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蜜蜂角色改变导致基因表达变化

发布时间:2019-03-02 16:32:56 编辑:笔名

蜜蜂在蜂巢中工作性质的改变会反映在可逆的表观遗传变化中。

(图示:工蜂从觅食蜂变为保姆蜂时,它们DNA中的相应部分也会发生变化。)

蜜蜂DNA上细微的改变都会影响蜜蜂在蜂巢中所扮演的角色。这些DNA的改变通常是固定的,但是在9月的《自然神经科学》上发表的一篇研究文章公布了首例与蜜蜂行为相关联的DNA可逆变化。

所有蜜蜂(Apis mellifera)生来平等,但这种平等并不会持续太久。尽管蜜蜂在遗传上相同,但是其很快就会扮演不同的特定角色,例如蜂后和工蜂。这些角色并不仅仅由行为上的不同决定,生理上的差异也是影响因素。

根本的原因是DNA的微小修饰:“表观遗传”上的变化不会改变DNA序列,

蜜蜂角色改变导致基因表达变化

但是以增加甲基(CH3)的形式给DNA片段添上了化学标签,于是改变了基因表达的方式。

一旦一只蜜蜂成为了蜂后或工蜂,它们会终其一生投入这个角色——这个改变是不可逆的。然而工蜂的细分情况并非如此。工蜂的职责从照看、喂养蜂后和幼虫开始。

接下来,大多数工蜂会变成花粉采集者。这两个类型的工蜂在DNA的甲基化模式上差别非常大。然而,的研究结果表明,这种DNA修饰是可逆的:如果从觅食者变回了保姆蜂,那么甲基化模式也会变回去。

马里兰州巴尔的摩的约翰霍普金斯大学的安德鲁•芬博格(Andrew Feinberg)和坦佩的亚利桑那州立大学的格鲁•安登(Gro Amdam)领导了一项研究,通过从蜂巢中移除保姆蜂,诱使觅食蜂重新担任保姆蜂的工作。

当觅食蜂回巢时,发现保姆蜂少了,于是大约一半的觅食蜂担起了保姆蜂的职责。研究人员随后发现,它们大脑的DNA甲基化模式也变回了保姆蜂的模式。 “令人兴奋的是,那些变回去的基因和尚未变化的原始基因一致,它们可以调节表观遗传行为。”芬博格说。

参与该项目的美国伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的蜜蜂研究者吉恩•罗宾逊(Gene Robinson)说,尽管论文并没有充分证明是表观遗传机制导致了蜜蜂行为的差异,“但它次指出了如果行为可逆,那么甲基化模式也可逆”。

但是安登指出蜜蜂可以重新担任以前的角色,这表明存在一种“表观遗传学路线图”。“大脑细胞可以依赖这些路线图来正确地控制不同的行为”,她说。对表观遗传是如何蜜蜂行为有更深入的理解,可以让我们对人类生物学有更好的认识。

芬博格指出,如果蜜蜂行为和甲基化模式的某种关系“确实存在于蜜蜂中,那么这种关系也同样存在我们身体里”,表观遗传对人类行为的影响可能表现在成瘾,学习和记忆的过程中。

这并不意味着人为地改变DNA的甲基化模式会导致预期的行为,但是“如果这样可行就太神奇了”,安登说道。“逆转人类机体和心理疾病中可能出现的‘坏’标记已然是生物制药方面的科研热点”,也许蜜蜂可以告诉我们如何做到。(环球科学 顾卓雅 程高峰)

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