Genetyczne podłoże organizacji społecznej mrówek ognistych
Przejście z kolonii opartej na pojedynczej królowej do kolonii z wieloma królowymi, a także powiązane z tym procesem zmiany behawioralne, fizjologiczne i morfologiczne mają u mrówek ognistych związek z istotną zmianą struktury większej części chromosomu. Niewiele wiadomo jednak na temat zmian molekularnych odpowiedzialnych za te procesy w kontekście warunków ekologicznych. Celem projektu SOCIAL CHROMOSOME (Tracing the origin of a social chromosome in the red fire ant) było uzupełnienie brakującej wiedzy w drodze sekwencjonowania genomu mrówek, które miało pomóc określić mechanizmy prowadzące do polimorfizmu w obrębie struktury społecznej. Naukowcom udało się odkryć pochodzenie i drogę ewolucji chromosomu warunkującego zachowania społeczne poprzez połączenie analizy strukturalnej z analizami genetycznymi i genomicznymi, stosując w tym celu technologię mapowania optycznego. Uzyskane w ten sposób wyniki wykorzystano do bezpośredniego porównania struktur genomu. Analiza wykazała, że trzy różne gatunki mrówek ognistych polimorficzne pod względem struktury społecznej łączy pewien punkt wspólny, a mianowicie dwie duże inwersje w obrębie nierekombinującego wariantu supergenu. Supergen tworzą sąsiadujące ze sobą na chromosomie geny, które po pierwsze dziedziczone są razem ze względu na silne sprzężenie genetyczne, a po drugie – są ze sobą funkcjonalnie powiązane w sensie ewolucyjnym. Podobieństwa pomiędzy poszczególnymi gatunkami a wariantami supergenów pod względem obecności lub braku określonych wariantów strukturalnych wskazały na jednego wspólnego przodka chromosomu warunkującego zachowania społeczne. W oparciu o datowanie molekularne oszacowano, że różnice genetyczne pomiędzy obiema formami pojawiły się około miliona lat temu, a więc wcześniej niż dotychczas zakładano. Naukowcy dokonali również ponownego sekwencjonowania genomu 160 haploidalnych samców ze wszystkich objętych badaniem grup filogenetycznych, aby sporządzić drzewo filogenetyczne dla każdego badanego locusu lub genu. Rezultaty prowadzonych prac wykazały wysoki stopień zróżnicowania, a także znaczną różnorodność genetyczną nierekombinujących wariantów supergenu w obrębie populacji oraz pomiędzy gatunkami. Tak duża, nieoczekiwana różnorodność i zróżnicowanie wskazuje na wysoki poziom konwersji genów lub ukryte rekombinacje. Osiągnięcia inicjatywy SOCIAL CHROMOSOME pomogą rzucić nowe światło na sposób formowania się dwóch rodzajów organizacji w koloniach mrówek ognistych. Wesprą one również badania nad zmiennością strukturalną i mają szczególne znaczenie dla uczonych badających organizmy niemodelowe.
Słowa kluczowe
Mrówki ogniste, organizacja społeczna, SOCIAL CHROMOSOME, genom, polimorfizm, supergen
