表觀遺傳模式確定蜜蜂幼蟲是否成為蟻后或工人

倫敦瑪麗皇后大學(xué)和澳大利亞國立大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)揭開了蜜蜂早期發(fā)育過程中營養(yǎng)變化如何導(dǎo)致成年人特征截然不同的問題。

女王和工蜂蜜幾乎在遺傳上相同，但是作為幼蟲飼喂不同的飲食。研究人員發(fā)現(xiàn)，基因組上的特定蛋白質(zhì)模式在決定它們發(fā)展到哪一種中起著重要作用。

這些蛋白質(zhì)，稱為組蛋白，作為開關(guān)控制幼蟲如何發(fā)育，飲食決定哪些開關(guān)被激活。他們發(fā)現(xiàn)女王發(fā)展得更快，工人發(fā)展途徑從默認(rèn)的女王發(fā)展計(jì)劃中積極開啟。

這種變化是由表觀遺傳學(xué)引起的 - 表觀遺傳學(xué)是一種動(dòng)態(tài)的指令，存在于遺傳信息的“最上面”，它編碼和指導(dǎo)導(dǎo)致差異基因表達(dá)和工人或女王發(fā)育結(jié)果的事件程序。

這項(xiàng)發(fā)表在基因組研究中的研究描述了蜜蜂中組蛋白模式的第一個(gè)全基因組圖譜，以及生殖分工不同的同性別生殖器之間的第一個(gè)。

蜜蜂也是非常重要的傳粉媒介 - 所以了解它們的分子生物學(xué)，它們是如何發(fā)育以及調(diào)節(jié)它的機(jī)制至關(guān)重要。

來自倫敦瑪麗女王大學(xué)的主要作者Paul Hurd博士說：“個(gè)體幼蟲成為工人或女王的能力是由于基因在特定飲食中的開啟或關(guān)閉方式;這決定了來自同一基因組的不同結(jié)果。“

“我們證明了皇后和工人具有特定的組蛋白模式，即使他們的DNA是相同的。這些蛋白質(zhì)控制著生物體遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能方面，并且有能力確定基因組的哪個(gè)部分，何時(shí)，必須是激活以響應(yīng)內(nèi)部和外部刺激。“

組蛋白具有小的化學(xué)標(biāo)簽或表觀遺傳修飾，通過允許接近DNA和基因，它們可以使它們與不具有不同作用的蛋白質(zhì)不同。這使得相同的DNA能夠以不同的方式表現(xiàn)，因?yàn)樗哂胁煌瘜W(xué)(表觀遺傳)標(biāo)簽的組蛋白。

來自澳大利亞國立大學(xué)的共同作者Ryszard Maleszka教授補(bǔ)充說：“這項(xiàng)研究揭示的組蛋白修飾程度非常顯著，超出了我們的預(yù)期。我們能夠確定工人和女王基因組中重要差異的位置。”

表觀遺傳信息可以通過環(huán)境因素改變，包括飲食。在蜜蜂的情況下，皇后幼蟲喂食蜂王漿，這是一種能夠改變發(fā)育指令的強(qiáng)效物質(zhì)。

赫德博士說：“將基因組視為一切可能的指導(dǎo)書，但表觀遺傳學(xué)是閱讀這些指令的方式。表觀遺傳學(xué)是關(guān)于解釋的，當(dāng)然有許多不同的方法來解釋這些指令，以及何時(shí)并回應(yīng)什么。“

作者發(fā)現(xiàn)，一些最重要的表觀遺傳差異發(fā)生在蜜蜂基因組的不屬于基因的區(qū)域。有史以來第一次確定了這些種姓特有的調(diào)控DNA區(qū)域，這些區(qū)域在制造女王或工人方面非常重要。

Maleszka教授說：“我們的研究結(jié)果很重要，因?yàn)槊鄯浜筒溉閯?dòng)物之間的表觀遺傳工具包的高度相似性使得這種熟悉的昆蟲成為一種非常寶貴的系統(tǒng)，可用于研究人類或其他哺乳動(dòng)物無法解決的表觀遺傳調(diào)控的復(fù)雜性。”

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