Немецкие и британские молекулярные биологи пометили пчёл QR-кодами - чтобы выявить у них ген, который играет ключевую роль в формировании нейронов, связанных с программой коллективного поведения

Европейские молекулярные биологи выяснили, что ключевую роль в формировании нейронов, связанных с программой коллективного поведения рабочих особей пчел играет ген dsx, который у других насекомых связан с определением пола потомства. Понимание этого поможет ученым раскрыть историю появления социального поведения у насекомых, сообщила пресс-служба немецкого Дюссельдорфского университета им. Генриха Гейне (HHU).

"В отличие от животных и людей, пчелы не усваивают, а наследуют тот репертуар поведения и те функции, которые они исполняют внутри колоний-ульев. До настоящего времени мы не знали, как именно кодируется эта необычно сложная программа поведения. Мы обнаружили, что всем этим управляет уже известный науке ген dsx, играющий в ДНК пчел особую роль", - пояснил профессор HHU Мартин Бейе, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Профессор Бейе и его коллеги совершили это открытие в процессе изучения того, какие участки ДНК в геноме пчел играют важную роль в формировании так называемых грибовидных тел, своеобразных "больших полушарий" мозга насекомых. У пчел и других коллективных перепончатокрылых насекомых эти отделы нервной системы обладают необычно большими размерами, что может быть связано со сложным социальным поведением этих существ.

Для раскрытия механизмов роста грибовидных тел биологи из Германии и их коллеги из Британии проследили за тем, какие гены, связанные с развитием нервной системы, были активны в разных регионах мозга пчел. Для этого ученые поменяли структуру этих участков ДНК так, что их активация заставляла нейроны светиться, а также внесли в эти гены мутации при помощи "нобелевского" геномного редактора CRISPR/Cas9 и проследили, как подобные "опечатки" повлияли на поведение пчел.

Исследователи ввели зеленый флуоресцентный белок (GFP) в последовательность dsx , чтобы GFP производился вместе с белком dsx. После этого нейронные цепи можно было просматривать с помощью флуоресцентной микроскопии как у немодифицированных пчел, так и у пчел с генетическими модификациями.

«Мы смогли использовать эти инструменты, чтобы точно увидеть, какие нейронные пути ген dsx создает в мозге и как этот ген, в свою очередь, определяет унаследованные поведенческие модели медоносных пчел», — объясняет докторант Яна Сейлер, которая также является соавтором исследования.

Биологи использовали генетические ножницы CRISPR/Cas9 в своих исследованиях, чтобы изменить или отключить ген dsx у выбранных пчел. Они пометили QR-кодом каждую "обработанную" пчелу, затем отслеживали их поведение в улье с помощью камер. Полученные видеопоследовательности были проанализированы с помощью искусственного интеллекта для определения индивидуальных поведенческих моделей пчел.

Опыты показали, что ключевую роль в работе генетической программы коллективного поведения пчел играл ген dsx, обычно отвечающий за определение пола у мушек-дрозофил и других несоциальных видов насекомых.

Один из авторов Вивьен Зоммер: «Ген программирует, будет ли рабочая пчела выполнять задачу в колонии и как долго. Это включает в себя коллективные задачи, такие как забота о личинках или поиск пищи, а также социальный обмен источниками пищи, например».

Мутации в данном регионе ДНК у пчел приводят к тому, что рабочие особи начинают вдвое реже заглядывать в соты с расплодом и значительно реже кормить личинок, при этом индивидуальные аспекты поведения пчел не меняются.

По словам исследователей, развитие этих сбоев в работе коллективной программы поведения пчел сопровождались существенными переменами в структуре той части грибовидного тела, которая отвечает за интеграцию информации, поступающей из разных органов чувств. Последующее изучение этих перестроек в архитектуре данного региона мозга пчел, как надеются ученые, поможет раскрыть другие генетические компоненты этой программы поведения, а также изучить ее эволюционные корни.

Зоммер: «Наш центральный вопрос заключался в том, изменились ли и каким образом унаследованные поведенческие модели в результате генной модификации. Такие изменения должны отражаться в нервной системе рабочих пчел, где контролируется определенное поведение».

«Наши результаты указывают на фундаментальную генетическую программу, которая определяет нейронную сеть и поведение рабочих пчел», — говорит профессор Вольфганг Рёсслер с кафедры поведенческой физиологии и социобиологии в Университете Вюрцбурга.

На следующем этапе исследователи хотят перейти от уровня отдельной медоносной пчелы к суперорганизму пчелиной колонии. Алина Штурм, которая также является докторантом в HHU и соавтором исследования, добавляет: «Мы надеемся найти связь между индивидуальным программированием и скоординированным поведением многих особей».

Ссылка на научную статью учёных:

Vivien Sommer, Jana Seiler, Alina Sturm, Sven K?hnen, Anna Wagner, Christina Blut, Wolfgang R?ssler, Stephen F. Goodwin, Bernd Gr?newald, Martin Beye. Dedicated developmental programing for group-supporting behaviors in eusocial honeybees. Science Advances (2024).

DOI: 10.1126/ sciadv. adp3953

Для написания поста использовался материал научно-популярного издания Eurekalert:

Bee gene specifies collective behavior

Изображение: каждая пчела помечена QR-кодом, чтобы можно было отслеживать ее индивидуальное поведение. (Фото: HHU / Кристоф Каван)

Источник: vk.com

Комментарии: