nature Communications.
