Биологи прочитали днк мурашей ирекордсмена по генам
Пара интернациональных команд учёных секвенировали геномы сходу четырёх видов муравьёв: огненного, аргентинского, листореза и жнеца. А ещё одна – изучила ДНК ракообразного, число генов которого превысило таковое не только у человека, но и у всех остальных живых существ.
Первый блок работ представил новые информацию о способах борьбы и социальных отношениях мурашей с их засильем. Все четыре вида этих насекомых имеют яркое отношение к человеку. А два изрядно поднадоели обитателям Северной Америки (обращение об «аргентинце» и «огненном», занесённых в своё время на новые почвы из южной соседки данной части света и отличающихся особенным неуважением к «аборигенам»).
Аргентинские муравьи – настоящие солдаты-завоеватели. В Южной Америке представители отдельных гнёзд нападают друг на друга. В следствии численность мурашей контролируется машинально.
В других регионах планеты «аргентинцы» не убивают себе аналогичных, но под натиском захватчиков пали многие колонии муравьёв-аборигенов. На снимке: особи агрессивного завезённого вида нападают на жнецов рода Pogonomyrmex (фото Alex Wild).
И аргентинский (Linepithema humile) и огненный (Solenopsis invicta) муравьи разрушают местные экосистемы: уничтожают насекомых и плодят вредителей сельскохозяйственных культур. А второй вид ко всему другому кусается так, что может привести к анафилактическому шоку не только у людей, но и у домашнего скота. Попытки агротехников совладать с напастью довольно часто ограничиваются распылением на подконтрольных территориях токсичных пестицидов.
Команда Кристофера Смита (Christopher Smith) из университета Калифорнии в Сан-Франциско решила составить черновые последовательности ДНК мурашей.
«Аргентинцы» защищают многих тлёй и червецов от их естественных неприятелей (так, они косвенно вредят и человеку). Вместо мураши приобретают от паразитов, питающихся растениями, сладкую падь (фото Alex Wild).
Исследователи прочли 216 из 251 миллиона пар оснований аргентинского муравья. Всего было найдено 16344 гена.
Полученная информация разрешит изучить генетические базы судьбы муравьёв и воспользоваться новыми знаниями для обмана насекомых, вмешательства в их привычный образ судьбы.
«Мураши живут в химическом мире», — поясняет второй создатель изучения Нейл Цуцуи (Neil Tsutsui) из университета Калифорнии в Беркли. вкуса и Чувства обоняния оказывают помощь им как ориентироваться в пространстве, так и общаться между собой. Очередным подтверждением этому факту есть обнаружение у них большого количества генов, трудящихся на распознание химических сигналов.
Так, аргентинский муравей владеет 367 генами, снабжающими работу рецепторов запахов, и 116, несущими ответственность за вкус. Для сравнения: у медоносных пчёл (Apis mellifera) «генов носа» только 174, а «генов языка» и вовсе дюжина.
У огненного мураша энтомологи нашли 400 предполагаемых обонятельных рецепторов. По крайней мере, 297 из них трудящиеся. В это же время, среди насекомых это настоящий рекорд.
Подробности – в статье, вышедшей в PNAS (фото Jim McKinle/Flickr.com).
Муравьи живут под землёй, большая часть выполняют практически всю вою жизнь в полной темноте, передвигаясь на протяжении дорожек-следов. На протяжении продолжительных лет эволюции им было выгодно отточить собственные вкуса и чувства запаха, — додаёт Нейл.
А сейчас этим «свойством» пробуют воспользоваться биологи. Цуцуи уже пробовал организовать в стройных муравьиных последовательностях мелкую гражданскую войну. Ему это кроме того удалось – тогда на гнездо исследователи распылили вещества, свидетельствующие о вторжении чужаков.
Но сейчас перед учёными раскрывается несоизмеримо большее количество возможностей.
В статье, говорящей о ДНК муравья-жнеца (Pogonomyrmex barbatus), учёные упоминают, что нашли 344 гена, несущих ответственность за распознавание запахов (фото Alex Wild).
К примеру, личинку муравьиной королевы рабочие откармливают особым «королевским желе» (аналог маточного молочка у пчёл). Стоит отключить гены, каковые несут ответственность за производство этого лакомства, и мураши не смогут размножаться. Но, стерилизовать колонию возможно и вторым методом.
Расшифровка ДНК кроме этого продемонстрировала, что переключение генов разрешает повысить либо понизить положение особи в кастовой совокупности колонии.
Так, будущая королева вырастает до громадных размеров, у неё появляются способность и крылья к репродукции (ранее подобное учёные замечали у других видов муравьёв, и у пчёл). Неестественное переключение генов может привести к уменьшению количества королев, соответственно, действенной стерилизации колонии.
«Вот по данной причине меня так воодушевляют эти насекомые. Они берут один геном и просматривают его так, как им необходимо, образуя различные формы», — говорит Смит.
В геноме аргентинского муравья (на снимке рабочий и королева) учёные нашли много генов, кодирующих белки семейства Цитохром P450. У L. humile их 111, тогда как у пчёл только 46.
Гены, возможно, занимают важное место в процессах нейтрализации вредных веществ, которых в диете «аргентинцев» предостаточно. Анализ их работы разрешит узнать, как действуют на этих мурашей пестициды (фото Alex Wild).
Среди других результатов стало известно, что генов, которые связаны с иммунитетом, у «аргентинца» всего лишь 90, тогда как та же дрозофила может похвалиться 152. Обстоятельство для того чтобы положения дел пока не ясна, поскольку при таких условиях неизбежно стремительное распространение заболеваний при их появления.
