Исследователи из Германии и Франции показали, что кооперативное поведение самцов медоносных пчёл зависит от работы конкретного гена. Речь идёт о мужском варианте фактора транскрипции fruitless (fruᴹ), без которого трутни хуже выпрашивают пищу у рабочих самок. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
В колонии Apis mellifera трутни выполняют в основном репродуктивную функцию и не могут самостоятельно переваривать пыльцу. Рабочие особи кормят их переработанной пищей через трофаллаксис. Для запуска кормления трутень подходит к рабочей пчеле и совершает характерные антеннальные движения. Это врождённый поведенческий паттерн, чьи молекулярные основы ранее были неясны.
Команда Свена Кёнена из Университета Генриха Гейне, Рурского университета и Университета Париж‑Сакле сравнила профили экспрессии генов в мозге самцов и самок. Помимо известных полоспецифичных генов glu, dsx и fem, учёные выявили отличия в транскрипции гена fruitless. Было установлено, что fru активируется с трёх промоторов, но только один даёт полоспецифичный вариант: у самцов формируются удлинённые транскрипты, превышающие женские варианты по длине примерно в 10–13 раз. Их экспрессия контролируется геном fem, который у самцов подавлен на стадии личинки.
Специфичные мужские транскрипты fruᴹ нашли исключительно в мозге и нервных ганглиях. Около 1800 нейронов из примерно 400 000 в этих структурах экспрессировали fruᴹ. Эти клетки локализовались в зрительных и антеннальных путях, обонятельных центрах, грибовидном теле и дорсальных отделах протоцеребрума. Часть зон с экспрессией fruᴹ была характерна только для самцов и отсутствовала у самок.
Для проверки функции гена исследователи получили трутней, у которых вариант fruᴹ не экспрессировался, и поселили их в мини‑ульях вместе с контрольными трутнями, рабочими и маткой. Такие самцы примерно вдвое реже инициировали контакт с рабочими пчёлами для получения корма и более чем в два раза реже участвовали в трофаллаксисе. Продолжительность кормления также снижалась, а реакция на маточный феромон 9‑ODA была ослаблена. Кроме того, у мутантов отмечали нетипичное поведение: они часто забирались в ячейки с пыльцой, чего обычные трутни не делают.
При этом физическое состояние и сенсомоторные функции у мутантных самцов были нормальными: гены обонятельных и вкусовых рецепторов, а также обонятельных связывающих белков экспрессировались так же, как у контрольных пчёл, заметных различий в строении мозга не выявили, а нейронные ответы на феромон и другие запахи были стандартными.
Авторы пришли к выводу, что fruᴹ в отдельных нейронах мужского мозга отвечает за запуск и поддержание социального кооперативного поведения — выпрашивания пищи и трофаллаксиса. У дрозофил родственный ген fruitless известен как ключевой регулятор полового поведения. У медоносных пчёл он, вероятно, сохраняет эту роль, участвуя в реакции на половой феромон матки, и одновременно был «перенастроен» эволюцией эусоциальности на контроль кооперативных взаимодействий внутри колонии.
Читайте также: