祖先基因調控網絡機制決定螞蟻等級

螞蟻是社會性昆蟲，其群體由世代重疊的蟻后、雄蟻和不育工蟻組成的超個體組織系統。近日，中國科學院昆明動物研究所生物多樣性基因組學團隊在調控螞蟻等級分化演化機制研究上取得了進展，揭示了螞蟻這類超個體組織物種存在的生殖等級分化的核心基因調控網絡。

此前的研究成果表明，蟻后與工蟻具有相同的基因組，但在形態、生理與行為上有著明確的分化。蟻后負責產卵，可以繁衍后代;而工蟻則永久喪失了繁殖力。這種生殖等級分化起源于約1.5億年前各螞蟻物種的共同祖先。但在漫長演化歷程中，基因功能會有多樣性變化，而且隨著新的亞科和屬種的形成，基因功能也會發生種系特異的重適應，因此祖先基因的特征表達模式和調控網絡可能會被掩蓋。

為了揭示等級分化祖先基因調控網絡，研究人員對來源于三個亞科、都具有明確生殖等級的頂切葉蟻、法老蟻、小麻臭蟻、紅火蟻和黑毛蟻五個物種的大腦進行了轉錄組測序與生物信息學分析。通過跨物種等級差異表達基因比較，以及對種系特異性變化的標準化處理，檢測出一組核心基因，這組基因在各螞蟻物種中均表現出同方向的、程度類似的等級差異表達。研究還分析了另外兩種在演化歷程中丟失了等級系統的螞蟻——畢氏卵角蟻和方頭恐猛蟻的轉錄組，發現在丟失了等級系統的螞蟻里，這組基因依然存在，但其調控網絡關系已丟失。另外在同樣具有等級系統的蜜蜂里，雖然部分螞蟻等級調控基因也表現出等級差異，但它們呈現相反方向的變化。這意味著螞蟻和蜜蜂的等級系統屬于趨同演化，彼此有著獨立的基因網絡和調控機制。

這項研究重構了各螞蟻物種等級分化的祖先基因調控網絡，開啟了進一步挖掘這組核心基因調控等級分化作用機制的大門;而且在方法學上，為跨多個物種比較轉錄組研究提供了成功范例。研究成果已最新發表在著名國際期刊《自然生態與進化》上。

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