中美科学家联合发布首个蚂蚁基因组

2010-9-02 14:31 来源: 中国科学院
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中美联合发布首个蚂蚁基因组揭秘社会型昆虫寿命及行为差异遗传机制

  8月27日,中美科学家联合完成的蚂蚁基因组项目在《Science》(《科学》)杂志上发表。

  蚂蚁是常见的社会型昆虫之一,同一蚁群内部的蚂蚁都具有相同的遗传物质组成,但是它们之间在寿命和行为上却具有极大差异。蚁后寿命长达数十年,而工蚁一般只存活几个月。蚂蚁内部不同成员具有不同的职责,形成一个有组织的社会分工体系。造成这些差异的遗传基础长久以来一直是人们所关注的话题。

  中国科学院昆明动物研究所马普进化基因组学青年科学家小组以及深圳华大基因研究院联合培养的张国捷博士,在其导师王文博士和王俊博士的指导下,作为中方项目负责人,与美国亚利桑那州立大学、纽约大学医学院和宾夕法尼亚大学医学院的同行共同合作,利用新一代测序技术完成了弓背蚁(Camponotus floridanus)及印度跳蚁(Harpegnathos saltator)的基因组图谱 。两种蚂蚁蚁群具有截然不同的社会化程度以及社会分工方式。弓背蚁群体庞大,工蚁不能交配;而跳蚁群体很小,部分工蚁可替代蚁后进行繁殖。基因组测序揭示了弓背蚁基因组大小约为240Mb,含有17,064个基因,而跳蚁基因组大小约为330Mb,含有18,564个基因。

  该研究表明,蚁群内部不同蚂蚁虽然基因组DNA水平没有差异,但许多基因在不同的工种间表达差异极大。其中,端粒酶在跳蚁中可育工蚁(gamergate)的表达水平与受精卵的相似远远高于普通工蚁,这种工蚁可以在特定条件下转为长寿命的蚁后。不仅如此,其他与寿命相关的基因均表现出了类似的表达模式。另外,在弓背蚁与印度跳蚁中均检测到microRNA和SMYD组蛋白甲基化酶在不同等级中的特定表达,提示了它们在等级分工中的作用。通过表达比较还发现,很多在两种蚂蚁的不同等级中差异表达的基因主要参与了神经功能及化学通讯功能,如“味觉受体”、“嗅觉受体”以及与烃类代谢有关的基因等,提示这类基因在蚂蚁社会分工及信息交流中具有一定作用。

  此外,在蚂蚁基因组中存在一整套与脊椎动物同源的DNA甲基化系统,同时在蚂蚁基因组中检测到了5’甲基化胞嘧啶,证明了DNA甲基化这种表观调控存在于蚂蚁基因组中,提示甲基化表观调控机制在蚂蚁社会行为中可能起作用。

  蚂蚁基因组的完成将为蚂蚁成为研究社会行为、衰老、以及神经生物学的新模式生物奠定了基础,尤其为后续研究表观遗传对行为、衰老等过程的调控机制铺平了道路。《Nature》(《自然》)杂志在线对这一工作进行了深入的报道。