У личинок медоносных пчел с одинаковым набором генов судьба может сложиться по-разному: одни станут долгоживущими плодовитыми матками, другие — короткоживущими бесплодными рабочими особями, которые вместо собственного потомства будут растить сестер. Ученые из Университета Пенсильвании выяснили, как конфликт между генами отца и матери определяет, кем вырастет личинка.

Исследование опубликовано в издании Genome Biology.

Как гены родителей борются за судьбу пчелы

Шон Бреснахан, ведущий автор работы, объясняет:

Представьте, что гены матери и отца постоянно спорят о том, как вам развиваться. Это и есть геномный импринтинг — явление, встречающееся у всех живых существ, от пчел до людей.

Геномный импринтинг — это когда активность гена зависит от того, от кого он унаследован: от матери или отца. Например, если «отцовская» версия гена молчит, работает только „материнская“, и наоборот.

Критический момент наступает через 192 часа после откладки яйца — после этого судьба личинки неизменна. Чтобы понять, какие гены активны — отцовские (патригены) или материнские (матригены), ученые скрестили пчелиных маток с трутнями, используя инструментальное осеменение. Затем они проанализировали РНК личинок, чтобы выявить различия в экспрессии генов.

Оказалось, что у личинок, развивающихся в маток, активнее работают отцовские гены, а у будущих рабочих пчел — материнские. Более того, если в одном биохимическом пути матриген усиленно работал, то патриген в том же пути подавлялся, и наоборот.

Почему не сработала теория метилирования ДНК

Ранее ученые предполагали, что разница в экспрессии генов связана с метилированием ДНК — процессом, когда к гену «прикрепляются» химические метки, меняющие его активность. Такой механизм работает у млекопитающих и растений, но у пчел он не подтвердился.

Тогда исследователи обратили внимание на гистоны — белки, на которые намотана ДНК. Оказалось, что химические модификации гистонов влияют на доступность генов для считывания. Если гистон помечен определенным образом, отцовские или материнские гены могут активироваться или блокироваться.

Это открытие — не случайность

У пчел работает более древний механизм регуляции, чем метилирование ДНК, — говорит Бреснахан. — Подобное встречается у цветковых растений и плацентарных млекопитающих.

Кристина Грозингер, соавтор исследования, считает, что эти данные помогут в селекции пчел с полезными признаками — например, более продуктивных или устойчивых к болезням.

А сам Бреснахан теперь изучает, как похожие генетические конфликты влияют на здоровье матери и ребенка через плаценту.

Польза исследования

• Селекция пчел — можно выводить семьи с заданными свойствами: высокой медопродуктивностью, устойчивостью к паразитам, долгоживущими матками.
• Понимание эпигенетики — механизмы регуляции генов через гистоны могут быть важны и для других видов, включая человека.
• Модель для изучения социальности — пчелы помогают понять, как генетические конфликты влияют на сложное поведение.

Исследование не объясняет, почему у пчел развился именно гистоновый, а не метилированный механизм регуляции. Также неясно, как внешние факторы (например, питание) взаимодействуют с этим процессом.

Ранее ученые выяснили, откуда взялись пчелы.