中国科学院昆明动物研究所揭示蚂蚁生殖等级分化核心基因调控网络

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蚂蚁是社会性昆虫，其群体由超个体组织系统组成，由蚁后、雄性和世代重叠的不育工蚁组成。近日，中国科学院昆明动物研究所生物多样性基因组团队在蚂蚁种姓分化进化调控机制研究中取得进展，揭示了超个体物种生殖种姓分化的核心基因调控网络例如蚂蚁。

此前的研究结果表明，蚁后和工蚁具有相同的基因组，但在形态、生理和行为上有明显的分化。蚁后负责产卵，并能繁衍后代；而工蚁则永久失去繁殖能力。这种生殖种姓的分化起源于大约1.5亿年前所有蚂蚁物种的共同祖先。然而，在漫长的进化过程中，基因功能会发生多样化的变化，并且随着新的亚科和属的形成，基因功能也会发生物种特异性的重新适应。因此，祖先基因的特征表达模式和调控网络可能会被掩盖。

为了揭示种姓分化的祖先基因调控网络，研究人员分析了来自三个亚科的五个物种的大脑，包括切叶蚁、法老蚁、小蚂蚁、红火蚁和黑毛蚁，这些蚂蚁都具有种姓差异。清晰的生殖等级。进行了转录组测序和生物信息学分析。通过比较跨物种的层次差异表达基因并标准化物种系特异性变化，检测到一组核心基因，这些基因在每个蚂蚁物种中以相同方向和相似程度表现出层次差异表达。研究还分析了另外两种在进化过程中失去等级系统的蚂蚁——椭圆角侏儒蚁和恐龙蚁的转录组，发现这组基因仍然存在于失去等级系统的蚂蚁身上。但其监管网络关系已经丧失。此外，在同样具有等级系统的蜜蜂中，虽然一些蚂蚁的等级调控基因也表现出等级差异，但它们表现出相反方向的变化。这意味着蚂蚁和蜜蜂的等级系统属于趋同进化，具有独立的基因网络和调控机制。

本研究重建了各蚂蚁物种等级分化的祖先基因调控网络，为进一步探索这组核心基因调控等级分化的机制打开了大门；在方法论上，它为跨多个物种的比较转录组研究提供了基础。成功的例子。研究成果近日发表在国际著名期刊《自然生态与进化》上。