Sci Adv揭秘“蚂蚁王国”生殖角色转变中大脑解剖学和基因表达调控变化

2020年9月，来自哥本哈根大学、中国科学院昆明动物研究所、深圳国家基因库的研究团队在《Science Advances》发表其最新科研成果，研究人员以法老蚁（Pharaoh ant）为模式生物阐明蚁后生殖角色转变中的大脑解剖学和基因表达调控变化，揭示了在多物种中生殖角色转变或起关键作用的关键基因（neuroparsin A 与 corazonin）。

此项研究的转录组数据已存储于国家基因库生命大数据平台（CNGBdb），项目编号分别为：CNP0001177。

研究背景

研究社会性昆虫的发育与演化或能揭示与多细胞有机体演化共通的规律与普适性原理。在“蚂蚁王国”中蚁后所产的雌性后代可以发育为生殖蚁（gyne） 或者工蚁（worker），其中生殖蚁需要受精才能完成“生殖角色转变”，然而，参与这一转变的神经通路与基因调控机制尚不明确。

研究内容

研究方法：将法老蚁分为两组，其中一组在第三天交配成为受精后的蚁后，而另一组在不受精的情况下继续成熟。第4天所有样本均二氧化碳麻醉。Gynes(蓝色)与queens(红色)在同一时间点被收集，用于神经解剖学和转录组学研究。

受精引发蚁后的行为变化并抑制其脑部生长：与未交配的同龄蚁后相比，交配后的蚁后大脑多个部位停止增长，或因专职蚁后需将更多资源分配至繁殖需求。

转录组数据揭示了介导大脑解剖结构变化和行为修饰的GRN。授精触发了神经解剖学变化的遗传调控网络，蚁后与生殖工蚁采用了相同的基因调控网络（GRN）模块调节生殖角色转变过程中的行为与生理变化 。

通过in-situ HCR 技术对角色转变的两个关键基因neuroparsin A 与 corazonin进行了大脑空间表达定位，首次揭示了在多物种中生殖角色转变或起关键作用的神经分泌细胞 （MNSC与LNSC）。

后续研究

根据上述研究及之前的研究结果，研究人员似乎可以合理地推测，蚂蚁和蜂类在未成熟发育过程中的雌雄种性分化的GRNs将彼此不同，也不同于成年角色分化的GRNs，而成年角色分化的GRNs可能可以追溯到一个祖先共享的膜翅目版本。未来检验这一猜想的研究也将对卵巢发育本身的调控作用产生影响。

首发公号：国家基因库大数据平台 

参考文献

Nagel M, Qiu B, Brandenborg L E, et al. The gene expression network regulating queen brain remodeling after insemination and its parallel use in ants with reproductive workers[J]. Science advances, 2020, 6(38): eaaz5772.

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