Но, быть может, что мураши применяют ту же защиту, что и пчёлы, владеющие 78 «охранными» генами, – в движение идут нередкий уход за поверхностью тела и стремительное удаление мёртвых сородичей из гнезда. (Кстати, ещё предстоит вычислить гены, несущие ответственность за антимикробную защиту.)
В будущем исследователи собираются сопоставить геномы инвазивных и туземных видов муравьёв между собой, дабы узнать, как первые из них изменились со времён переселения в новые края, и усилили ли пестициды эволюцию этих существ.
В Новом Свете живёт около 45 видов мурашей-листорезов. Они собирают в общем итоге 17% листвы деревьев тропических дождевых лесов чтобы прокормить собственные подземные грядки грибов.
Таковой количество не съедают представители ни одного вида растительноядных существ, включая млекопитающих и насекомых (фото out in the sticks/Flickr.com, Alex Wild).
Четвёртая вышедшая пару дней назад публикация посвящёна ДНК муравьёв-листорезов вида Atta cephalotes. Их геном содержит около 300 миллионов пар оснований.
Учёные по новым данным проанализировали необыкновенные пищевые взаимоотношения этих насекомых, грибков и бактерий, и как они оказали влияние на эволюцию генома мурашей.
Оказалось, что около 50 миллионов лет назад грибки и насекомые вступили в мутуалистические отношения. В следствии муравьи стали настолькохорошими фермерами, что обучились кормить за счёт собственных садов колонии-миллионники (каковые, к слову сообщить, смогут занимать до 600 кубических метров пространства).
Геном преобразовался под эти потребности, исключив все те гены, что кодируют белки, нужные вторым видам муравьёв для добычи пропитания. Учёные собираются продолжить изучение одного из самых продуктивных сотрудничеств в природе. Для этого будут секвенированы геномы грибков и микроорганизмов, участвующих в мутуалистических отношениях.
«Эти по ДНК разрешают нам лучше разобраться в природе фермерства и симбиоза у муравьёв», — подытоживает глава этого изучения, бактериолог Кэмерон Кюри (Cameron Currie).
В будущем учёные собираются разобраться с ещё одной «головоломкой» – кастовой совокупностью листорезов. Представители данной группы отличаются от многих вторых муравьёв сложной морфологией: особи смогут разниться по форме и размеру в семь раз в зависимости от делаемых функций.
К примеру, мелкие рабочие довольно часто заботятся за потомством и плантациями, мураши средних размеров защищают территорию, те, что чуть больше, собирают листву, а самые громадные защищают гнездо, владеют крыльями и смогут спариваться (фото Alex Wild).
И, наконец, последняя работа, взбудоражившая генетиков в мире: расшифровка генома водяной блохи (Daphnia pulex).
Это изучение весьма интересно сходу по нескольким обстоятельствам. Во-первых, учёные в первый раз расшифровали геном ракообразного. Во-вторых, скоро стало известно, что водяная блоха владеет бoльшим числом генов, чем человек: их у маленького ракообразного практически 31 тысяча против 23 тысяч у всем известного Homo sapiens.
И, наконец, в-третьих, практически треть прочтённых генов неповторима, другими словами не была известна биологам ранее.
«Много генов „дафнии“ – следствие их массового умножения», — говорит глава проекта Daphnia Genomics Consortium Джон Колборн (John Colbourne), не давая, но, правильного объяснения природе для того чтобы копирования.
Статья, разбирающая черновую версию ДНК, была размещена в издании Science. Ей предшествовало более 40 публикаций-сателлитов.
Такое внимание биологов к данной микроскопической твари в полной мере объяснимо. Учёные изучают D. pulex в течении нескольких столетий – представители вида составляют одно из наиболее значимых звеньев пищевой цепи. Помимо этого, на примере этого существа исследователи контролируют действие внешней среды на живые организмы (на данный выбор повлиял множество факторов).
Среди многоклеточных организмов у «дафнии» самое много генов (минимум 30907). Самый маленький геном в собственности одноклеточному и содержит всего-то 182 кодирующих белки гена (фото Jan Michels/Christian-Albrechts-Universitat zu Kiel).
Нынешняя работа продемонстрировала, что громадные куски ДНК активизируют собственную работу, в то время, когда животное испытывает стресс. Наряду с этим учёные не знают, каково назначение многих из этих генов. Получается, что классические биологические модели не смогут дать всей нужной информацим о ходе.
«Имея на руках эти по геному этого ракообразного, применяя отбор проб в естественных условиях и лабораторные испытания, мы сможем выяснить влияние факторов внешней среды на клеточном а также молекулярном уровне, среди них и у человека», — поясняет доктор наук Джеймс Клауниг (James Klaunig) из университета Индианы.
Как сейчас узнается, из всех беспозвоночных, геномы которых были доселе расшифрованы, «дафния» дробит с человеком больше всего генов. И данный факт делает водяную блоху ещё более привлекательной моделью для изучения влияния вредных веществ на организм людей.
Дафний назвали так в честь нимфы Дафны, которая избегала мужского общества. Самки ракообразного кроме этого чувствуют себя в полной мере комфортно в отсутствие самцов – животное клонирует само себя.
Спаривание происходит только в тех случаях, в то время, когда условия делают этот процесс удачным. Учёные извлекают из этого собственную пользу, приобретая генетически аналогичных особей для нескольких параллельных опытов (фото Christian Laforsch/Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen).
